吸收式熱泵技術(shù)在供熱鍋爐煙氣余熱回收利用中的應(yīng)用與分析

管立君 左國輝

河北漢堯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?河北 石家莊 050031

引言

近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,材料和制造工藝也不斷突破。在鍋爐應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了超高溫、超高壓、雙超、亞臨界等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,大大提高了鍋爐和透平的熱效率。然而在常規(guī)的供熱鍋爐領(lǐng)域,技術(shù)卻朝著另一個(gè)方向發(fā)展,即通過不斷降低鍋爐排煙溫度而實(shí)現(xiàn)煙氣的余熱回收,使燃料的能量得到充分轉(zhuǎn)化和利用。并陸續(xù)出現(xiàn)了低溫空預(yù)器、低低溫省煤器、MGGH等新設(shè)備和新技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)將鍋爐排煙溫度降至80～90℃左右。直到吸收式煙氣源熱泵的出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了更低煙溫的余熱回收,能將排煙溫度降至30℃,同時(shí)將煙氣中的顯熱及水蒸氣潛熱進(jìn)行回收利用。煙氣源熱泵技術(shù)能回收到高于原煙氣余熱品質(zhì)的熱能進(jìn)行利用,尤其是在冬季供熱采暖領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了鍋爐煙氣余熱利用的最大化。

1 項(xiàng)目現(xiàn)狀

滄州**熱力公司公司位于滄州*縣,是縣供熱企業(yè),建設(shè)容量為29MW*2燃煤熱水鍋爐,采用濕法脫硫工藝,排煙溫度50～60℃?，F(xiàn)有供熱面積約160萬㎡。隨著新建小區(qū)的并入,預(yù)計(jì)今年采暖將出現(xiàn)10萬平米的供暖缺口,供熱能力急需增加。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方案確定：因供熱缺口不大,不值得新建采暖鍋爐,經(jīng)過初步計(jì)算,利用熱泵技術(shù)可回收煙氣余熱5MW,能夠滿足供暖缺口。

2.2 基礎(chǔ)參數(shù)及選型計(jì)算

序號(hào) 項(xiàng)目 單位 參數(shù) 備注1 設(shè)計(jì)煙氣量 m3/h 160000 2 FGD入口煙溫 ℃ 110 3 FGD出口煙溫 ℃ 50 4 降溫目標(biāo)溫度 ℃ 30 5 余熱水入口溫度 ℃ 30 6 余熱水出口溫度 ℃ 38 7 余熱水流量 m3/h 540 8 換熱器直徑 m 4 9 換熱器高度 m 12 10 煙氣阻力 Pa ＜300 11 余熱回收量 MW 5 12 冷凝水量 t/h 7.2 凝水率35%

2.3 設(shè)備選型 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可回收的余熱量,結(jié)合供熱現(xiàn)狀對(duì)吸收式熱泵進(jìn)行選型,參數(shù)如下表：

型號(hào) RBH-7-40/36-50/56 額定工況熱泵數(shù)量 套 1余熱水總流量 t/h 540熱網(wǎng)水總流量 t/h 600驅(qū)動(dòng)熱水總流量 t/h 300流量 t/h 540入口 ℃ 38熱源水出口 ℃ 30接口 DN DN300壓力損失 m 5.4回收熱 MW 5

型號(hào) RBH-7-40/36-50/56 額定工況流量 t/h 600入口 ℃ 42熱網(wǎng)水出口 ℃ 58接口 DN DN600壓力損失 m 3.2供熱量 MW 11.25流量 t/h 300入口 ℃ 110驅(qū)動(dòng)熱源(熱水)出口 ℃ 92.1接口 DN DN200壓力損失 m 6.0供熱量 MW 6.25外形尺寸 長*寬*高 mm 5900×3400×3900性能 采暖COP - 1.8

3 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要設(shè)備由：吸收式熱泵、煙氣換熱器、水處理等部分構(gòu)成。

本系統(tǒng)采用降溫脫濕工藝路線,同時(shí)配套煙氣余熱回收系統(tǒng)用于回收煙氣降溫脫濕過程中放散的余熱用于熱網(wǎng)回水加熱。煙氣冷凝水通過深度水處理系統(tǒng)將冷凝水處理后,用于脫硫工藝補(bǔ)水。系統(tǒng)整體可分為三部分：

3.1 煙氣降溫脫濕部分 降溫脫濕部分采用直接接觸式換熱技術(shù),通過直接接觸式換熱器利用水與煙氣進(jìn)行直接接觸式降溫,冷凝煙氣中的水同時(shí)脫出部分煙氣中的二氧化硫及粉塵,設(shè)備可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行布置,通常采用架空方式布置。

3.2 余熱回收供熱部分 煙氣中降溫過程中放散的熱量通過循環(huán)冷卻水放散,該部分熱量溫度通常為30℃左右,可通過吸收式熱泵進(jìn)行余熱回收,制取不大于90℃的熱水,用于工藝加熱或市政供熱。

3.3 煙氣冷凝水利用部分 煙氣被降溫過程中會(huì)冷凝出大量冷卻水,該部分冷凝水可經(jīng)過簡單處理部分送入脫硫補(bǔ)水。

4 工藝流程

脫硫塔出口的煙氣進(jìn)入換熱塔,在換熱塔內(nèi)部與循環(huán)冷卻水直接接觸換熱并階梯降溫,煙氣中的水蒸氣開始冷凝,發(fā)生相變,并釋放出大量冷凝潛熱,直至降至30℃(目標(biāo)溫度)左右。循環(huán)冷卻水經(jīng)煙氣升溫后經(jīng)水處理系統(tǒng)降塵并中和,經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入吸收式熱泵機(jī)組,經(jīng)熱泵吸收煙氣熱量后送回降溫脫濕系統(tǒng),如此往復(fù)。

系統(tǒng)在降溫脫濕系統(tǒng)出口設(shè)置循環(huán)水中和系統(tǒng),用于調(diào)整循環(huán)水PH值,降低進(jìn)入換熱塔循環(huán)水酸性,同時(shí)循環(huán)水可對(duì)煙氣進(jìn)行再次凈化,進(jìn)一步降低煙氣中硫和粉塵的含量。

煙氣冷凝水在初級(jí)水處理系統(tǒng)中處理后,送入脫硫補(bǔ)水。

關(guān)于經(jīng)濟(jì)效益分析,本項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的雙豐收,可利用余熱增加供熱面積10萬㎡,相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤2400噸,年減排二氧化碳：6000噸,二氧化硫：20噸,氮氧化物：17.6噸,年可回收冷凝水：2萬噸,可全部用于脫硫補(bǔ)水和工藝補(bǔ)水。

結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行一個(gè)采暖季之后統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),本工藝可實(shí)現(xiàn)回收煙氣余熱5MW,增加供熱面積10萬平米。經(jīng)過二次噴淋提熱后的煙氣,含硫量和顆粒物比原來降低了40%。本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益明顯,能有效利用排煙余熱,可擴(kuò)大熱源廠的供暖能力,降低煤炭消耗量,提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)為響應(yīng)節(jié)能減排的社會(huì)需求,減小企業(yè)的生產(chǎn)成本,供熱鍋爐排煙余熱回收利用技術(shù)進(jìn)行改造是非常必要的。