煙氣余熱的回收利用

劉　欣　王　健　馬增亮

（荏原冷熱系統（中國）有限公司，山東煙臺265500）

0　引言

某醫療制品有限公司主要生產醫用手套，建筑面積達30 000 m2。原廠區生產工藝系統、舒適性空調系統及煙氣降溫系統均需使用冷水。其中，冷源由螺桿式冷水機組提供，需消耗大量電能；舒適性空調系統的采暖熱源為鍋爐，需消耗天然氣。

另外，生產過程中的廢煙氣（VOC），即揮發性有機化合物的排煙溫度較高，過濾后通過風機直接排放到大氣中，造成了巨大的熱量浪費。

1　節能改造目標與內容

1.1　目標

節能環保是項目改造的重要目標之一。通過節能改造，降低企業公用設施的運營成本，提高企業競爭力，打造舒適、節能、綠色環保型企業。

節能改造的目標：（1）提高制冷、采暖系統的可靠性和安全性；（2）提高制冷、采暖系統的自動化程度，保證系統穩定、高效運行；（3）在保證系統安全、舒適的前提下，回收利用廠區的余熱，提高能源利用率及設備利用率，獲取良好的節能效益。

1.2　內容

（1）在室外排煙管道上增設6臺煙氣-水換熱器，提取排煙熱量，制取高溫熱水；（2）增設1套余熱制冷裝置系統，利用回收的高溫廢熱水作為驅動能源，制取空調及工藝用冷水；（3）根據現場實際情況，酌情考慮舊設備、管道、閥門等的再利用。

2　原系統負荷及煙氣余熱參數

2.1　冷負荷

原系統冷負荷如表1所示。

2.2　熱負荷

原系統熱負荷如表2所示。

2.3　原制冷機組參數

原制冷機組參數如表3所示。

2.4　排煙回收熱量計算

2.4.1設計參數

（1）煙氣量：28 000 m3/h（工況：60 ℃，單臺風機）；

（2）煙氣成分：VOC（30 kg/h），主要成分為空氣，由于VOC物性參數缺乏且含量很少，所以VOC余熱暫不統計；

表1　冷負荷統計表

表2　熱負荷統計表

表3　制冷機組參數表

（3）煙氣-水換熱器的煙氣進口溫度：170℃（按最高值計算）；

（4）煙氣-水換熱器的煙氣出口溫度：90℃；

備用監控中心是為在主監控中心發生各種災難的情況下準備的，因此主監控中心的所有正常監控電網的功能在備用中心里都要有，要求備用中心隨時可用，保證實用性；另外，考慮到備用中心只有在主中心災難的情況下才投人使用，使用的幾率不高，所以，我們在建立備用監控中心時，在保證可用的情況下，要盡可能做到少投人。

（5）生產線數量：16條；

（6）配套風機：8臺。

2.4.2煙氣回收熱量

2.4.2.1煙氣標態流量V0

式中V0——標態流量，Nm3/h；

V1——熱態流量，m3/h；

T0——標態熱力學溫度，K；

2.4.2.2單臺換熱器煙氣可回收余熱Q單

式中Q單——單臺換熱器煙氣可回收余熱，kW；

T1——煙氣進口溫度，℃；

T2——煙氣出口溫度，℃；

ρ——煙氣密度，kg/Nm3；

V0——標態流量，Nm3/h；

C——煙氣比熱，kJ/（kg·℃）。

2.4.2.3煙氣可回收總余熱Q總

3　節能改造方案

在室外排煙管道上，增設煙-水換熱器，回收煙氣熱量。在降低排煙溫度的同時，制取高溫熱水（88～98℃），作為驅動能源。利用2套余熱制冷系統代替現有電制冷機組，制取冷水，供系統使用。這樣在保證環保達標的同時，又大幅降低了系統的能耗。

煙氣余熱利用系統流程如圖1所示，冷熱源機房3D系統如圖2所示。

（1）夏季模式：利用余熱制冷系統制取冷水，供空調、工藝及煙氣冷卻（預留）用冷。

（2）過渡季節模式：根據冷負荷情況，自動開啟相應余熱制冷系統及輔機，在保證制冷系統穩定運行的同時，利用多余熱水量為工藝水預熱升溫及空調采暖。

（3）冬季模式：利用煙氣換熱后的熱水，作為采暖熱源，代替鍋爐。當室外濕球溫度達到一定值時，利用冷卻塔“免費”制取冷水，用于工藝制冷和煙氣的再冷卻。

4　改造前后比較

節能改造后的空調系統于2017年5月正式投入使用，系統運行良好，用戶對使用效果非常滿意。另外，新系統選用高效節能的環保型設備，強化了企業節能環保意識。

圖1　煙氣余熱利用系統

圖2　冷熱源機房3D系統

節能效果：原系統在改造前的年運行費用合計為（主機+鍋爐）226萬元；改造后系統的年運行費用合計為（主機）58萬元，具體數據如表4所示。

5　結語

本改造項目利用排煙余熱技術制冷制熱，在降低排煙溫度的同時，回收煙氣的余熱，提高了能源利用率及設備利用率。

此外，降低了工藝生產余熱向環境中的排放量，節約了一次能源，有效響應了國家節能減排政策的號召。

該項目的順利實施，在取得良好社會效益的同時，為企業帶來了直接可觀的經濟效益。

表4　改造前后運行費用對比表