鍋爐煙氣余熱回收綜合利用供熱系統(tǒng)形式探討

邢勤，李愛艷（煙臺職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺 264000）

0 引言

目前，能源問題已成為舉世關(guān)注的焦點(diǎn)。鍋爐煙氣凈化余熱回收節(jié)能減排綜合利用系統(tǒng)不僅能回收煙氣余熱，還可以使脫硫后煙氣脫水，又可以把脫硫后的煙氣含塵量降下來，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保雙收益，供熱前景廣闊。在實(shí)際工程應(yīng)用中，綜合地域、生產(chǎn)工藝等多種客觀因素的影響，不同煙氣余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也有很大的差別 為了經(jīng)濟(jì)效益最大化，本文闡述了多種煙氣余熱回收工藝的特點(diǎn)，并進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能的比較，為工業(yè)用戶提供了一種定量化的技術(shù)方案選擇依據(jù)。

1 煙氣余熱回收工藝及特點(diǎn)

1.1 吸收式熱泵與直接式余熱回收換熱器(噴淋塔)

本系統(tǒng)包括了煙氣余熱回收專用機(jī)組、噴淋塔、水處理設(shè)備及相應(yīng)的動力設(shè)備，具體流程介紹如圖1所示。

圖1 煙氣余熱回收系統(tǒng)流程

整套煙氣余熱回收系統(tǒng)主要包括以下分系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)、熱源水系統(tǒng)、熱網(wǎng)水系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、除霧系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)。

(1)煙氣系統(tǒng)。脫硫后煙氣余熱回收裝置設(shè)計(jì)為立式逆流噴淋塔。脫硫后煙氣從噴淋塔底部側(cè)面進(jìn)入塔內(nèi)，與噴淋的熱源水液滴逆流接觸，進(jìn)行換熱、除塵和脫硫反應(yīng)。煙氣中的熱量和污染物被熱源水吸收，經(jīng)過除霧器除去煙氣中的液滴后排放。

(2)熱源水系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)包括噴淋塔、熱源水泵及管路等。噴淋塔內(nèi)設(shè)有噴淋霧化噴嘴，熱源水在熱源水泵提供的壓力下，進(jìn)入噴淋塔內(nèi)與煙氣噴淋換熱，吸收煙氣熱量，升溫后的熱源水進(jìn)入吸收式熱泵降溫，將熱量供給熱網(wǎng)水。降溫后的熱源水返回噴淋塔內(nèi)，完成循環(huán)。噴淋塔底部水池設(shè)計(jì)有多重作用，既是熱源水的儲存場所，又是pH調(diào)控場所。水池通過保持液位，防止循環(huán)泵出現(xiàn)汽蝕，同時(shí)將煙氣中大量凝結(jié)水的回用至脫硫工藝補(bǔ)水，系統(tǒng)自動保持循環(huán)水量平衡。

(3)熱網(wǎng)水系統(tǒng)。原系統(tǒng)熱網(wǎng)水分為兩路，分別進(jìn)入吸收式熱泵及熱網(wǎng)加熱器加熱，兩路熱網(wǎng)水升溫后匯合至供水母管供出。

(4)蒸汽系統(tǒng)。自原供熱蒸汽管網(wǎng)取汽，作為吸收式熱泵驅(qū)動熱源，蒸汽冷凝降溫后疏水返回原疏水系統(tǒng)。吸收式熱泵以原供熱蒸汽為驅(qū)動熱源，回收煙氣余熱，并將蒸汽及煙氣熱量統(tǒng)一供給熱網(wǎng)水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

(5)鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。原鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)利用蒸汽加熱，增設(shè)煙氣余熱回收系統(tǒng)后，利用熱源水直接將鍋爐補(bǔ)水加熱至25℃，即實(shí)現(xiàn)煙氣加熱鍋爐補(bǔ)水目的，減少鍋爐補(bǔ)水加熱蒸汽消耗。

(6)除霧系統(tǒng)。除霧器經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，設(shè)置成屋脊式或高效管式除霧器，并集成與噴淋塔內(nèi)部，通過控制煙氣流速和流場，使液滴與葉片碰撞，能夠有效截留煙氣中所攜帶的液滴。除霧器長時(shí)間運(yùn)行，煙氣中的灰塵會附著在其表面，影響除霧效果，系統(tǒng)配置了沖洗水泵，用于定期沖洗噴淋塔除霧器，確保除霧器高效運(yùn)行。工藝水取自熱源水，可不另選水源。

(7)水處理系統(tǒng)。熱源水噴淋吸收煙氣中的SO2等酸性氣體后，熱源水呈弱酸性，對設(shè)備及管道產(chǎn)生酸性腐蝕，因此必須對其進(jìn)行中和處理。水處理系統(tǒng)可通過加藥措施調(diào)整系統(tǒng)熱源水處于中性，確保運(yùn)行安全穩(wěn)定。熱源水的pH值通過在線儀表連續(xù)檢測，并與自動加藥裝置做自控連鎖，通過pH值變動連鎖自動加藥系統(tǒng)自動運(yùn)行。在上述方案的基礎(chǔ)上，采用不同的驅(qū)動源也可實(shí)現(xiàn)以上功能，衍生出以下方案：電熱泵與直接式余熱回收換熱器(噴淋塔)。

1.2 電熱泵與非直接式余熱回收換熱器(氟塑料)

本系統(tǒng)包括了煙氣余熱回收專用機(jī)組、氟塑料、水處理設(shè)備及相應(yīng)的動力設(shè)備，具體流程介紹如圖2所示。

圖2 氟塑料原理圖

脫硫塔與煙囪間的水平煙道上安裝非金屬煙氣凈化煙氣換熱器。采用非金屬煙氣凈化煙氣換熱器凝結(jié)煙氣中的大量水蒸汽。非金屬煙氣凈化余熱回收換熱器管外凝結(jié)水蒸汽的同時(shí)會凝并大量的粉塵顆粒，達(dá)到凈化除塵的目的，同時(shí)回收了煙氣中的大量的水蒸汽潛熱，大量潛熱傳到金屬煙氣凈化煙氣換熱器換熱管內(nèi)的循環(huán)水，采用電螺桿式熱泵吸收循環(huán)水的熱量，在電力的驅(qū)動下，加熱廠內(nèi)換熱站二次網(wǎng)回水。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了除塵與收熱的雙重功能。采暖供回水與廠內(nèi)原二次網(wǎng)的采暖供回水管道采用并聯(lián)連接方式。冬季供暖期間，優(yōu)先利用螺桿式熱泵供熱。在供熱負(fù)荷不能滿足需求時(shí)，再開啟供熱板換，利用一次網(wǎng)高溫?zé)崴訜岫尉W(wǎng)回水。一次網(wǎng)高溫?zé)崴墓崃康亩嗌偻ㄟ^控制系統(tǒng)控制二次網(wǎng)供水溫度來實(shí)現(xiàn)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，采用不同的驅(qū)動源也可實(shí)現(xiàn)以上功能，衍生出以下方案：吸收式熱泵與非直接式余熱回收換熱器(氟塑料)。

2 經(jīng)濟(jì)收益及運(yùn)行成本分析對比

本方案按照全年運(yùn)行時(shí)間按照3384h(141天)計(jì)算,供熱面積31w/m2，天然氣價(jià)格3.8元/m3，水價(jià)5.29元/噸，電價(jià)0.38元/kW·h，熱源蒸汽價(jià)格56元/GJ標(biāo)煤單價(jià)971.61元/噸，標(biāo)煤熱值7000kcal/kg，供熱價(jià)格86元/GJ計(jì)算，經(jīng)濟(jì)收益及運(yùn)行成本分析對比如表1所示。

3 結(jié)語

通過以上方案對比，如果熱泵驅(qū)動源采用天然氣，運(yùn)行成本高昂，同時(shí)氣源供應(yīng)不穩(wěn)定，受政策及市場影響較大，不宜采用；如果驅(qū)動源采用電，常規(guī)電價(jià)同樣存在運(yùn)行成本高的問題，若是熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可以考慮電熱泵形式；因此熱泵驅(qū)動源首選是蒸汽驅(qū)動是性價(jià)比較高的方案，其次是電熱泵形式；另外，噴淋塔冷凝器與氟塑料相比可以直接同煙氣接觸換熱，能充分吸收煙氣中的潛熱，熱效率更高，回收余熱的同時(shí)減少污染物排放濃度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的雙重功效，煙氣余熱用于加熱熱網(wǎng)水，增加了鍋爐熱效率，減少了鍋爐燃煤消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，減少了排煙中水蒸氣的含量，避免了冒“白煙”現(xiàn)象。

表1 經(jīng)濟(jì)收益及運(yùn)行成本分析對比

另外，文章只是討論各種類型的鍋爐煙氣凈化余熱回收節(jié)能減排綜合利用系統(tǒng)及其可能的運(yùn)行模式，對于任一給定的具體實(shí)際工程，還要從系統(tǒng)能耗特性、經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)供冷/熱的可靠性等方面進(jìn)行更詳細(xì)的計(jì)算與分析，才能得到最終滿意的結(jié)果，筆者將在這方面進(jìn)一步地開展研究工作。