常溫排煙節能系統在燃氣鍋爐上的應用

索東盛　張　博

（上海煙草集團有限責任公司天津卷煙廠天津300163）

常溫排煙節能系統在燃氣鍋爐上的應用

索東盛張博

（上海煙草集團有限責任公司天津卷煙廠天津300163）

運用吸收式熱泵，對天津卷煙廠的蒸汽鍋爐尾氣進行余熱回收，并將余熱用于加熱采暖水和鍋爐補水，實際運行結果表明：采用該項技術，實現鍋爐常溫（＜40℃）排煙，并大幅降低鍋爐天然氣耗量，實現鍋爐節氣率高達10%左右，達到節能減排目的，一個采暖季可產生的直接經濟效益達57.4萬元。

燃氣鍋爐；余熱；常溫排煙；熱泵

近年來，隨著社會的日益發展與進步，國家對資源節約、環境保護、能源綜合利用等方面的要求逐步提高。目前我國采用的燃氣型蒸汽鍋爐，排煙溫度150℃左右［1，2］，將其直接排放不僅造成巨大的余熱浪費也嚴重污染了大氣環境。若可實現鍋爐煙氣的常溫排放（例如30℃），不僅可回收尾氣中的大量顯熱，亦可回收其大部分潛熱［3，4］，將鍋爐效率提高至107%［5］（相對于低位發熱值）以上。將回收的熱量用于冬季采暖，一方面大幅降低了采暖的能源耗量，另一方面鍋爐尾氣中的水蒸氣、NOX以及SO2的排放亦大幅減少，對保護環境起到積極的作用。

本文基于實際案例，采用吸收式熱泵，對天津卷煙廠的煙氣余熱進行回收用于加熱采暖水和鍋爐補水，以驗證常溫排煙節能系統在燃氣鍋爐上的應用。

1　原理

每冷凝出一噸水折合回收一噸蒸汽熱量，因此，通過理論計算，鍋爐在不同排煙溫度下的熱效率［6］如圖1所示。

圖1　燃氣鍋爐不同排煙溫度下的理論熱效率

當鍋爐排煙溫度低于煙氣水露點時（53℃～57℃），水蒸氣冷凝釋放潛熱［7］，熱效率會急劇上升，然后逐漸平緩，當排煙溫度達到30℃時，鍋爐理論熱效率能達到107%［5］（相對于燃氣低位發熱值）。

實際供暖中回水溫度一般位于45℃～55℃之間，根據熱力學第二定律，采用傳統的換熱式余熱回收裝置，其排煙溫度不可能低于回水溫度。從系統的經濟性角度出發，通常排煙溫度高于回水溫度10℃～15℃。綜上可知，采用換熱式余熱回收裝置，鍋爐最終排煙溫度在55℃以上，極少甚至是回收不到煙氣中水蒸氣的冷凝熱。

為更大限度的進行余熱回收，減少污染氣體的排放，天津卷煙廠和雙良集團合作，采用常溫排煙節能系統，利用吸收式熱泵逆向傳熱技術原理，將煙氣中熱量吸收，用于加熱采暖水，實現鍋爐尾氣的常溫（40℃以下）排放。

吸收式熱泵全稱為第一類溴化鋰吸收式熱泵，是以高品位能源（蒸汽/燃氣）為驅動熱源，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發劑，利用水在低壓真空狀態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換制取工藝性或采暖性的熱水，是國家重點推廣的高新技術之一。

吸收式熱泵的應用原理如圖2所示，以天然氣為驅動能源Q1，驅動機內溴化鋰溶劑循環做功，產生制冷效應，回收煙氣中的余熱Q2（通過煙氣取熱器）。消耗的驅動燃氣熱量Q1與回收的煙氣余熱量Q2共同加入到熱網水中，即：熱網得到的熱量為Q1+Q2。

圖2　吸收式熱泵回收余熱示意圖

2　案例

天津卷煙廠現有3臺20噸的燃氣蒸汽鍋爐，采暖時間2880h。天津市天然氣成分、價格以及低位熱值（天津市燃氣公司提供）如表1所示。經現場測定，鍋爐尾氣中含氧量為3%，計算得過量系數為1.19，進而得出鍋爐尾氣成分［6］，如表2所示。

表1　燃氣特性表

表2　鍋爐尾氣成分表

從表2可見，煙氣中水蒸氣體積含量15.99%，若將煙氣溫度降低至30℃，根據水和水蒸氣的特性可得出，煙氣中的水蒸氣體積含量將降低至4.2%［7］，約73%的水蒸氣被冷凝析出，釋放大量的汽化潛熱。可見，實現煙氣的余熱利用具有重大的能源效益。

常溫排煙節能系統的工藝流程圖如圖3所示。采暖季，風機將鍋爐尾氣引致煙氣取熱器與余熱水進行換熱，吸收煙氣余熱后的高溫余熱水進入吸收式熱泵加熱采暖水。實現鍋爐排煙降低至40℃以下。非采暖季，通過余熱水管路上的轉化閥，將煙氣余熱用于加熱鍋爐補水，此時，吸收式熱泵不參與工作，實現鍋爐排煙溫度降低至70℃左右。

一個采暖季，通過采用常溫排煙節能系統將煙氣余熱進行回收，節約燃氣量2.4×105Nm3，采暖季純經濟效益57.4萬元，降低碳排放429t，詳見表3。

圖3　常溫排煙節能系統工藝流程圖

表3　采暖季熱力和經濟效益計算表

3　結語

為更大限度的實現余熱回收，減少污染氣體排放，天津卷煙廠和雙良集團合作，采用常溫排煙節能系統，利用吸收式熱泵逆向傳熱技術原理，將煙氣中熱量吸收，用于加熱采暖水。實現了鍋爐尾氣的常溫（<30℃）排放，一個采暖季共節約天然氣耗量2.4× 105Nm3，創造57.4萬元的經濟效益，降低碳排放429t。充分證實常溫排煙節能系統在燃氣鍋爐上的有效應用。

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