鍋爐煙氣余熱回收綜合利用供熱系統形式探討

邢勤，李愛艷（煙臺職業學院，山東 煙臺 264000）

0 引言

目前，能源問題已成為舉世關注的焦點。鍋爐煙氣凈化余熱回收節能減排綜合利用系統不僅能回收煙氣余熱，還可以使脫硫后煙氣脫水，又可以把脫硫后的煙氣含塵量降下來，實現了節能環保雙收益，供熱前景廣闊。在實際工程應用中，綜合地域、生產工藝等多種客觀因素的影響，不同煙氣余熱回收系統產生的經濟效益也有很大的差別 為了經濟效益最大化，本文闡述了多種煙氣余熱回收工藝的特點，并進行了技術和經濟性能的比較，為工業用戶提供了一種定量化的技術方案選擇依據。

1 煙氣余熱回收工藝及特點

1.1 吸收式熱泵與直接式余熱回收換熱器(噴淋塔)

本系統包括了煙氣余熱回收專用機組、噴淋塔、水處理設備及相應的動力設備，具體流程介紹如圖1所示。

圖1 煙氣余熱回收系統流程

整套煙氣余熱回收系統主要包括以下分系統：煙氣系統、熱源水系統、熱網水系統、鍋爐補水系統、蒸汽系統、除霧系統、水處理系統。

(1)煙氣系統。脫硫后煙氣余熱回收裝置設計為立式逆流噴淋塔。脫硫后煙氣從噴淋塔底部側面進入塔內，與噴淋的熱源水液滴逆流接觸，進行換熱、除塵和脫硫反應。煙氣中的熱量和污染物被熱源水吸收，經過除霧器除去煙氣中的液滴后排放。

(2)熱源水系統。吸收系統包括噴淋塔、熱源水泵及管路等。噴淋塔內設有噴淋霧化噴嘴，熱源水在熱源水泵提供的壓力下，進入噴淋塔內與煙氣噴淋換熱，吸收煙氣熱量，升溫后的熱源水進入吸收式熱泵降溫，將熱量供給熱網水。降溫后的熱源水返回噴淋塔內，完成循環。噴淋塔底部水池設計有多重作用，既是熱源水的儲存場所，又是pH調控場所。水池通過保持液位，防止循環泵出現汽蝕，同時將煙氣中大量凝結水的回用至脫硫工藝補水，系統自動保持循環水量平衡。

(3)熱網水系統。原系統熱網水分為兩路，分別進入吸收式熱泵及熱網加熱器加熱，兩路熱網水升溫后匯合至供水母管供出。

(4)蒸汽系統。自原供熱蒸汽管網取汽，作為吸收式熱泵驅動熱源，蒸汽冷凝降溫后疏水返回原疏水系統。吸收式熱泵以原供熱蒸汽為驅動熱源，回收煙氣余熱，并將蒸汽及煙氣熱量統一供給熱網水，實現節能目的。

(5)鍋爐補水系統。原鍋爐補水系統利用蒸汽加熱，增設煙氣余熱回收系統后，利用熱源水直接將鍋爐補水加熱至25℃，即實現煙氣加熱鍋爐補水目的，減少鍋爐補水加熱蒸汽消耗。

(6)除霧系統。除霧器經過特別設計，設置成屋脊式或高效管式除霧器，并集成與噴淋塔內部，通過控制煙氣流速和流場，使液滴與葉片碰撞，能夠有效截留煙氣中所攜帶的液滴。除霧器長時間運行，煙氣中的灰塵會附著在其表面，影響除霧效果，系統配置了沖洗水泵，用于定期沖洗噴淋塔除霧器，確保除霧器高效運行。工藝水取自熱源水，可不另選水源。

(7)水處理系統。熱源水噴淋吸收煙氣中的SO2等酸性氣體后，熱源水呈弱酸性，對設備及管道產生酸性腐蝕，因此必須對其進行中和處理。水處理系統可通過加藥措施調整系統熱源水處于中性，確保運行安全穩定。熱源水的pH值通過在線儀表連續檢測，并與自動加藥裝置做自控連鎖，通過pH值變動連鎖自動加藥系統自動運行。在上述方案的基礎上，采用不同的驅動源也可實現以上功能，衍生出以下方案：電熱泵與直接式余熱回收換熱器(噴淋塔)。

1.2 電熱泵與非直接式余熱回收換熱器(氟塑料)

本系統包括了煙氣余熱回收專用機組、氟塑料、水處理設備及相應的動力設備，具體流程介紹如圖2所示。

圖2 氟塑料原理圖

脫硫塔與煙囪間的水平煙道上安裝非金屬煙氣凈化煙氣換熱器。采用非金屬煙氣凈化煙氣換熱器凝結煙氣中的大量水蒸汽。非金屬煙氣凈化余熱回收換熱器管外凝結水蒸汽的同時會凝并大量的粉塵顆粒，達到凈化除塵的目的，同時回收了煙氣中的大量的水蒸汽潛熱，大量潛熱傳到金屬煙氣凈化煙氣換熱器換熱管內的循環水，采用電螺桿式熱泵吸收循環水的熱量，在電力的驅動下，加熱廠內換熱站二次網回水。本系統實現了除塵與收熱的雙重功能。采暖供回水與廠內原二次網的采暖供回水管道采用并聯連接方式。冬季供暖期間，優先利用螺桿式熱泵供熱。在供熱負荷不能滿足需求時，再開啟供熱板換，利用一次網高溫熱水加熱二次網回水。一次網高溫熱水的供熱量的多少通過控制系統控制二次網供水溫度來實現。

在上述方案的基礎上，采用不同的驅動源也可實現以上功能，衍生出以下方案：吸收式熱泵與非直接式余熱回收換熱器(氟塑料)。

2 經濟收益及運行成本分析對比

本方案按照全年運行時間按照3384h(141天)計算,供熱面積31w/m2，天然氣價格3.8元/m3，水價5.29元/噸，電價0.38元/kW·h，熱源蒸汽價格56元/GJ標煤單價971.61元/噸，標煤熱值7000kcal/kg，供熱價格86元/GJ計算，經濟收益及運行成本分析對比如表1所示。

3 結語

通過以上方案對比，如果熱泵驅動源采用天然氣，運行成本高昂，同時氣源供應不穩定，受政策及市場影響較大，不宜采用；如果驅動源采用電，常規電價同樣存在運行成本高的問題，若是熱電聯產項目，可以考慮電熱泵形式；因此熱泵驅動源首選是蒸汽驅動是性價比較高的方案，其次是電熱泵形式；另外，噴淋塔冷凝器與氟塑料相比可以直接同煙氣接觸換熱，能充分吸收煙氣中的潛熱，熱效率更高，回收余熱的同時減少污染物排放濃度，實現節能減排的雙重功效，煙氣余熱用于加熱熱網水，增加了鍋爐熱效率，減少了鍋爐燃煤消耗，提高經濟效益，減少了排煙中水蒸氣的含量，避免了冒“白煙”現象。

表1 經濟收益及運行成本分析對比

另外，文章只是討論各種類型的鍋爐煙氣凈化余熱回收節能減排綜合利用系統及其可能的運行模式，對于任一給定的具體實際工程，還要從系統能耗特性、經濟性以及系統供冷/熱的可靠性等方面進行更詳細的計算與分析，才能得到最終滿意的結果，筆者將在這方面進一步地開展研究工作。