煙氣余熱回收利用技術(shù)應(yīng)用與探討

1、煙氣余熱回收利用技術(shù)應(yīng)用與探討摘要：近年來，為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，國(guó)家對(duì)火電企業(yè)的節(jié)能減 排問題給予了前所未有的高度重視，并相繼出臺(tái)了一系列經(jīng)濟(jì)政策和節(jié)能環(huán)保指 標(biāo)要求。本文主要就煙氣余熱回收利用技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。關(guān)鍵詞：煙氣；余熱回收；應(yīng)用1、煙氣余熱回收原理介紹目前，我國(guó)采用的燃?xì)庑湾仩t，排煙溫度普遍高于100度，即使于鍋爐尾部 設(shè)置節(jié)能器，排煙溫度依舊可高達(dá)75度以上。若將排煙溫度降低至常溫排放， 煙氣可釋放出自身所蘊(yùn)含的大量顯熱和潛熱。根據(jù)江蘇雙良新能源裝備有限公司 提供的數(shù)據(jù)，若將該部分熱量用于加熱鍋爐回水，可將鍋爐效率提高9%左右， 節(jié)氣率高達(dá)10%以上。在鍋爐負(fù)荷

2、不變的情況下SO2，CO2、NOX可年減排約 10%。目前燃?xì)忮仩t所用天然氣，主要成分是CH4,因此燃燒后的煙氣中含有大 量氣態(tài)H2O,約占煙氣比例的17%左右。根據(jù)煙氣成分、水和水蒸氣特性表可知， 煙氣溫度低于55.3度（大氣壓力101kPa左右）時(shí)，燃?xì)忮仩t尾氣中的水蒸氣隨之冷 凝析出，釋放大量的汽化潛熱，當(dāng)溫度降低至30度時(shí)，煙氣中的水蒸氣含量可 降低至5%。理論上，每冷凝出一噸水折合回收一噸蒸汽熱量，進(jìn)而得出，鍋爐在 不同排煙溫度下的熱效率，當(dāng)鍋爐排煙溫度低于煙氣露點(diǎn)時(shí)（57.20度），水蒸氣冷 凝釋放潛熱，熱效率會(huì)急劇上升，然后逐漸平緩，當(dāng)排煙溫度達(dá)到30度時(shí)，鍋 爐理論熱效率能達(dá)到

3、107%（相對(duì)于燃?xì)獾臀话l(fā)熱值）。實(shí)際供暖中回水溫度一般位 于45-65，甚至更高，采用傳統(tǒng)的換熱式余熱回收裝置，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可 知其排煙溫度不可能低于回水溫度，一般比回水溫度高10-15。由此可知，采用 換熱式余熱回收裝置，鍋爐最終排煙溫度在煙氣水露點(diǎn)溫度之上，極少甚至是回 收不到煙氣中水蒸氣的冷凝潛熱。在上述情形下，為了最大限度的回收鍋爐煙氣 中的余熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，可采用吸收式熱泵，運(yùn)用逆向傳熱技術(shù)，將鍋爐排煙 溫度降低至30度以下，回收煙氣中大部分的潛熱和顯熱，并將回收的余熱用于 加熱采暖水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大幅降低燃?xì)夂牧亢臀廴疚锱欧?。吸收式熱泵全稱為第 類澳化鏗吸收式熱泵，是以高品

4、位能源（蒸汽/燃?xì)猓轵?qū)動(dòng)熱源，澳化鏗濃溶液 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(diǎn)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性的熱水，是國(guó)家 重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。2、煙氣余熱回收利用技術(shù)2.1吸收式換熱燃?xì)忮仩t排煙溫度是煙氣余熱回收效率的直觀表現(xiàn)，排煙溫度受到冷介質(zhì)流 量、進(jìn)出口溫度的限制。實(shí)際工程中，冷介質(zhì)流量、進(jìn)出口溫度往往被限定在一 定范圍內(nèi)，導(dǎo)致在一些工況下，傳統(tǒng)冷凝鍋爐無法將煙氣冷凝到露點(diǎn)，或者只能 冷卻到露點(diǎn)下較高的溫度，大部分的水蒸氣潛熱未被利用。由此可見，傳統(tǒng)意義 上的冷凝式鍋爐存在較大局限性。吸收式換熱技術(shù)適用于各種能級(jí)不匹

5、配的大溫 差換熱，降低不可逆損失。因此有學(xué)者提出將傳統(tǒng)換熱技術(shù)與吸收式換熱技術(shù)相 結(jié)合，利用冷卻水將排煙溫度降低到接近環(huán)境溫度，再通過吸收式熱泵將冷卻水 的低位熱量回收。與傳統(tǒng)冷凝技術(shù)相比，該技術(shù)的適用范圍更廣、實(shí)際熱回收效 率更高。2.2冷凝式煙氣余熱回收技術(shù)冷凝式煙氣余熱回收技術(shù)是在早期煙氣余熱回收技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用高效的 冷凝余熱回收裝置來吸收鍋爐排出的高溫?zé)煔庵械娘@熱和水蒸氣凝結(jié)所釋放的潛 熱。與早期煙氣余熱回收技術(shù)相比，冷凝式余熱回收技術(shù)雖然在換熱器形式上差 別不大，但是其傳熱機(jī)理從單相對(duì)流換熱變?yōu)槟Y(jié)式換熱，此外冷凝式余熱回收 技術(shù)還需考慮冷凝酸液對(duì)換熱面的腐蝕問題。我國(guó)在煙氣冷凝

6、余熱回收領(lǐng)域起步 較晚，但隨著節(jié)能環(huán)保政策的加強(qiáng)、我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，燃?xì)饫淠酂峄厥赵?來越受到重視。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)煙氣冷凝傳熱的基礎(chǔ)理論方面已進(jìn)行了大量工作， 我國(guó)的研究主要集中在冷凝式換熱器開發(fā)中涉及的一些工程技術(shù)問題上，并且建 立了一些燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收的示范工程。2.3利用熱泵回收煙氣余熱技術(shù)天然氣燃燒產(chǎn)生的煙氣露點(diǎn)一般在55-65度之間，若回收煙氣冷凝余熱，需 要供熱回水溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度范圍。如果供熱回水溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度， 可以利用熱泵回收煙氣冷凝余熱用于預(yù)熱供熱回水。目前對(duì)于利用吸收式熱泵回 收煙氣余熱的研究更為廣泛，因其所需驅(qū)動(dòng)熱源可以用鍋爐提供的蒸汽或熱水提 供。但

7、吸收式熱泵投資成本較高且占用安裝空間較大。根據(jù)鍋爐容量的不同，適 宜選取不同類型的熱泵，0.01-10MW的鍋爐適用于選用電壓縮式熱泵形式。2.4利用壓縮式熱泵回收煙氣余熱技術(shù)利用電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵回收煙氣余熱技術(shù)是將電壓縮式熱泵與煙氣冷凝余熱 回收裝置結(jié)合，以煙氣余熱回收裝置作為壓縮式熱泵的蒸發(fā)器;或以煙氣余熱回收 裝置內(nèi)的循環(huán)水為壓縮式熱泵的低溫側(cè)熱源，壓縮式熱泵提取低溫側(cè)熱量后用于 預(yù)熱熱網(wǎng)回水。為保證充分加熱熱網(wǎng)回水，提出采用二氧化碳跨臨界循環(huán)熱泵或 螺桿型氨制冷壓縮式熱泵。煙氣側(cè)管體采用螺旋波紋翅片管，外殼為煙箱，制冷 劑側(cè)管體為光管，外殼為筒體。煙氣源熱泵可以解決冷凝式換熱器部分換熱

8、器壁 面不能使煙氣冷凝的問題。以容量為10kW、100kW兩臺(tái)顆粒料鍋爐和容量為 100kW、10MW的2臺(tái)木屑鍋爐為例，分析了結(jié)合電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵和噴淋式急 冷裝置的煙氣余熱回收系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)增加2%-13%，一次能源利 用率提高3%-21%。3、煙氣余熱回收技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用煙氣余熱回收用冷介質(zhì)通常為空氣或水。空氣加熱后可用于鍋爐的鼓風(fēng)和原 料及半成品烘干。水加熱后可用于鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱、供熱、供生活熱水等，在煙氣 量較大、溫度較高的情況下，可以將水加熱成為水蒸汽。在集中供熱系統(tǒng)中煙氣 余熱回收技術(shù)應(yīng)用的典型方式按余熱回收級(jí)數(shù)分為單級(jí)余熱回收供熱型和雙級(jí)余 熱回收供熱型，

9、其中單級(jí)余熱回收供熱型可分為預(yù)熱熱網(wǎng)回水型與供生活熱水型。3.1單級(jí)余熱回收供熱型利用吸收式熱泵回收煙氣余熱用于預(yù)熱熱網(wǎng)回水的系統(tǒng)，吸收式熱泵以天然 氣為驅(qū)動(dòng)能源，以煙氣一水換熱裝置中回收煙氣余熱后的熱水作為低溫?zé)嵩矗?取熱量后用于預(yù)熱一次熱網(wǎng)回水，一次熱網(wǎng)回水再經(jīng)過鍋爐加熱后提供給一次網(wǎng) 供水。該技術(shù)已應(yīng)用于某些工程中，可提高燃?xì)饽茉蠢眯?0%以上，明顯減 少煙囪冒白煙現(xiàn)象。該技術(shù)增加的投資可在3-4a內(nèi)回收。3.2單級(jí)余熱回收供熱型利用煙氣冷凝熱能回收裝置對(duì)某酒店天然氣直燃機(jī)進(jìn)行改造，回收直燃機(jī)排 放煙氣的余熱用于加熱酒店生活熱水，并將煙氣凝結(jié)水進(jìn)行回收供空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)水， 可提高熱效率

10、10%以上。3.3雙級(jí)余熱回收供熱型該類型系統(tǒng)首先利用高溫?zé)煔饧訜釤峋W(wǎng)回水達(dá)到供熱用戶需求的供水溫度;其 次再利用熱泵機(jī)組回收利用低溫?zé)煔庥酂幔脽岜脵C(jī)組的高溫側(cè)加熱熱網(wǎng)回水 達(dá)到供熱用戶需求的供水溫度。根據(jù)換熱器不同，給出兩種采用雙級(jí)換熱的煙氣 余熱回收利用系統(tǒng)。由于采用了雙級(jí)換熱，使得煙氣溫度大幅度降低，熱網(wǎng)回水 溫度溫升較大，利用熱泵系統(tǒng)加熱后，可以實(shí)現(xiàn)提供較高的熱網(wǎng)供水溫度。結(jié)束語(yǔ)隨著我國(guó)能源和環(huán)境壓力的日益增加，燃?xì)忮仩t越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、 生活之中。煙氣余熱回收作為重要的燃?xì)忮仩t節(jié)能技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。由 于燃?xì)忮仩t煙氣中蘊(yùn)含大量的余熱有待回收利用，煙氣余熱回收成為提高燃?xì)忮?爐能源利用效率的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)歷經(jīng)早期技術(shù)、冷凝回收、吸收式換熱+冷 凝回收等幾個(gè)階段，同時(shí)也出現(xiàn)了接觸式、間壁式和蓄熱式等換熱形式。隨著該 技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)忮仩t煙氣余熱利用水平和鍋爐效率得到不斷提高。參考文獻(xiàn)李樹華.焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝余熱回收一體化研究應(yīng)用J.燃料與化工,2019,50(01):48-51.汪杰.燒結(jié)余熱回收鍋爐煙氣流場(chǎng)數(shù)值模擬研究J.工業(yè)鍋爐,2018(06): 5-10.王富全，龐卓，田剛，張春堯,楊海霞，由世俊,王娜,王雅然，高沖，趙巖，康益軍，劉 興原，董衛(wèi)平.吸收式熱泵回收燃?xì)?/p>