燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)與節(jié)能效益研究

魏景源 山東萬豪華宇工程設(shè)計(jì)有限公司

節(jié)能降耗是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向，而燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)是節(jié)能降耗的重要手段之一。隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)鍋爐的使用也越來越多，但工業(yè)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過程中存在著較多問題，如排煙溫度較高、鍋爐排煙溫度高、鍋爐效率低等。因此，針對(duì)上述問題本文對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)

1.1 工程概況

某燃煤工廠擬對(duì)對(duì)原鍋爐排煙系統(tǒng)、鍋爐進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，在原煙囪及排煙引風(fēng)機(jī)旁新建一座煙氣循環(huán)冷凝熱回收設(shè)備設(shè)施，并在原鍋爐進(jìn)風(fēng)口處新建鍋爐進(jìn)風(fēng)加熱加濕用噴淋塔，利用原有2#、3#、4#爐的煙氣余熱，用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水，并對(duì)鍋爐進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱加濕，新建余熱利用系統(tǒng)內(nèi)部水管系統(tǒng)、熱網(wǎng)回水加熱水管系統(tǒng)等設(shè)施。

1.2 燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)

以吸收式換熱為基礎(chǔ)的燃?xì)忮仩t的煙氣廢熱收集及區(qū)域加熱系統(tǒng)由熱源站、熱力站、一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)組成。該熱源站的主體部分由燃?xì)忮仩t、水換熱器和循環(huán)水泵組成，每一種燃?xì)忮仩t的排煙都是相互獨(dú)立的，并分別配備一臺(tái)水換熱器。熱電廠的主體部分有兩部分，一是吸收式換熱機(jī)，二是二次熱網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)水泵。吸收式換熱機(jī)包括水換熱器和吸收式熱泵，它是實(shí)現(xiàn)一次回水溫度的重要裝置。系統(tǒng)流程如下：

①對(duì)于熱電廠來說，一次熱網(wǎng)絡(luò)中的水，在吸收式熱泵發(fā)電機(jī)中的一次熱網(wǎng)絡(luò)中，通過釋放熱量來冷卻，然后在水-水換熱器中，通過加熱熱量來冷卻，再通過吸收熱量來冷卻，這樣一次熱網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)水的水溫就會(huì)下降到20℃以下。

②二級(jí)熱網(wǎng)有2 條給水路線，1 條給水通過吸收、凝結(jié)過程進(jìn)行加溫，1 條給水通過水-水換熱器由一級(jí)熱網(wǎng)的循環(huán)水進(jìn)行加溫，2 條給水通過加溫后的2條給水通道合并，重新回到二級(jí)熱網(wǎng)的給水管道中，成為二級(jí)熱網(wǎng)的給水。吸收型換熱器通過吸收熱泵對(duì)一次網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行有效能量的吸收和冷卻，使一次網(wǎng)循環(huán)水的熱量由低溫向高溫的二次熱網(wǎng)絡(luò)傳輸，達(dá)到顯著降低一次熱網(wǎng)絡(luò)回水溫度的目的。

③在熱源站點(diǎn)，一次熱網(wǎng)絡(luò)20℃左右的回水，通過安裝在煤氣鍋爐上的防腐隔板煙-水換熱器，使煙氣溫度下降到30℃以下（比煙氣露點(diǎn)更低），從煙氣中得到更多的熱量，再通過基本負(fù)載鍋爐和調(diào)峰負(fù)載鍋爐，這樣循環(huán)往復(fù)，逐步升高，最終以水的形式，回到一次熱網(wǎng)供水管道中。從而，達(dá)到對(duì)燃?xì)忮仩t排煙余熱進(jìn)行高效、深度回收利用的目的，提升燃?xì)忮仩t的熱效率和供熱能力，以滿足日益增長(zhǎng)的熱負(fù)荷需求。

2 燃煤工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)節(jié)能效益分析

2.1 鍋爐煙氣余熱回收方案

該熱電廠燃?xì)忮仩t區(qū)域供暖面積70 萬m2，熱量指數(shù)為50W/m2，設(shè)有5 座熱電廠，每個(gè)熱電廠的設(shè)計(jì)負(fù)載為7MW，鍋爐煙氣余熱回收方案有3 種。方案一：以煙氣-水合熱交換為基礎(chǔ)的區(qū)域供暖系統(tǒng)，在熱源站點(diǎn)內(nèi)安裝1 臺(tái)煤氣鍋爐，并在各鍋爐之間安裝了隔壁型的煙-水換熱器，通過一次熱網(wǎng)絡(luò)中的回流水將一部分的煙氣廢熱進(jìn)行了回收。方案二：以吸收型熱泵為基礎(chǔ)的煙氣-水換熱器為基礎(chǔ)的區(qū)域供暖系統(tǒng)，熱源站安裝燃?xì)忮仩t、直燃型吸收式熱泵和防腐型間壁式煙-水換熱器。其中，直燃型吸收式熱泵所產(chǎn)生的低溫制冷水被用來在防腐型煙-水換熱器中回收鍋爐排煙余熱。方案三：采用本文提出的鍋爐余熱回收方案，在熱源車站安裝煤氣鍋爐時(shí)，每個(gè)鍋爐都安裝有防腐型間壁式煙-水換熱器。

2.2 燃?xì)忮仩t區(qū)域供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

某市冬天采暖天數(shù)是120d，在采暖期間，室外的計(jì)算氣溫是-9℃，室外的平均計(jì)算氣溫是-1.6℃，而室內(nèi)的計(jì)算氣溫是18℃。供熱二次供熱管網(wǎng)的供水、供水水溫分別為60℃、45℃。3 種不同燃?xì)忮仩t供熱系統(tǒng)熱力參數(shù)如表1 所示。當(dāng)一次熱網(wǎng)一次回水溫度提高到20℃時(shí)，供、回水溫差從75℃上升到110℃，使一次熱網(wǎng)一次回水的循環(huán)水量減少32%。

表1 三種供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 節(jié)能效益分析

根據(jù)三種不同技術(shù)方法設(shè)計(jì)的煤氣鍋爐，其年采暖能量消耗情況見表2。因?yàn)橐淮螣崃W(wǎng)絡(luò)循環(huán)泵的能耗，除了與熱電廠、熱源電站的裝置的部分損耗外，還與一次熱力網(wǎng)絡(luò)的輸送距離密切相關(guān)。3 種供暖方式的循環(huán)隨主熱網(wǎng)輸送距離的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，且以方案三循環(huán)泵的年電耗增長(zhǎng)幅度最小，節(jié)電效果最好。因此，在遠(yuǎn)距離輸送和供暖項(xiàng)目中，方案三節(jié)能效益最好。

表2 三種供熱方案運(yùn)行能耗

3 結(jié)語

本文提出了一種煙氣廢熱收集及區(qū)域加熱系統(tǒng)，由熱源站、熱力站、一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)組成。其中，熱源站由燃?xì)忮仩t、水換熱器和循環(huán)水泵組成，每一種燃?xì)忮仩t的排煙都是相互獨(dú)立的。熱電廠的主體部分包括吸收式換熱機(jī)和循環(huán)水泵，它們是實(shí)現(xiàn)一次回水溫度的重要裝置。在供熱半徑1km 的情況下，一次供熱網(wǎng)絡(luò)的供水和回水的溫度差將會(huì)加大，循環(huán)水量將會(huì)減少，從而使得在供熱范圍為1km 的情況下，水泵的耗電將會(huì)與傳統(tǒng)的供熱方式相差不多。對(duì)鍋爐煙氣余熱回收方案比較分析，在燃?xì)庀牧糠矫?，方案二和方案三比方案一少；在水泵耗電量方案，方案一和方案三明顯低于方案二；在余熱回收率方案，方案三誰余熱回收率最高。