吸收式熱泵技術在供熱鍋爐煙氣余熱回收利用中的應用與分析

管立君 左國輝

河北漢堯環保科技股份有限公司 河北 石家莊 050031

引言

近幾年隨著科學技術的不斷發展和進步,材料和制造工藝也不斷突破。在鍋爐應用領域實現了超高溫、超高壓、雙超、亞臨界等先進技術的應用,大大提高了鍋爐和透平的熱效率。然而在常規的供熱鍋爐領域,技術卻朝著另一個方向發展,即通過不斷降低鍋爐排煙溫度而實現煙氣的余熱回收,使燃料的能量得到充分轉化和利用。并陸續出現了低溫空預器、低低溫省煤器、MGGH等新設備和新技術,能夠實現將鍋爐排煙溫度降至80～90℃左右。直到吸收式煙氣源熱泵的出現,實現了更低煙溫的余熱回收,能將排煙溫度降至30℃,同時將煙氣中的顯熱及水蒸氣潛熱進行回收利用。煙氣源熱泵技術能回收到高于原煙氣余熱品質的熱能進行利用,尤其是在冬季供熱采暖領域內實現了鍋爐煙氣余熱利用的最大化。

1 項目現狀

滄州**熱力公司公司位于滄州*縣,是縣供熱企業,建設容量為29MW*2燃煤熱水鍋爐,采用濕法脫硫工藝,排煙溫度50～60℃。現有供熱面積約160萬㎡。隨著新建小區的并入,預計今年采暖將出現10萬平米的供暖缺口,供熱能力急需增加。

2 方案設計

2.1 方案確定：因供熱缺口不大,不值得新建采暖鍋爐,經過初步計算,利用熱泵技術可回收煙氣余熱5MW,能夠滿足供暖缺口。

2.2 基礎參數及選型計算

序號 項目 單位 參數 備注1 設計煙氣量 m3/h 160000 2 FGD入口煙溫 ℃ 110 3 FGD出口煙溫 ℃ 50 4 降溫目標溫度 ℃ 30 5 余熱水入口溫度 ℃ 30 6 余熱水出口溫度 ℃ 38 7 余熱水流量 m3/h 540 8 換熱器直徑 m 4 9 換熱器高度 m 12 10 煙氣阻力 Pa ＜300 11 余熱回收量 MW 5 12 冷凝水量 t/h 7.2 凝水率35%

2.3 設備選型 根據現場可回收的余熱量,結合供熱現狀對吸收式熱泵進行選型,參數如下表：

型號 RBH-7-40/36-50/56 額定工況熱泵數量 套 1余熱水總流量 t/h 540熱網水總流量 t/h 600驅動熱水總流量 t/h 300流量 t/h 540入口 ℃ 38熱源水出口 ℃ 30接口 DN DN300壓力損失 m 5.4回收熱 MW 5

型號 RBH-7-40/36-50/56 額定工況流量 t/h 600入口 ℃ 42熱網水出口 ℃ 58接口 DN DN600壓力損失 m 3.2供熱量 MW 11.25流量 t/h 300入口 ℃ 110驅動熱源(熱水)出口 ℃ 92.1接口 DN DN200壓力損失 m 6.0供熱量 MW 6.25外形尺寸 長*寬*高 mm 5900×3400×3900性能 采暖COP - 1.8

3 系統構成

本系統主要設備由：吸收式熱泵、煙氣換熱器、水處理等部分構成。

本系統采用降溫脫濕工藝路線,同時配套煙氣余熱回收系統用于回收煙氣降溫脫濕過程中放散的余熱用于熱網回水加熱。煙氣冷凝水通過深度水處理系統將冷凝水處理后,用于脫硫工藝補水。系統整體可分為三部分：

3.1 煙氣降溫脫濕部分 降溫脫濕部分采用直接接觸式換熱技術,通過直接接觸式換熱器利用水與煙氣進行直接接觸式降溫,冷凝煙氣中的水同時脫出部分煙氣中的二氧化硫及粉塵,設備可根據現場情況進行布置,通常采用架空方式布置。

3.2 余熱回收供熱部分 煙氣中降溫過程中放散的熱量通過循環冷卻水放散,該部分熱量溫度通常為30℃左右,可通過吸收式熱泵進行余熱回收,制取不大于90℃的熱水,用于工藝加熱或市政供熱。

3.3 煙氣冷凝水利用部分 煙氣被降溫過程中會冷凝出大量冷卻水,該部分冷凝水可經過簡單處理部分送入脫硫補水。

4 工藝流程

脫硫塔出口的煙氣進入換熱塔,在換熱塔內部與循環冷卻水直接接觸換熱并階梯降溫,煙氣中的水蒸氣開始冷凝,發生相變,并釋放出大量冷凝潛熱,直至降至30℃(目標溫度)左右。循環冷卻水經煙氣升溫后經水處理系統降塵并中和,經循環泵進入吸收式熱泵機組,經熱泵吸收煙氣熱量后送回降溫脫濕系統,如此往復。

系統在降溫脫濕系統出口設置循環水中和系統,用于調整循環水PH值,降低進入換熱塔循環水酸性,同時循環水可對煙氣進行再次凈化,進一步降低煙氣中硫和粉塵的含量。

煙氣冷凝水在初級水處理系統中處理后,送入脫硫補水。

關于經濟效益分析,本項目可以實現節能環保的雙豐收,可利用余熱增加供熱面積10萬㎡,相當于節約標煤2400噸,年減排二氧化碳：6000噸,二氧化硫：20噸,氮氧化物：17.6噸,年可回收冷凝水：2萬噸,可全部用于脫硫補水和工藝補水。

結論

項目實施運行一個采暖季之后統計發現,本工藝可實現回收煙氣余熱5MW,增加供熱面積10萬平米。經過二次噴淋提熱后的煙氣,含硫量和顆粒物比原來降低了40%。本項目經濟環保效益明顯,能有效利用排煙余熱,可擴大熱源廠的供暖能力,降低煤炭消耗量,提高機組運行的經濟效益。同時為響應節能減排的社會需求,減小企業的生產成本,供熱鍋爐排煙余熱回收利用技術進行改造是非常必要的。