某高校鍋爐房煙氣余熱回收利用探討

張健　喬春珍　李斯　張洪碩　安琪　張思斌

摘 要：隨著能源價格日益高漲，空氣污染日漸嚴重。該文針對某校鍋爐排煙溫度過高的特點，通過對燃氣熱水鍋爐進行排煙余熱回收利用分析，將原來直接排放到大氣中的余廢熱進行有效回收，以用于加熱鍋爐回水和建筑供熱等，這樣既減少了能源消耗，又減少了污染物排放。并從經濟性上進行了初步分析，說明燃氣熱水鍋爐排煙余熱回收利用具有良好的節能減排作用。

關鍵詞：鍋爐 煙氣余熱 回收利用

中圖分類號：Tk223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0046-02

目前，節能已是我國經濟發展的一項緊迫的任務，更是一項的重要戰略目標。當前，全社會都在開展節能降耗，緩解能源壓力，建設節能型社會，而工業鍋爐余熱資源的回收利用是節約能源的重要措施。但是大多數燃氣熱水鍋爐的排煙溫度卻高達140 ℃～200 ℃。同時由于天然氣的主要成分是CH4，天然氣鍋爐排煙中水蒸氣體積分數可達15%～20%，大量的水蒸氣潛熱隨煙氣排出而浪費。由于工業鍋爐排煙余熱所占鍋爐熱量比重較大，若不控制鍋爐煙氣余熱，將會給地球環境帶來極大的危害。而鍋爐排煙溫度每降低10 ℃～15 ℃，鍋爐效率可增加1%，因此，鍋爐煙氣余熱回收利用具有重要意義。

1 煙氣余熱回收方式

目前國內對于高溫煙氣的余熱回收主要方式有以下幾種：（1）省煤器，安裝于鍋爐尾部煙道下部用于回收余熱的一種裝置，將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，由于它吸收低溫煙氣的熱量，降低了煙氣的排煙溫度，節省了能源，提高了效率；（2）換熱器，安裝于鍋爐尾部煙道，通過換熱吸收煙氣中的熱量，用于加熱浴室給水，供暖回水等，能有效降低排煙溫度，節約燃料；（3）熱管余熱回收器，是利用熱管作傳熱元件的一種高效換熱節能設備，用于煙氣廢熱回收，將回收的余熱用于加熱水、預熱空氣和產生蒸汽等。熱管余熱回收器在工業運行中節約燃煤、燃氣和燃油效果顯著；（4）壓縮式熱泵，利用電能或機械能驅動熱泵回收余熱。熱網回水被回收煙氣余熱的壓縮式熱泵加熱后送出。

2 項目背景及改造方案分析

2.1 背景及鍋爐煙氣余熱可利用能量計算

某高校供暖面積約有28.17萬m2，按建筑物的使用性質，從管網上分成教學、學生公寓、家屬3個區，供暖時間從每年11月15日到次年3月15日，現供暖鍋爐房有6臺6 t的燃氣熱水鍋爐和4 臺3.3 t的燃氣熱水鍋爐。其中，6 t的燃氣鍋爐設計下排煙溫度在150 ℃左右，3.3 t的燃氣鍋爐排煙溫度高達300 ℃左右，排煙溫度較高，大部分煙氣顯熱和冷凝余熱未被回收利用，節能潛力巨大。

當煙氣溫度為300 ℃時，其焓值為4493.4 kJ/kg，為有效回收余熱，設定出口煙溫降至100 ℃，出口煙氣焓值1 549.5 kJ/kg。每臺鍋爐排煙量為2 937 Nm3/h，煙氣密度為0.787 kg/m3，漏風系數△α取0.1，冷空氣焓值為73.7 kJ/kg，則有效換熱量為：

，即

。

2.2 方案分析

方案一：省煤器。利用省煤器預熱鍋爐給水，該方案在鍋爐尾部增加氣-水換熱器，用煙氣余熱直接預熱系統回水或補給水。

已知省煤器入口水溫為45 ℃，出口水溫55 ℃，則鍋爐的循環水量，耗熱量：

/3.6=1205.2 kW<1832.4 kW

方案二：普通換熱器。利用換熱器加熱部分浴室供水，該方案在煙氣排出段設置一個熱交換器加熱浴室給水。浴室給水量約為35 t/h，預計將水由20 ℃加熱至55 ℃，需熱量：

。

方案三：壓縮式熱泵。通過熱泵換熱加熱供暖回水，該方案將煙氣作為熱源供熱，預計將給水由60 ℃加熱至80 ℃。取熱泵的供熱系數ε=4， ，可加熱的供暖循環水量 。

2.3 方案的比較與選擇

根據表1的計算結果，方案三節能效果更明顯。

再考慮到鍋爐房的現狀，由于省煤器和換熱器在達到降溫目標的條件下，所需的換熱面積過大，需要對鍋爐房進行改造。而壓縮式熱泵能根據鍋爐負荷變化進行調節，具有較好的安全性能。從目前工業鍋爐的使用技術狀況來看，如果改變鍋爐構造，投資太大，因此，采用熱泵技術進行煙氣余熱回收，可以避免上述問題且節能環保。隨著國家“節能減排”政策的進一步實施，壓縮式熱泵技術必然會越來越成熟，應用也會越來越廣泛。

3 經濟性分析

（1）節能。每臺燃氣鍋爐，冬季若將排煙溫度由300 ℃降到100 ℃，可將105 t/h 的供暖回水由60 ℃加熱至80 ℃，鍋爐滿負荷狀態運行下可回收1832.4 kW。可減少為加熱供暖回水所需的燃氣量。

（2）環保。將排煙溫度由300 ℃降低至100 ℃，可有效減少對周圍環境的熱污染。由于降溫作用，排入大氣的有害物質（一氧化碳、溫室氣體、硫化物等）也將減少。

（3）節錢。由上計算可知，方案三節省燃氣量q3=245.1 m3/h，則每臺鍋爐每天可節省燃氣（按20 h計）3.5 t/d。天然氣價格按2.23元/m3計算，每年（按90d計算）可節省98.4萬元。

4 結語

通過對燃氣熱水鍋爐煙氣余熱回收利用方式進行分析，目前應用于鍋爐煙氣余熱回收的方式主要有省煤器預熱給水或補給水、普通換熱器換熱、熱管換熱及壓縮式熱泵等。該文選用了其中的3種方案并進行了計算，其中省煤器和普通換熱器回收的總能量分別為1 205.2 kW和1 422 kW，而壓縮式熱泵總節能量可達到2 443.2 kW。因此從能量回收角度來看，壓縮式熱泵的優勢較為明顯。

參考文獻

[1] 于大恒.燃氣蒸汽鍋爐排煙余熱回收利用改造實例研究[J].應用技術，2014（17）：229.

[2] 張興璞，林青.淺談鍋爐煙氣余熱回收的應用前景[J].建筑科學，2008，24（4）：111-113.