傳統燃氣鍋爐煙氣余熱回收再利用技術研究

王瑞斌

沈陽特種設備檢測研究院 遼寧沈陽 110000

隨著我國能源結構的優化，提高天然氣利用率逐漸成為了能源工程領域的重要課題。北方地區的燃氣鍋爐是使用天然氣的主要設備，但傳統鍋爐中排煙余熱能得不到利用，鍋爐中的排煙溫度一般在200℃以上，排出的煙氣余熱得不到利用，損失巨大。另外，煙氣中的水蒸氣大量排入大氣后會造成冒白煙現象，形成景觀污染，促使PM2．5指數增加。若能改造鍋爐的換熱結構，促使排放的煙氣溫度降低，回收余熱熱能及煙氣中的冷凝水資源，將對天然氣的高效利用和節能減排意義重大[1]。

1 煙氣余熱回收

燃氣鍋爐的燃料主要成分是CH4。燃燒后的煙氣中會含有大量的水蒸汽，當采用熱泵將提取煙氣的熱量加熱供熱管網回水后，煙氣溫度會降低，當低于煙氣的飽和溫度時，煙氣中的水蒸汽就會析出，同時釋放大量的汽化潛熱。煙氣冷凝水的化學成分，在經過加堿等深度水處理后，冷凝水作為供熱系統的補水使用。該煙氣余熱回收系統的設計是在燃氣鍋爐尾部設置煙氣余熱回收設備。考慮到煙氣以及煙氣中的冷凝水具有腐蝕性，利用直接式換熱設備與鍋爐尾部的煙氣進行換熱，置換出煙氣的余熱和冷凝水，然后采用熱泵提取余熱水的熱量。伴隨著煙氣中的熱量提取，鍋爐熱效率有經歷兩個變化階段，在煙氣溫度處于露點溫度以上時，熱效率提高比較平緩，煙氣溫度每降低22．7℃，鍋爐熱效率提高l%；在煙氣露點溫度以下時，煙氣中的冷凝水析出，同時冷凝過程釋放出大量的熱量，鍋爐熱效率顯著提高，平均煙氣溫度每降低2．7℃，鍋爐熱效率提高1%,熱泵提取的煙氣余熱用于加熱供熱管網回水。較傳統的未增設煙氣余熱回收系統相比，供熱系統的效率提高10%以上。通過對熱網管路和煙氣管路進行設計。供熱管網回水在進鍋爐之前，部分管網回水先進人熱泵機組，然后經鍋爐尾部省煤器預熱升溫后進入鍋爐，加熱至供水需求溫度后對外供熱。

2 煙氣余熱回收技術優勢

基于煙氣余熱回收技術的優勢為：①回收余熱的同時減少污染物排放濃度，回收水分，實現節能、節水、減排三重功效。②自動對中間循環水進行水處理，有效避免對設備產生腐蝕。③煙氣余熱用于加熱熱網水，增加了鍋爐熱效率，減少了鍋爐燃煤消耗，提高經濟效益。④冷凝水經水處理后可以回收利用，減少了排煙中水蒸氣的含量，避免了冒“白煙”現象。⑤可以在原熱網回水管路上安裝流量調節閥，將熱網回水引入余熱回收機組。通過調節閥門，實現原始運行模式與余熱回收模式之間的自由切換，對原供熱系統并無影響[2]。

3 燃氣鍋爐煙氣余熱回收再利用技術的研究

3.1 工程概況及項目設計條件

某供熱站現有三臺額定熱功率10．5MW的燃氣熱水鍋爐，供熱面積25．94萬m2。鍋爐房現有三臺鍋爐,運行方式為兩用一備，即整個采暖季，最大負荷時，只同時運行兩臺鍋爐。燃氣鍋爐已安裝煙氣節能器，節能器出口排煙溫度約為60℃。本項目針對3臺燃氣鍋爐實施深度節能改造，擬在鍋爐房內增設1臺余熱回收專用機組，回收鍋爐房3臺燃氣熱水鍋爐的排煙余熱，用于區域集中供熱[3]。

3.2 工藝方案設計

熱力站原供熱系統中僅采用煙氣節能器對煙氣顯熱進行回收，煙氣中水蒸氣攜帶大量的汽化潛熱未能被回收。因此，煙氣深度余熱回收方案選擇在鍋爐房安裝煙氣余熱回收專用機組（直燃熱泵）和煙氣直接接觸式換熱器，直燃熱泵制取低溫中介水送入直接接觸式換熱器，低溫中介水將燃氣鍋爐及熱泵產生的煙氣降溫至25℃回收熱量升溫后，再經循環泵送入熱泵作為低溫熱源，完成不斷的吸熱-放熱循環過程。熱網回水分兩支，一支進入熱泵機組，經熱泵升溫后與另外一支混合再一起進入鍋爐加熱。考慮到煙氣中存在較多的NOx，溶于水中的NOx使煙氣冷凝水呈酸性，因此增加一套加堿裝置調節冷凝水的pH值，避免對設備產生腐蝕[4]。

3.3 節能效益

從統計分析的各項數據來看，熱泵機組運行的30d內，平均每天從煙氣中回收62．7GJ熱量，在測試周期內（按照30d計算），回收熱量將達到1881GJ，折合成天然氣相當于5．3萬m3。在測試期內，本工程需增加鍋爐房電耗約1．73萬kW·h。按當地天然氣價格為1．91元/Nm3，電價為0．8元/kW·h,則測試期內本項目節省天然氣費用約10．1萬元，增加電耗約1．38萬元，綜合節省費用約8．72萬元。考慮初末寒期設備不能滿負荷運轉，全年按90d供暖進行計算，全年節能收益約為26．16萬元[5]。

4 結語

余熱回收項目的實施及采暖季的穩定運行，驗證了系統流程設計的科學性、防腐方式的可行性及系統運行的穩定性、安全性；同時余熱回收系統的應用也帶來了巨大節能、節水、減排收益，體現余熱回收技術的經濟效益及社會效益。余熱回收技術具備較高的實際應用價值，希望能推廣使用，造福于民。