寒區鍋爐煙氣余熱深度回收技術

王 方 王全福

（1、黑龍江建投城市設計有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150025 2、黑龍江建筑職業技術學院，黑龍江 哈爾濱150025）

目前我國的能源利用仍舊以化石能源為主，根據我國能源的消耗狀況，有研究指出目前的化石能源供給不足以支撐中國經濟的快速發展[1]，而寒區集中供熱領域恰恰是化石能源消耗的大戶。同時根據統計，我國熱電廠等燃煤鍋爐的SO2氣體及煙塵的年排放量非常大，這些污染物的排放嚴重影響了大氣環境質量[2-3]。黑龍江省處于嚴寒地區，根據統計，截止到2018 年底全省集中供熱蒸汽供熱能力為4550t/h，熱水供熱能力為52234.2MW[4]，供熱能力的逐步擴大，加劇了能源的消耗和環境的破壞，所以我們應當加大熱源廠余熱利用技術的研究與應用，以有效實現節能減排。本文將研究基于吸收式熱泵設備的鍋爐煙氣余熱深度回收利用技術。

1 系統整體搭建

鍋爐煙氣余熱深度回收利用技術采用吸收式熱泵設備來實現煙，熱泵的驅動熱源優先選擇熱源廠區內的蒸汽或高溫熱水，也可以選擇燃氣直燃驅動。整個工藝流程由煙氣系統、余熱水系統、熱網循環水系統、蒸汽凝結水系統、除霧器沖洗系統、冷凝水回用系統、加藥系統等部分組成。

2 各子系統介紹

2.1 煙氣系統

如圖1 所示，采用一臺噴淋塔回收煙氣的余熱量，煙氣通過管道連接由脫硫塔出口引入到噴淋塔入口，自脫硫塔下部進入塔體后自下而上流動，與由上而下的噴淋水進行熱質交換，將熱量傳遞給噴淋水。降溫后的煙氣由噴淋塔頂部出口排出，經煙道連接排至煙囪。

整個新增煙氣系統（含噴淋塔）的阻力損失應進行合理合計，盡量控制在排煙風機壓頭余量范圍以內，以滿足熱電廠現有排煙風機的運行需求。當原有鍋爐的排煙風機壓頭余量過小甚至沒有富余壓頭時，應對排煙風機進行改造升級，以提高其運行風壓。

2.2 余熱水系統

如圖2 所示，余熱水系統實現了熱泵與噴淋塔兩個主要設備的連接。在噴淋塔內，低溫的冷卻水由上而下自噴嘴噴出，在向下流動的過程中與逆流的煙氣進行充分的熱質交換，吸收煙氣熱量后與煙氣冷凝水一同落入噴淋塔底部的循環池。循環池內的水變成了溫度較高的余熱水，該部分余熱水通過余熱水循環泵由循環池抽出，并加壓后通過管道輸送至熱泵內，在熱泵內將熱量釋放出來用以加熱熱網回水，從而余熱水變為了低溫冷卻水由熱泵流出，并被送回至噴淋塔繼續吸收煙氣的熱量。

圖1 煙氣熱交換系統簡圖

圖2 余熱水系統簡圖

圖3 熱網循環水系統簡圖

圖4 蒸汽凝結水系統簡圖

2.3 熱網循環水系統

如圖3 所示，熱網循環水的流程為：供熱一級主管網回水，其中一部分進入熱泵機組，在熱泵機組內吸收熱量，溫度升高。升溫后的熱網回水再次進入供熱一級主管網，與未被加熱的另外一部分回水混合后一同流入電廠內的汽水換熱器或調峰熱水鍋爐，實現進一步加熱。

2.4 蒸汽凝結水系統

如圖4 所示，本文以蒸汽驅動方式的吸收式熱泵為例論述動力源系統。熱泵的驅動熱源為蒸汽，蒸汽由廠區內的蒸汽母管引出，架空敷設至熱泵機房，與熱泵蒸汽入口連接，將熱源輸送至吸收式熱泵的發生器中，實現熱泵的驅動運行。最后，蒸汽轉變為凝結水后進入凝結水箱，隨后由凝結水泵輸送回廠區內的凝結水箱，回收利用。

2.5 冷凝水回用系統

鍋爐煙氣余熱回收過程中，會同時回收一部分煙氣冷凝水，應充分考慮該部分冷凝水的回收利用，以提高項目建設的經濟性。冷凝水考慮兩種回收利用途徑：一是將一部分冷凝水經過水泵輸送至脫硫系統進行補水，節省了脫硫系統原來的自來水補水量；二是脫硫系統補水用之外的冷凝水經過處理后，由水泵輸送至廠區內原有的生水箱，節省熱網補水的自來水耗量，同時回用水具有不小于30℃的溫度，從而也節省了一部分補水加熱量。

2.6 除霧器沖洗系統

噴淋塔運行一段時間后，隨著除霧器上的積塵，除霧器兩側的煙氣流動阻力增大，會影響排煙系統正常運行以及余熱回收能力的大小，所以需要根據除霧器前后的壓差大小，適時進行除霧器的反沖洗，以恢復噴淋塔的正常運行。

除霧器沖洗時，由噴淋塔底部循環池內抽取循環水，經由除霧器沖洗泵輸送至噴淋塔內的沖洗噴嘴，噴嘴噴出的水霧將除霧器上的積塵清洗干凈。

2.7 加藥系統

因為鍋爐煙氣冷凝水具有酸性，其降落到底池后，導致循環水呈現酸性。為了避免系統運行時對設備及管道造成酸性腐蝕，必須進行加堿處理，以中和循環水中的PH 值。加藥點設置在余熱水循環泵的吸入管上，以及冷凝水回用泵的吸入管上，從而保證了對熱泵等相連系統的保護以及廠區熱網補水系統的保護。

同時，為了避免管道、管件、設備等腐蝕泄露，除了蒸汽系統、凝結水系統、熱網循環水系統、水處理后的補水系統可以采用常規管材、常規設備外，其余系統均應需要采用防腐蝕性材料。管道可以采用碳鋼襯塑管道、塑料管道或不銹鋼管道；循環水泵的過流材質應為316L不銹鋼；管道閥門的閥芯應為316L 不銹鋼、閥體襯膠；過濾器等其他關鍵應為不銹鋼；煙道采用0.5mm 鋼板焊制，內部需做防腐處理。

3 結論

為有效實現寒區集中供熱系統熱源側的節能減排，應充分考慮熱源內的余熱回收利用問題，通過以上分析，我們不難看出，基于吸收式熱泵設備的應用可以實現熱源鍋爐煙氣的深度余熱回收利用，同時還會帶來一定的冷凝水回收量，產生明顯的節能效益、經濟效益和環保效益，應積極推廣應用。