燃煤工业锅炉烟气余热回收技术与节能效益研究

魏景源 山东万豪华宇工程设计有限公司

节能降耗是我国经济发展的重要方向，而燃煤工业锅炉烟气余热回收技术是节能降耗的重要手段之一。随着我国工业的快速发展，工业锅炉的使用也越来越多，但工业锅炉在实际运行过程中存在着较多问题，如排烟温度较高、锅炉排烟温度高、锅炉效率低等。因此，针对上述问题本文对燃煤工业锅炉烟气余热回收技术进行研究，以实现节能降耗，提高企业经济效益。

1 燃煤工业锅炉烟气余热回收技术

1.1 工程概况

某燃煤工厂拟对对原锅炉排烟系统、锅炉进风系统和供热系统进行改造，在原烟囱及排烟引风机旁新建一座烟气循环冷凝热回收设备设施，并在原锅炉进风口处新建锅炉进风加热加湿用喷淋塔，利用原有2#、3#、4#炉的烟气余热，用于加热热网循环水回水，并对锅炉进风进行加热加湿，新建余热利用系统内部水管系统、热网回水加热水管系统等设施。

1.2 燃煤工业锅炉烟气余热回收技术

以吸收式换热为基础的燃气锅炉的烟气废热收集及区域加热系统由热源站、热力站、一次热网和二次热网组成。该热源站的主体部分由燃气锅炉、水换热器和循环水泵组成，每一种燃气锅炉的排烟都是相互独立的，并分别配备一台水换热器。热电厂的主体部分有两部分，一是吸收式换热机，二是二次热网络的循环水泵。吸收式换热机包括水换热器和吸收式热泵，它是实现一次回水温度的重要装置。系统流程如下：

①对于热电厂来说，一次热网络中的水，在吸收式热泵发电机中的一次热网络中，通过释放热量来冷却，然后在水-水换热器中，通过加热热量来冷却，再通过吸收热量来冷却，这样一次热网络中的循环水的水温就会下降到20℃以下。

②二级热网有2 条给水路线，1 条给水通过吸收、凝结过程进行加温，1 条给水通过水-水换热器由一级热网的循环水进行加温，2 条给水通过加温后的2条给水通道合并，重新回到二级热网的给水管道中，成为二级热网的给水。吸收型换热器通过吸收热泵对一次网循环水进行有效能量的吸收和冷却，使一次网循环水的热量由低温向高温的二次热网络传输，达到显著降低一次热网络回水温度的目的。

③在热源站点，一次热网络20℃左右的回水，通过安装在煤气锅炉上的防腐隔板烟-水换热器，使烟气温度下降到30℃以下（比烟气露点更低），从烟气中得到更多的热量，再通过基本负载锅炉和调峰负载锅炉，这样循环往复，逐步升高，最终以水的形式，回到一次热网供水管道中。从而，达到对燃气锅炉排烟余热进行高效、深度回收利用的目的，提升燃气锅炉的热效率和供热能力，以满足日益增长的热负荷需求。

2 燃煤工业锅炉烟气余热回收技术节能效益分析

2.1 锅炉烟气余热回收方案

该热电厂燃气锅炉区域供暖面积70 万m2，热量指数为50W/m2，设有5 座热电厂，每个热电厂的设计负载为7MW，锅炉烟气余热回收方案有3 种。方案一：以烟气-水合热交换为基础的区域供暖系统，在热源站点内安装1 台煤气锅炉，并在各锅炉之间安装了隔壁型的烟-水换热器，通过一次热网络中的回流水将一部分的烟气废热进行了回收。方案二：以吸收型热泵为基础的烟气-水换热器为基础的区域供暖系统，热源站安装燃气锅炉、直燃型吸收式热泵和防腐型间壁式烟-水换热器。其中，直燃型吸收式热泵所产生的低温制冷水被用来在防腐型烟-水换热器中回收锅炉排烟余热。方案三：采用本文提出的锅炉余热回收方案，在热源车站安装煤气锅炉时，每个锅炉都安装有防腐型间壁式烟-水换热器。

2.2 燃气锅炉区域供热系统设计参数

某市冬天采暖天数是120d，在采暖期间，室外的计算气温是-9℃，室外的平均计算气温是-1.6℃，而室内的计算气温是18℃。供热二次供热管网的供水、供水水温分别为60℃、45℃。3 种不同燃气锅炉供热系统热力参数如表1 所示。当一次热网一次回水温度提高到20℃时，供、回水温差从75℃上升到110℃，使一次热网一次回水的循环水量减少32%。

表1 三种供热系统设计参数

2.3 节能效益分析

根据三种不同技术方法设计的煤气锅炉，其年采暖能量消耗情况见表2。因为一次热力网络循环泵的能耗，除了与热电厂、热源电站的装置的部分损耗外，还与一次热力网络的输送距离密切相关。3 种供暖方式的循环随主热网输送距离的增长而增长，且以方案三循环泵的年电耗增长幅度最小，节电效果最好。因此，在远距离输送和供暖项目中，方案三节能效益最好。

表2 三种供热方案运行能耗

3 结语

本文提出了一种烟气废热收集及区域加热系统，由热源站、热力站、一次热网和二次热网组成。其中，热源站由燃气锅炉、水换热器和循环水泵组成，每一种燃气锅炉的排烟都是相互独立的。热电厂的主体部分包括吸收式换热机和循环水泵，它们是实现一次回水温度的重要装置。在供热半径1km 的情况下，一次供热网络的供水和回水的温度差将会加大，循环水量将会减少，从而使得在供热范围为1km 的情况下，水泵的耗电将会与传统的供热方式相差不多。对锅炉烟气余热回收方案比较分析，在燃气消耗量方面，方案二和方案三比方案一少；在水泵耗电量方案，方案一和方案三明显低于方案二；在余热回收率方案，方案三谁余热回收率最高。