大同熱力公司鍋爐房余熱回收方案.doc

大同熱力公司鍋爐房煙氣余熱回收方案大同熱力公司鍋爐房改造項目煙氣余熱回收方案書四方節(jié)能裝備有限公司2017年5月1. 項目條件大同熱力公司鍋爐房改造項目，共安裝3116MW燃氣熱水鍋爐，本項目擬定加配煙氣余熱熱泵，回收鍋爐煙氣余熱。供暖時長（*）h3600鍋爐額定制熱量（*）MW3116熱網(wǎng)設(shè)計水流量（*）t/h3300鍋爐后是否配節(jié)能器是價格燃氣價格（*）元/Nm33電力價格（*）元/kwh0.56單位面積供暖價格元/平米25表1 待改造鍋爐運行情況表名稱單位鍋爐房鍋爐節(jié)能器出口煙氣溫度（實際運行值）80鍋爐排煙總量Nm3/h12104熱網(wǎng)水平均回水溫度（實際運行值）50表3 天然氣參數(shù)鍋爐按燃用天然氣設(shè)計，天然氣發(fā)熱值如下：低位發(fā)熱值 Q=8200kcal/Nm32. 技術(shù)路線2.1 深度回收煙氣余熱的必要性一般地，燃氣鍋爐的熱效率為87%95%，該熱效率的計算是以天然氣低位熱值為基礎(chǔ)的。天然氣的高位熱量是燃燒時水蒸氣吸收的熱量，這部分熱量約為低位熱值的8%，而這些熱量往往隨著煙氣排放至大氣中。如果可以將這部分熱量回收利用，那么燃氣的熱效率可以超過100%，最高可達108%。天然氣的煙氣潔凈，含硫量極低，易于實施水蒸氣的冷凝。因此，深度回收燃氣鍋爐煙氣余熱，可使燃氣的高位熱值得以利用，能源效率最多可提高15%。2.2 傳統(tǒng)煙氣余熱回收方式煙氣余熱占我國工業(yè)余熱總量的一半，因此煙氣余熱回收技術(shù)起步早、發(fā)展快，形成了多種多樣的煙氣余熱回收裝置，例如省煤器、空預器或節(jié)能器等等。無論何種形式，傳統(tǒng)煙氣余熱回收裝置均通過換熱的形式回收余熱。當煙氣溫度較高時，可使用采暖回水、工藝補水等吸收煙氣余熱。當煙氣溫度較低時，只能使用空氣或冷源循環(huán)水吸收煙氣余熱。 “氣-氣”換熱系數(shù)極低，換熱面積較大，成本高；冷源循環(huán)水來源較少，目前只有直供地板采暖循環(huán)水可以作為冷源循環(huán)水，有很大的局限性。另外，換熱時產(chǎn)生的冷凝水溶解煙氣中的硫氧化物、氮氧化物，形成酸性液體，對金屬換熱面產(chǎn)生強烈腐蝕，設(shè)備使用壽命無法保障。2.3熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)是一種可以將低溫煙氣余熱轉(zhuǎn)移到高溫熱水中的一整套設(shè)備，可將煙氣溫度降低至30以下，回收絕大部分冷凝熱，從而使燃料的高位熱值得以利用，能源效率最多提高15%。熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)可以制出8090具有直接利用價值的熱水，可以應用于各類使用天然氣的場合，如大型燃氣供暖鍋爐、分布式能源、燃氣電廠余熱鍋爐等等，排煙量規(guī)模越大，節(jié)能減排的效益越好。2.4 技術(shù)原理熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)由吸收式熱泵、換熱器和循環(huán)水泵組成。二級換熱器負責將煙氣中的余熱轉(zhuǎn)移至水中，吸收式熱泵負責將循環(huán)水中的余熱轉(zhuǎn)移至高溫熱水中。通過這兩個步驟，煙氣低溫余熱便可轉(zhuǎn)移至高溫熱水中。吸收式熱泵是一種可以將低溫熱量轉(zhuǎn)移至高溫熱源中的設(shè)備。其原理為，以溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，提取低位余熱源的熱量，通過吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用的熱水。與鍋爐相比，單效熱泵的熱效率可達170%，是成熟、高效的節(jié)能產(chǎn)品。塔式換熱器是煙氣與水換熱的設(shè)備，換熱器中布滿填料，循環(huán)水自上噴淋，煙氣自下而上流動，煙氣和水直接接觸換熱。換熱過程中，煙氣的溫度下降至30，熱量轉(zhuǎn)移至循環(huán)水中，成為吸收式熱泵的余熱源。煙氣中的水蒸氣和酸性可溶物也同時混入循環(huán)水中。通過水質(zhì)在線管理，可以保證循環(huán)水水質(zhì)滿足熱泵的使用要求。3. 技術(shù)方案3.1 鍋爐現(xiàn)狀熱效率計算當燃氣、燃燒條件確定時，排煙溫度與熱效率存在一定的對應關(guān)系。通過反平衡法，可以計算出燃氣鍋爐熱效率。反平衡法計算燃氣鍋爐熱效率公式為：=1 -q2-q3-q4-q5其中，q2為排煙熱損失= (排出煙氣比焓燃燒前空氣比焓)煙氣質(zhì)量/燃氣低位熱值，通過查表、計算得到；q3為化學不完全燃燒熱損失，按照國家規(guī)范取1%；q4為機械不完全燃燒熱損失，按照國家規(guī)范取0%；q5為散熱損失，按照國家規(guī)范取1.5%。本項目按以下已知和擬定條件計算：技術(shù)條件單位數(shù)值備注燃氣熱值kcal/Nm38200擬定燃氣溫度20擬定燃氣碳氫化合物當量分子式C0.98H3.96參考準格爾氣源空氣過量系數(shù)1.196擬定空氣溫度20擬定排煙溫度80設(shè)計排煙溫度按以上條件，查表、計算結(jié)果如下：熱損失數(shù)值備注q20.027計算值q30.01取值q40.00取值q50.01取值0.953計算結(jié)果同樣方法計算其他排煙溫度下熱效率，計算結(jié)果如下：表 天然氣熱效率與排煙溫度對應表排煙溫度1308060503530熱效率(低位）100%0.9290.9530.9630.9941.0481.060分析排煙現(xiàn)狀，鍋爐所配節(jié)能器，排煙溫度為80，我們設(shè)計利用吸收式熱泵技術(shù)，繼續(xù)回收燃氣鍋爐煙氣余熱，并將其轉(zhuǎn)移到熱網(wǎng)回水中，降鍋爐排煙溫度降溫至30。3.2 鍋爐煙氣余熱計算燃氣主要成分為碳氫化合物，本項目燃氣組分參考準格爾汽源，碳氫化合物當量分子式為C0.98H3.96?？筛鶕?jù)此分子式確定反應方程及各成分摩爾數(shù)，進而計算煙氣各組分體積分數(shù)。本項目條件下，改造后排煙溫度下降至30，該熱源系統(tǒng)包括鍋爐、熱泵及配套的煙氣換熱器等設(shè)備。按照甲方的要求，改造后，鍋爐一級節(jié)能器后煙氣由80降低至30，總計回收余熱12000kW。即單臺熱泵回收單臺鍋爐煙氣余熱4000kW。3.3設(shè)備選型根據(jù)理論計算和實際運行情況，本方案為3臺鍋爐配3臺吸熱量分別為4MW（制熱量9.25MW）熱泵、3臺二級換熱器（每臺鍋爐配置一臺換熱器，換熱器的負荷為12MW）以及其他配套設(shè)施等。工藝上，熱網(wǎng)回水經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，進入熱泵機組，然后再進入鍋爐。熱泵總流量按3300m3/h設(shè)計。3.3.1熱泵按照以上計算，本項目配套三臺單機容量為9.25MW的熱泵，熱泵參數(shù)如下：表 吸收式熱泵參數(shù)表型 號RBY-9.25-80/30-50/57.3制 熱 量MW9.25熱水入口溫度50出口溫度57.3流 量t/h1092.5壓力損失kPa110循環(huán)水入口溫度40出口溫度25流 量t/h230壓力損失kPa170燃氣燃氣熱值kcal/Nm38837.3(20)燃氣耗量Nm3/h546.5入口壓力kPa320初始排煙溫度180注：1.該階段，標(*)項為估值，僅供參考。2.熱水、余熱水污垢系數(shù)為8.610-5m2K/W。3.熱水最高使用壓力為1000kPa(Gauge)（暫定）,余熱水最高使用壓力為800kPa(Gauge)。4.機組負荷運行范圍為10100負荷。3.3.2二級換熱器表 煙氣水換熱器參數(shù)表名稱單位數(shù)值煙氣入口溫度80出口溫度30流量Nm3/h57000壓損Pa200水系統(tǒng)進/出口溫度40/25流量t/h230其他填料類型316L輔機設(shè)備套13.3工藝流程圖熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)按工作介質(zhì)可分為熱水系統(tǒng)和煙風系統(tǒng)。熱水系統(tǒng)熱網(wǎng)回水母管進入鍋爐房后，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，分為2路。其中1路進入3臺鍋爐（和一級節(jié)能器），2路進入熱泵（2臺熱泵）。若原鍋爐房熱網(wǎng)循環(huán)泵余量足夠，可不再增設(shè)熱網(wǎng)增壓泵，否則需增加熱網(wǎng)增壓泵。各節(jié)能器出水口分別連接對應鍋爐入水管，入水管均設(shè)置閥門，任意鍋爐停運時，應關(guān)閉對應的入水管閥門。煙風系統(tǒng)各鍋爐、熱泵的煙氣均依次進入節(jié)能器、二級換熱器，然后獨立排出。二級換熱器、余熱循環(huán)泵和熱泵組成余熱水循環(huán)回路。余熱循環(huán)水自熱泵出口后，進入余熱水出水母管，進入二級換熱器。在二級換熱器內(nèi)換熱后，再由余熱水循環(huán)泵送入熱泵，完成煙氣余熱向熱泵的輸送。下圖是本項目煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖。13第 頁3.5 主要工程本項目為改造工程，按施工主要的工序，本項目主要工程量包括： 障礙物拆除、移位 開鑿熱泵、節(jié)能器、換熱器進場通道 澆筑熱泵、換熱器及其他輔機設(shè)備基礎(chǔ) 母管上墻、就位 換熱器進場、制作支架、就位安裝 熱網(wǎng)增壓泵、余熱水循環(huán)泵、熱泵風機進場，就位安裝 熱泵進場，就位安裝 電氣設(shè)備進場，就位安裝 煙道制作、連接 敷設(shè)支管、安裝閥門 儀表安裝 電氣安裝 收尾工作4. 投資估算本方案為和融熱力供熱有限公司3臺116MW燃氣熱水鍋爐配套3臺吸熱量均為4MW（制熱量9.25MW）煙氣吸收式熱泵系統(tǒng)。按照熱泵市場價格估算項目投資費用，可初步分析項目投資回收期。表 投資估算名稱主要規(guī)格數(shù)量投資（萬元）1、設(shè)備費熱泵RBY-9.5-80/30-50/57.53臺其他輔機熱泵配套3套2、工程費工藝熱水系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)1項土建1項電氣強電、弱電1項儀表1項其他拆改、恢復1項3、合計小計1+21項總計按照以上估算，本煙氣余熱回收工程業(yè)主自籌資金約 萬元。5. 節(jié)能效益5.1 改造后的基本效果煙氣方面，排煙溫度下降至30，煙囪的“白霧”現(xiàn)象幾乎消失，大幅減少向大氣中排放的水蒸汽。5.2 節(jié)能經(jīng)濟效益本熱泵系統(tǒng)，回收燃氣熱水鍋爐排煙總熱量12MW，預計年回收余熱量為15.65104GJ，折合天然氣量為461.29萬Nm3/年，天然氣對內(nèi)價格為3元/ Nm3，年經(jīng)濟收入約為1383.88萬元。6. 環(huán)保效益該項目預計回收余熱量為15.65104GJ，折合標煤量為0.59104 t/年。每消耗1噸標煤產(chǎn)生2.62噸CO2 氣體，則每年可少排放CO2 1.55萬噸；每消耗1噸標煤產(chǎn)生0.0085噸SO2氣體，則每年可少排放SO2 50噸；每消耗1噸標煤產(chǎn)生0.0074噸NOx氣體，則每年可少排放NOx 44噸。表6-1 該項目二氧化碳及有害氣體減排量吸收式余熱熱泵機組減排量CO2（萬噸/年）SO2（噸/年）NOx（噸/年）1.5550447.社會效益樹立典范 以企業(yè)推動行業(yè)裕中能源利用熱泵技術(shù)回收循環(huán)水余熱進行采暖供熱項目不僅可行，而且有效。通過此技術(shù)，使得冷端循環(huán)水中的余熱得到利用，降低了電廠向環(huán)境的排放，節(jié)約了一次能源。該項目的實施，對于企業(yè)，可產(chǎn)生直接地、可觀的經(jīng)濟效益；對于熱泵技術(shù)，可再一次驗證這項新技術(shù)的效果，也為熱泵技術(shù)的應用樹立了