燃氣鍋爐煙氣余熱在溫室大棚中的利用

張力 石衛忠

摘要：燃氣鍋爐熱損失中，主要為排煙熱損失。通常燃氣鍋爐的排煙溫度較高，排煙溫度為90～130℃[1]，這么高的排煙溫度帶有大量的余熱，如果不經過回收直接排放會造成極大的浪費。大量的熱能直接排放進大氣，不僅造成能源的巨大浪費，也對環境有很大的影響，是城市熱島效應的罪魁禍首之一。本文著重論述1臺29WM燃氣熱水鍋爐煙氣余熱回收利用上，通過把煙道通入溫室大棚，煙氣通過管道在溫室大棚中和空氣進行換熱，對煙氣余熱進行回收利用。

關鍵詞：煙氣余熱;溫室大棚;鍋爐

1方案概況

某縣城集中供熱熱源廠擬建設5臺29WM燃氣熱水鍋爐，其具體情況為：5臺29WM燃氣熱水鍋爐使用天然氣，耗氣量15390m3/h，年耗氣量48755520m3/h;鍋爐熱效率為96%，每臺鍋爐排放煙氣流量Qr=45061m3/h，排煙溫度為100℃;熱源廠周邊為農田。

現設計鍋爐煙氣余熱利用系統，采用煙道通過周圍農田溫室大棚，煙氣通過煙氣管道和溫室大棚空氣進行換熱，對煙氣余熱進行回收利用。

2溫室大棚需用熱負荷

2.1設計參數

溫室大棚尺寸：長100m，寬15m，高3m。

本方案取溫室大棚蔬菜適宜溫度為20℃。

安澤縣氣象參數：室外設計溫度：-12℃。

2.2溫室大棚需用熱負荷

溫室大棚的采暖熱負荷Q4：

3鍋爐煙氣參數

每臺鍋爐排放煙氣流量Qr=45061m3/h，排煙溫度為100℃（進大棚溫度），煙氣酸露點溫度約為55℃[2]，本方案只利用煙氣顯熱，設定煙氣出大棚溫度為75℃。煙氣比熱容Cp=0.997J/g℃（83℃）

4鍋爐煙氣余熱回收設計方案

鍋爐排煙溫度為100℃這種低溫煙氣具有巨大的潛熱資源，可以通過溫室大棚來繼續回收利用。

單臺鍋爐小時耗氣量3078Nm3/h，煙氣量V=45061Nm3/h，煙氣密度ρ：ρ=1.338kg/m3

4.1鍋爐煙氣熱負荷計算

單臺鍋爐煙氣每小時通過大棚釋放的熱量Q5：Q=Cp·ρ·V·Δt=0.997*1.338*45061*25=1502769kJ/h

單臺鍋爐煙氣熱功率Q6=Q5/3600=417kW，滿足溫室大棚用熱需求。

4.2換熱面積計算

29WM鍋爐煙氣管道管徑為1.2m，管道放置在大棚蔬菜或者花卉底下。為了便于施工管理，把管徑由1.2m換成4根管徑為0.6m的管子。

煙氣參數：進口溫度Ti=100℃，出口溫度To=75℃，平均外壁溫度T1=83℃。

空氣參數：大棚適宜溫度T2=20℃，管道外壁和大棚空氣平均溫度T3=（83+20）/2=52℃，查52℃空氣參數：ρ=1.093kg/m3，Cp=1.005J/g℃，λ=2.83×10-2，ν=17.95×10-6，Pr=0.699

需要管徑為0.6m管子長度L=Q4/π·D·hΔt=860m

計算得出如果采用管徑為0.6m的煙管道長度需要860m，這么長的管道在100m長的大棚里面不太好布置。因此，將大棚煙管道換為翅片管，同樣長度翅片管換熱面積是光管的4倍以上。選取翅片管管徑為0.3m，所需要翅片管長度l=860/2=430m，可以選取四根管徑為0.3m的翅片管，則每根翅片管長度為108m。

5增加煙管煙道阻力對鍋爐原有風機的影響

煙道通過溫室大棚之后才通過煙囪排放，煙道阻力有所增加。需要核算風機出力裕量，以保證最大允許的阻力增加值在風機裕量之內。煙管沿程阻力計算[4]公式為

局部阻力計算公式為

經計算得煙道阻力增加值為126.4Pa，阻力增加值比較小，在風機出力裕度之內，不需要額外添置風機。

6結論

此方案把鍋爐的高溫煙氣余熱回收利用，回收熱能用于溫室大棚空氣升溫，達到了節約能源、減少能耗的目的，投資很少，并且溫室大棚能帶來一定的經濟效益。

參考文獻：

[1]趙璽靈，付林，江億。天然氣供熱中煙氣余熱利用的潛力及途徑[J]。區域供熱2013.3期：1。

[2]魏茂林，張世剛，付林，等?；跓煔?空氣全熱交換的余熱回收系統實驗研究[J]。區域供熱2018.4期：2。

[3]楊世銘，陶文銓。傳熱學-第四版[M]。北京，高等教育出版社，2006.8：269。

[4]李文靜。民用燃氣鍋爐余熱回收的應用研究[D]。重慶，重慶大學，2016：18。