大型供熱鍋爐節(jié)能改造技術(shù)的優(yōu)化研究

魏智邦

（甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加速，人們對生活體驗的要求不斷提高，一方面為了滿足集中供暖，對大型供熱鍋爐的需求量迅速增加，另一方面全球氣候變暖和霧霾現(xiàn)象的加劇又要求減少溫室氣體和煙塵的排放。而目前大型供熱鍋爐，主要采用了燃?xì)夤岱桨?，在實際使用的過程中排煙溫度高、能量損失大，不僅影響了供熱的經(jīng)濟(jì)性，而且還加劇了冬天時候的霧霾，難以滿足清潔供暖的需求[1]。

目前多數(shù)鍋爐在尾部增加了煙氣余熱回收系統(tǒng)，但受回收技術(shù)的限制，煙氣余熱回收效率低，因此文章提出了一種新的鍋爐余熱回收系統(tǒng)，利用間壁式高效煙氣冷凝余熱回收裝置和吸收式熱泵聯(lián)合對大型過濾的煙氣余熱進(jìn)行回收，在換熱首站對二次網(wǎng)回水進(jìn)行提前預(yù)熱，減少在供熱過程中的能量消耗，從而實現(xiàn)對鍋爐余熱的再利用，減少供熱過程中的能量消耗和環(huán)境污染。根據(jù)實際應(yīng)用表明，新的鍋爐節(jié)能運(yùn)行裝置，能夠?qū)⑴艧煖囟冉档偷?5 ℃以下，綜合節(jié)能率為11.3%，對實現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保供熱具有十分重要的意義。

1 鍋爐節(jié)能改造方案分析

以某供熱廠的供熱鍋爐系統(tǒng)為改造對象，其共包含了10 座功率為29 MW 的燃?xì)忮仩t，在冬季供熱量最大時候會同時開啟6 座鍋爐供熱，而在入冬初期或者入春初期一般會開3 臺進(jìn)行其他鍋爐一般處于維護(hù)保養(yǎng)和輪流使用階段，結(jié)合該供熱廠各個鍋爐的布局和使用情況，首先對1 號、2 號、3 號和6 號鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造。各個鍋爐的改造方案匯總?cè)绫? 所示。

表1 鍋爐改造技術(shù)方案匯總表

優(yōu)化后的鍋爐余熱回收系統(tǒng)的整體布局結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。由圖1 可知，1 號、2 號、3 號鍋爐均采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置結(jié)構(gòu)，兩者相結(jié)合共同組成了供熱鍋爐的閉式循環(huán)水系統(tǒng)，在工作過程中吸收式熱泵裝置的冷凝端主要是對循環(huán)水路中一次網(wǎng)回水進(jìn)行加熱，而6 號鍋爐在改造中僅增加了煙氣冷凝熱能回收裝置，能夠巧妙地利用換熱首站二次網(wǎng)回水溫度較低的特性，實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)中的二次網(wǎng)回水的全面余熱，減少一次網(wǎng)系統(tǒng)中的熱量消耗，減少燃?xì)忮仩t在工作時的熱量。

圖1 鍋爐余熱回收系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)統(tǒng)計，鍋爐在運(yùn)行過程中的負(fù)荷約為70%，因此將該負(fù)荷作為煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置的選型依據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計鍋爐系統(tǒng)在工作時的燃?xì)饬考s為2 065 m3/h，吸收式熱泵裝置的燃?xì)饬繛?55 m3/h，系統(tǒng)工作時的過量空氣系數(shù)為1.12，從系統(tǒng)末端排出的煙氣的平均溫度為77.4 ℃。根據(jù)改造后的熱量循環(huán)利用情況，1 號、2 號、3 號鍋爐在采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置后，吸收的熱量約為3 000 kW，綜合節(jié)能率達(dá)到了11.9%。而6號鍋爐在工作時的煙氣余熱回收量達(dá)到了1 283 kW，鍋爐運(yùn)行時的熱效率達(dá)到了7.1%。

2 鍋爐節(jié)能情況市場分析

為了確定鍋爐節(jié)能的實際情況，按照GB/T 10180—2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》[3]，在鍋爐系統(tǒng)中設(shè)置了多個測點(diǎn)，對優(yōu)化后的鍋爐應(yīng)用情況進(jìn)行分析，各個測定布置結(jié)構(gòu)如圖2 所示[4]。由圖2可知，鍋爐的冷凝余熱回收裝置，主要包括了燃?xì)忮仩t、吸收式熱泵、煙氣冷凝熱能回收三個部分構(gòu)成[5]，在工作的過程中吸收式熱泵可以為煙氣冷凝熱能回收裝置供應(yīng)溫度較低的水，從而吸收鍋爐余熱，然后系統(tǒng)將吸收的余熱通過熱泵對一次網(wǎng)內(nèi)的回水進(jìn)行加熱，提高運(yùn)行溫度，達(dá)到能量的再利用目的。

圖2 鍋爐運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 鍋爐運(yùn)行節(jié)能情況分析

通過實際監(jiān)測，采用新的余熱回收系統(tǒng)后，進(jìn)入到煙氣冷凝熱能回收裝置內(nèi)的水溫由最初的20.4℃，增加到了26.9 ℃，水溫升高了約31.6%。而系統(tǒng)排出的煙氣溫度則由最初的77.4 ℃降低到了25 ℃，降低了67.7%。同時吸收式熱泵機(jī)組能夠通過燃?xì)獾尿?qū)動，促進(jìn)熱量的吸收，將一次網(wǎng)回收的平均溫度由47.6 ℃，提升到63.6 ℃，溫度提升了33.6%，顯著降低了鍋爐供熱時的能量消耗。

根據(jù)統(tǒng)計在不同工況下運(yùn)行時鍋爐的本體熱效率[6]、鍋爐的節(jié)能率以及綜合節(jié)能率如圖3 所示。

圖3 鍋爐運(yùn)行節(jié)能情況匯總

由圖3 可知，鍋爐在運(yùn)行時的平均本體熱效率為92.4%，煙氣冷凝熱能回收裝置的平均節(jié)能效率為14.6%，煙氣余熱回收系統(tǒng)的平均節(jié)能效率為11.3%，和理論計算的11.9%基本一致，從而表明了該鍋爐運(yùn)行節(jié)能系統(tǒng)工作可靠性。

2.2 鍋爐運(yùn)行其他效益分析

在對鍋爐運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，通過氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置后的冷凝水中除了略顯酸性外，其他指標(biāo)均滿足鍋爐水的供給要求，因此對供熱過程中產(chǎn)生的冷凝水在經(jīng)過中和處理[7]后，能夠直接用于供給鍋爐使用，實現(xiàn)了冷凝水的再循環(huán)，減少了鍋爐供熱過程中的水量消耗。

按鍋爐供熱系統(tǒng)節(jié)能效率為11.3%計算，平均每臺鍋爐能夠節(jié)約燃?xì)?00 m3/h，按每天運(yùn)行24 h，每年運(yùn)行120 天計算，共計可以節(jié)約燃?xì)鉃?64 000 m3/h，每臺鍋爐每年可以節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用233 萬元，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

為了解決大型供熱鍋爐在使用過程中所存在的排煙溫度高、能耗大的不足，提出了對鍋爐煙氣冷凝余熱深度回收系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造的方案，采用冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置，實現(xiàn)對鍋爐運(yùn)行時效率的提升，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

1）1 號、2 號、3 號鍋爐采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置結(jié)構(gòu)，6 號鍋爐采用煙氣冷凝熱能回收裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)中的二次網(wǎng)回水的全面余熱，減少一次網(wǎng)系統(tǒng)中的熱量消耗，減少燃?xì)忮仩t在工作時的熱量。

2）新的供熱系統(tǒng)，能夠?qū)⑴艧煖囟冉档偷?5 ℃以下，實現(xiàn)鍋爐運(yùn)行時11.3%的平均節(jié)能率，年節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用233 萬元/臺。