寒區(qū)鍋爐煙氣余熱深度回收技術(shù)

王 方 王全福

（1、黑龍江建投城市設(shè)計有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150025 2、黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150025）

目前我國的能源利用仍舊以化石能源為主，根據(jù)我國能源的消耗狀況，有研究指出目前的化石能源供給不足以支撐中國經(jīng)濟的快速發(fā)展[1]，而寒區(qū)集中供熱領(lǐng)域恰恰是化石能源消耗的大戶。同時根據(jù)統(tǒng)計，我國熱電廠等燃煤鍋爐的SO2氣體及煙塵的年排放量非常大，這些污染物的排放嚴重影響了大氣環(huán)境質(zhì)量[2-3]。黑龍江省處于嚴寒地區(qū)，根據(jù)統(tǒng)計，截止到2018 年底全省集中供熱蒸汽供熱能力為4550t/h，熱水供熱能力為52234.2MW[4]，供熱能力的逐步擴大，加劇了能源的消耗和環(huán)境的破壞，所以我們應(yīng)當(dāng)加大熱源廠余熱利用技術(shù)的研究與應(yīng)用，以有效實現(xiàn)節(jié)能減排。本文將研究基于吸收式熱泵設(shè)備的鍋爐煙氣余熱深度回收利用技術(shù)。

1 系統(tǒng)整體搭建

鍋爐煙氣余熱深度回收利用技術(shù)采用吸收式熱泵設(shè)備來實現(xiàn)煙，熱泵的驅(qū)動熱源優(yōu)先選擇熱源廠區(qū)內(nèi)的蒸汽或高溫?zé)崴?，也可以選擇燃氣直燃驅(qū)動。整個工藝流程由煙氣系統(tǒng)、余熱水系統(tǒng)、熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)、蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)、除霧器沖洗系統(tǒng)、冷凝水回用系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等部分組成。

2 各子系統(tǒng)介紹

2.1 煙氣系統(tǒng)

如圖1 所示，采用一臺噴淋塔回收煙氣的余熱量，煙氣通過管道連接由脫硫塔出口引入到噴淋塔入口，自脫硫塔下部進入塔體后自下而上流動，與由上而下的噴淋水進行熱質(zhì)交換，將熱量傳遞給噴淋水。降溫后的煙氣由噴淋塔頂部出口排出，經(jīng)煙道連接排至煙囪。

整個新增煙氣系統(tǒng)（含噴淋塔）的阻力損失應(yīng)進行合理合計，盡量控制在排煙風(fēng)機壓頭余量范圍以內(nèi)，以滿足熱電廠現(xiàn)有排煙風(fēng)機的運行需求。當(dāng)原有鍋爐的排煙風(fēng)機壓頭余量過小甚至沒有富余壓頭時，應(yīng)對排煙風(fēng)機進行改造升級，以提高其運行風(fēng)壓。

2.2 余熱水系統(tǒng)

如圖2 所示，余熱水系統(tǒng)實現(xiàn)了熱泵與噴淋塔兩個主要設(shè)備的連接。在噴淋塔內(nèi)，低溫的冷卻水由上而下自噴嘴噴出，在向下流動的過程中與逆流的煙氣進行充分的熱質(zhì)交換，吸收煙氣熱量后與煙氣冷凝水一同落入噴淋塔底部的循環(huán)池。循環(huán)池內(nèi)的水變成了溫度較高的余熱水，該部分余熱水通過余熱水循環(huán)泵由循環(huán)池抽出，并加壓后通過管道輸送至熱泵內(nèi)，在熱泵內(nèi)將熱量釋放出來用以加熱熱網(wǎng)回水，從而余熱水變?yōu)榱说蜏乩鋮s水由熱泵流出，并被送回至噴淋塔繼續(xù)吸收煙氣的熱量。

圖1 煙氣熱交換系統(tǒng)簡圖

圖2 余熱水系統(tǒng)簡圖

圖3 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)簡圖

圖4 蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)簡圖

2.3 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)

如圖3 所示，熱網(wǎng)循環(huán)水的流程為：供熱一級主管網(wǎng)回水，其中一部分進入熱泵機組，在熱泵機組內(nèi)吸收熱量，溫度升高。升溫后的熱網(wǎng)回水再次進入供熱一級主管網(wǎng)，與未被加熱的另外一部分回水混合后一同流入電廠內(nèi)的汽水換熱器或調(diào)峰熱水鍋爐，實現(xiàn)進一步加熱。

2.4 蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)

如圖4 所示，本文以蒸汽驅(qū)動方式的吸收式熱泵為例論述動力源系統(tǒng)。熱泵的驅(qū)動熱源為蒸汽，蒸汽由廠區(qū)內(nèi)的蒸汽母管引出，架空敷設(shè)至熱泵機房，與熱泵蒸汽入口連接，將熱源輸送至吸收式熱泵的發(fā)生器中，實現(xiàn)熱泵的驅(qū)動運行。最后，蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)槟Y(jié)水后進入凝結(jié)水箱，隨后由凝結(jié)水泵輸送回廠區(qū)內(nèi)的凝結(jié)水箱，回收利用。

2.5 冷凝水回用系統(tǒng)

鍋爐煙氣余熱回收過程中，會同時回收一部分煙氣冷凝水，應(yīng)充分考慮該部分冷凝水的回收利用，以提高項目建設(shè)的經(jīng)濟性。冷凝水考慮兩種回收利用途徑：一是將一部分冷凝水經(jīng)過水泵輸送至脫硫系統(tǒng)進行補水，節(jié)省了脫硫系統(tǒng)原來的自來水補水量；二是脫硫系統(tǒng)補水用之外的冷凝水經(jīng)過處理后，由水泵輸送至廠區(qū)內(nèi)原有的生水箱，節(jié)省熱網(wǎng)補水的自來水耗量，同時回用水具有不小于30℃的溫度，從而也節(jié)省了一部分補水加熱量。

2.6 除霧器沖洗系統(tǒng)

噴淋塔運行一段時間后，隨著除霧器上的積塵，除霧器兩側(cè)的煙氣流動阻力增大，會影響排煙系統(tǒng)正常運行以及余熱回收能力的大小，所以需要根據(jù)除霧器前后的壓差大小，適時進行除霧器的反沖洗，以恢復(fù)噴淋塔的正常運行。

除霧器沖洗時，由噴淋塔底部循環(huán)池內(nèi)抽取循環(huán)水，經(jīng)由除霧器沖洗泵輸送至噴淋塔內(nèi)的沖洗噴嘴，噴嘴噴出的水霧將除霧器上的積塵清洗干凈。

2.7 加藥系統(tǒng)

因為鍋爐煙氣冷凝水具有酸性，其降落到底池后，導(dǎo)致循環(huán)水呈現(xiàn)酸性。為了避免系統(tǒng)運行時對設(shè)備及管道造成酸性腐蝕，必須進行加堿處理，以中和循環(huán)水中的PH 值。加藥點設(shè)置在余熱水循環(huán)泵的吸入管上，以及冷凝水回用泵的吸入管上，從而保證了對熱泵等相連系統(tǒng)的保護以及廠區(qū)熱網(wǎng)補水系統(tǒng)的保護。

同時，為了避免管道、管件、設(shè)備等腐蝕泄露，除了蒸汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)、水處理后的補水系統(tǒng)可以采用常規(guī)管材、常規(guī)設(shè)備外，其余系統(tǒng)均應(yīng)需要采用防腐蝕性材料。管道可以采用碳鋼襯塑管道、塑料管道或不銹鋼管道；循環(huán)水泵的過流材質(zhì)應(yīng)為316L不銹鋼；管道閥門的閥芯應(yīng)為316L 不銹鋼、閥體襯膠；過濾器等其他關(guān)鍵應(yīng)為不銹鋼；煙道采用0.5mm 鋼板焊制，內(nèi)部需做防腐處理。

3 結(jié)論

為有效實現(xiàn)寒區(qū)集中供熱系統(tǒng)熱源側(cè)的節(jié)能減排，應(yīng)充分考慮熱源內(nèi)的余熱回收利用問題，通過以上分析，我們不難看出，基于吸收式熱泵設(shè)備的應(yīng)用可以實現(xiàn)熱源鍋爐煙氣的深度余熱回收利用，同時還會帶來一定的冷凝水回收量，產(chǎn)生明顯的節(jié)能效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，應(yīng)積極推廣應(yīng)用。