燃气锅炉烟气余热回收系统的运用探讨

燃气锅炉烟气余热回收系统的运用探讨

杨海霞

乌鲁木齐热力工程设计研究院有限责任公司 新疆 830000

摘要：我国各种资源储备相对丰富，但是我国人口基数大，因此资源的人均占有量较低，因此，基于可持续发展考虑，构建资源节约友好型社会极为重要。供热系统作为人们生产、生活当中的基础设施，其运行效益也越发的受到社会各界的高度关注。尤其是在锅炉燃烧过程中，大量高温烟气的排放不但造成了严重资源浪费，同时也会造成较大的环境污染。如果可以实现对燃气锅炉烟气余热的高效回收，对于节约能源，降低环境污染有着十分重要的现实意义。基于此，文章对燃气锅炉烟气余热回收系统及其技术应用进行了深入分析、探讨，希望能够为提高燃气锅炉烟气余热回收效率提供有效参考。

关键词：燃气锅炉；烟气余热回收；热泵；换热器

燃气锅炉是“煤改气”技术应用过程中的重要设备，对于提高对天然气的利用效率有着至关重要作用。然而，至今为止，燃气锅炉供热系统运行过程中对于天然气燃烧利用效率，仍然较低，尤其是锅炉燃烧排放的高温烟气，使得燃烧热能大量损失，造成了严重的资源浪费。因此，应用燃气锅炉烟气余热回收系统，加强对烟气余热的回收利用对于构建能源集约型社会有着重要现实意义。

一、燃气锅炉烟气余热深度回收系统原理

甲烷是天然气的主要成分，在锅炉燃烧中会产生大量的热能供生产生活使用，同时也会生成大量的气态水。当温度降低到55℃以下气态水发生冷凝而释放大量潜热。因此，对这些烟气进行回收，提质升温，有着较为显著的热能回收效益。而燃气锅炉烟气余热回收系统的应用原理主要是借助锅炉燃烧后，采用间接式换热器来对锅炉尾气余热进行交换回收，采用吸收式热泵技术对经过交换后温度较低的尾气余热进行回收，随后我们可以将其用于加热供热管回水。经过回收后的锅炉尾气温度降低，直至水蒸气凝结，这一过程能够大幅提升系统热效率。

烟气产生的主要原理是，锅炉供热管网回水先是进入热泵机系统进行预热，然后经过锅炉加热到额定温度之后向外供热，产生的烟气在增压风机的侧动力作用下进入安全旁路的烟气管路系统当中，再通过防腐烟囱排放。在此过程中，尾气硫化物、氮化物会在烟气冷凝水作用下被大量吸收，进而达到规定的排放标准。

二、燃气锅炉烟气余热回收系统组成

（一）烟气系统

在烟气系统主要由引风机、增压风机、烟道、烟囱等构成。其工作原理是通过引风机作用将烟气旁路、锅炉、热泵中的烟气进行汇总，在增压风机的侧动力下送入常温排烟节能系统，当烟气能量释放下降到一定温度之后，通过烟囱排放进入大气。

（二）供暖循环水系统

这一系统中，采用流量调节阀对供暖回水总管道总量进行调节，并分别在调节阀前后设置一路热水管网旁路与截断阀，将循环水泵设置在进水管路中。在系统运行过程中，借助循环泵作用将供暖回水从总管中抽取输入热泵，进行加热升温，最后进入供热回水管网进行供热。

（三）余热水系统

在燃气锅炉烟气余热回收过程中，烟气换热器与热泵之间主要是通过余热水系统进行连接。在完成烟气热量吸收之后，余热水温度升高，在热泵的作用下将热量释放给供热水。余热水温度降低之后回到烟气换热器中循环使用。

（四）防腐设计

冷凝之后的锅炉烟气形成饱和的凝水，其PH值通常在4左右，对排放管道有着较大的腐蚀作用。因此，锅炉烟气排放系统中以全不锈钢作为烟道基础材料，并对烟道底部进行斜坡设计，同时在最低处设计凝水排放管，并与烟囱总排水管相连，避免腐蚀的同时将处理后的凝水作为燃气锅炉补水使用。

三、燃气锅炉烟气余热回收技术的具体运用

（一）换热器回收技术

在烟气余热回收过程中，换热器是较为常用的技术设备，换热器选择的合理性将会对烟气余热回收系统功能产生极大影响。按照换热方式划分，换热器可分为间接接触式换热型和直接接触式换热型两类。

间接接触式余热回收换热器，在进行换热过程中不会与烟气、水进行直接接触，应此不会对换热水质造成影响，同时具备对烟温、水温较好的控制能力。烟气冷凝产生的冷凝水会对设备产生一定腐蚀作用，所以间接接触式换热器必须具备较好的防腐性能。由于间接接触式换热器有着管壁热阻，所以传热系数较低，加上结构复杂，换热面积大，在安装空间上有着较大要求。

直接接触式换热器的原理是采用两种介质以直接接触方式实现热传递。直接接触式换热器具备较高的传热系数，热能回收效率高。在冷凝传热过程中使用了喷淋溶液，能够对烟气冷凝水进行稀释，同时具备对设备的冲洗效果，因此在防腐方面的要求不高。这种换热器的结构较为紧凑，在安装空间上的要求不高，虽说有着较高的应用成本，但仍有着较广泛的应用。

（二）热泵回收技术

燃气锅炉中的烟气露点通常在55～65℃左右，这就要求用于回收烟气冷凝余热的供热回水温度应小于烟气露点温度，否则需要利用热泵对预热供热回水热量进行回收降温。热泵的类型按其运行方式可分为电压缩式热泵、吸收式热泵两种。应结合锅炉容量对热泵类型进行合理选择。

电压缩式热泵在烟气余热回收中的应用主要是与烟气冷凝余热回收装置互相结合使用，以烟气余热回收装置为压缩式热泵的蒸发器，或者是采用烟气余热回收装置内的循环水作为压缩式热泵低温侧热源。经过热泵降温后的冷凝水用作于预热热网回水使用。

吸收式热泵与冷凝换热器结合，实现对烟气余热的回收过程中，会使用到一些，如CaCl₂、LiCl等吸湿性能较好的盐溶液，会多设备造成电化学腐蚀作用。在溶氧量大的情况下，腐蚀问题更为严重，以及在腐蚀作用下导致材料剥落，会对溶液造成污染，以及出现设备堵塞问题，减弱传热效果。对此，应采用溶液改性配合电化学的方法，在金属材料表面形成涂膜，进而达到防腐效果。

四、燃气锅炉烟气余热回收系统在集中供热中的应用

空气、水，是烟气余热回收常用冷介质。空气经加热之后能够应用于原料、半成品的烘干，也可用作锅炉鼓风。经过加热的水可用来对锅炉补水进行预热、供热，以及生活热水供应等。对于烟气量、温度较大情况，能够使水加热成为水蒸汽用于生产。烟气余热回收在集中供热系统中的应用主要分为单级余热回收供热与双级余热回收供热，前者主要用于为预热热网回水和供应生活热水。在预热热网回水方面，主要利用吸收式热泵对烟气余热进行回收，然后用作预热热网回水，为烟气一水换热装置提供低温热源，并在完成热量提取后用作预热一次热网回水，再经锅炉加热后为一次网供水。这一技术地应用能够有效提升燃气能源利用效率，并且大幅减轻烟囱白烟现象。在供应生活热水方面，通过借助烟气冷凝热能回收装置对天然气直燃机的改造作用，使其排放烟气余热对酒店等生活热水进行加热，通过回收烟气凝结水对空调系统进行补水使用。双级余热回收供热型系统的应用主要是利用高温烟气加热热网回水，满足供热用户对热水的温度需求；通过采用热泵机组对低温烟气余热进行回收加热，进行二次供热。

五、烟气冷凝余热回收注意事项

在对燃气锅炉烟气余热回收利用过程中，除了应对如何提升余热利用效率进行考虑之外，还应对其中一些关键性问题予以高度重视，主要包括以下几个方面：①降温后的烟气排放；②烟气酸性冷凝液处理；③设备腐蚀预防处理；④烟气净化与环境污染保护等。这些都需要技术人员在系统应用过程中结合具体情况制定有效措施进行处理。例如，在烟气排放问题处理方面。烟气经冷凝回收余热之后，烟气温度降到最低，此时烟气处于较为饱和的状态，削弱了烟气抬升能力，烟囱排放效率较低，加上收到不良排放地点位置与不利气候条件因素影响，极易导致烟气无法顺利从烟囱直接排出现象。此时则需要对烟气进行再热，或者是使用风机等动力方式将烟气排出。

参考文献：

[1]杨东升.大型供热燃气锅炉烟气余热回收应用研究与分析[J].北京建筑大学，2015.

[2]朱冬峰.关于天然气锅炉烟气余热回收技术的应用分析[J].科技资讯，2019（10）: 65-66.

[3]胡杰锋.天然气锅炉烟气余热回收技术及应用研究[J].节能，2018.