锅炉烟气余热回收系统的运用分析

锅炉烟气余热回收系统的运用分析

刘兴浩

东方菱日锅炉有限公司浙江嘉兴314000

摘要：节约资源和环境保护是我国的一项基本国策。特别是近年来，随着社会的日益发展进步，人们对能源的消耗量逐渐提高，同时对能源的综合利用和节能保护的意识也日趋增强。为此，本文在充分基于有关文献研究以及自己多年工作实践情况下，主要就锅炉烟气余热回收系统的运用展开分析，以供广大同行参考。

关键词：锅炉；烟气；余热回收系统；运用

引言

结合实践来看，北方城镇的供暖热源多为热电联产和燃气锅炉，其中燃气锅炉在燃烧时产生的高温烟气是主要的热量损失原因，国内外许多专家对锅炉排烟余热已做了大量的研究。现阶段在测算锅炉供暖效率时采用的是天然气低位发热量。燃气锅炉燃烧时排烟温度多在75℃以上，排烟热损失是各项损失中较大的一项，约占总能源利用率的5%~12％。排烟温度的高低直接决定热利用效率的高低，排烟温度越高，排烟损失越大。一般排烟温度升高15℃~20℃，就会使排烟热损失升高1％，可见，降低排烟温度对提高电厂效率意义重大并有有很大的经济性。

本文以某热源厂的前期设计、后期实际运行情况为例，通过对燃气锅炉的烟气余热量的计算和设备的选型进行分析。烟气在经过余热深度提取后，温度降至30℃时，烟气中蕴含的大量水蒸气析出。通过对冷凝水成分的分析，采用加碱等方式处理后，作为热网补水。在回收烟气余热的同时，回收利用大量冷凝水，不仅提高了锅炉的供热效率，还减少了热源厂的自来水耗量，节约了运行成本，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

一、烟气余热回收

燃气锅炉的燃料主要成分是CH4。燃烧后的烟气中会含有大量的水蒸汽，当采用热泵将提取烟气的热量加热供热管网回水后，烟气温度会降低，当低于烟气的饱和温度时，烟气中的水蒸汽就会析出，同时释放大量的汽化潜热。烟气冷凝水的化学成分，在经过加碱等深度水处理后，冷凝水作为供热系统的补水使用。该烟气余热回收系统的设计是在燃气锅炉尾部设置烟气余热回收设备。考虑到烟气以及烟气中的冷凝水具有腐蚀性，利用直接式换热设备与锅炉尾部的烟气进行换热，置换出烟气的余热和冷凝水，然后采用热泵提取余热水的热量。伴随着烟气中的热量提取，锅炉热效率有经历两个变化阶段，在烟气温度处于露点温度以上时，热效率提高比较平缓，烟气温度每降低22.7℃，锅炉热效率提高1％；在烟气露点温度以下时，烟气中的冷凝水析出，同时冷凝过程释放出大量的热量，锅炉热效率显著提高，平均烟气温度每降低2.7℃，锅炉热效率提高1％。

热泵提取的烟气余热热用于加热供热管网回水。较传统的未增设烟气余热回收系统相比，供热系统的效率提高10％以上。通过对热网管路和烟气管路进行设计。供热管网回水在进锅炉之前，部分管网回水先进人热泵机组，然后经锅炉尾部省煤器预热升温后进入锅炉，加热至供水需求温度后对外供热。烟气侧采用安全旁路模式。在烟气系统中设置引风机，为烟气管路系统提供烟气侧动力。

二、案例分析

某供热厂总占地约1.3万平方米，满足约600万平方米建筑面积的供暖需求，结合本地区的实际情况和参考该地区估算（类似工程）经验，现状建筑综合采暖热指标取50W/m2，总供热负荷为300MW（指标中已包含5%管网热损失）。考虑工程进度和后期负荷增加，采用模块快装锅炉，装机容量为12台29MW的燃气热水锅炉，总供热能力为348MW。目前供热行业较多采用热泵技术通过中间循环介质（水）换热的方式将热量从烟气中被提取出来。热泵形式主要有吸收式热泵和电驱动的热泵；换热的形式有直接喷淋或通过盘管间接换热。由于烟气中的冷凝水具有较强的腐蚀性，实际工程中越来越多的采用直接喷淋换热的形式。

（一）烟气余热量的计算

根据项目风烟系统方案，设置余热回收系统，即在锅炉排烟风道上增设换热器，通过热泵提取烟气中的余热，加热热网的回水，达到节约能源、保护环境的目的。单台装机容量29MW的燃气热水锅炉的排烟温度（省煤器出口）为80℃左右，排烟量为35800m3/h，增加余热回收系统后，将烟气冷凝至30℃排入大气。单台锅炉满负荷运行烟气的余热量q为：q=L×（h80℃-h30℃）。

考虑到项目建设初投资、锅炉在整个供暖期实际运行时负荷率的影响，烟气余热量的回收量取24MW，约为锅炉房满负荷运行时的69%。

（二）烟气余热回收方案

结合该地区冬季供暖期电量充足、锅炉燃料类型（天然气）的现状，项目方案分别对电压缩式热泵、燃气吸收式热泵两方案进行比选，同时与传统不增设烟气余热回收系统进行对比。

1.传统供热系统

传统天然气锅炉房主要有锅炉、循环水泵、水箱、补水泵、水处理等工艺设备以及管网和管件组成。锅炉排烟温度较高，造成一些热量的浪费。

2.电驱动热泵烟气余热回收系统

结合该地区冬季供暖期“不缺电”的现况，该方案采用电压缩式热泵进行烟气余热回收系统。与传统的供热系统相比，系统增加包括烟气余热回收电驱动热泵机组、换热器、冷却水循环水泵、冷却水补水泵、中间水箱，其中中间水箱用于存储冷却循环水。在排烟风道上设置旁通引风机，将锅炉的烟气抽取至烟气余热换热器，换热后排至锅炉烟囱。热泵通过换热器提取烟气余热后，通过间接换热的方式将热量传递给部分热网回水，提升锅炉的回水温度，进而达到节约能源的目的。

3.天然气驱动吸收式热泵烟气余热回收系统

结合供热厂锅炉的燃料类型，本方案采用燃气吸收式热泵进行烟气余热回收，系统包括燃气吸收式热泵机组、换热器、冷却水循环水泵、冷却水补水泵、中间水箱，其中中间水箱用于存储冷却循环水。主要设备及参数见表3。较电驱动热泵烟气余热回收系统，烟气余热回收系统增设了吸收式热泵的余热换热器，换热后排至锅炉烟囱。

（三）方案比选

假设锅炉在严寒期按照全天满负荷条件运行，三种烟气余热回收系统的初投资、天然气、热泵耗电量、运行费用详见下表。

三种方案对比表

由上表可见，较电驱动热泵烟气余热回收系统，天然气驱动吸收式热泵烟气余热回收系统的初投资较高，但运行费用较低；相对传统供热系统而言，供暖期按照123天计算，电驱动热泵烟气余热回收系统的静态回收期约为2.1年，烟气余热回收系统的静态回收期约为1.8年。故本项目烟气余热回收系统选择吸收式热泵余热回收方案。

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