大型供熱鍋爐節能改造技術的優化研究

魏智邦

（甘肅一安建設科技集團有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著經濟社會的發展和城市化進程的不斷加速，人們對生活體驗的要求不斷提高，一方面為了滿足集中供暖，對大型供熱鍋爐的需求量迅速增加，另一方面全球氣候變暖和霧霾現象的加劇又要求減少溫室氣體和煙塵的排放。而目前大型供熱鍋爐，主要采用了燃氣供熱方案，在實際使用的過程中排煙溫度高、能量損失大，不僅影響了供熱的經濟性，而且還加劇了冬天時候的霧霾，難以滿足清潔供暖的需求[1]。

目前多數鍋爐在尾部增加了煙氣余熱回收系統，但受回收技術的限制，煙氣余熱回收效率低，因此文章提出了一種新的鍋爐余熱回收系統，利用間壁式高效煙氣冷凝余熱回收裝置和吸收式熱泵聯合對大型過濾的煙氣余熱進行回收，在換熱首站對二次網回水進行提前預熱，減少在供熱過程中的能量消耗，從而實現對鍋爐余熱的再利用，減少供熱過程中的能量消耗和環境污染。根據實際應用表明，新的鍋爐節能運行裝置，能夠將排煙溫度降低到25 ℃以下，綜合節能率為11.3%，對實現高效、經濟、環保供熱具有十分重要的意義。

1 鍋爐節能改造方案分析

以某供熱廠的供熱鍋爐系統為改造對象，其共包含了10 座功率為29 MW 的燃氣鍋爐，在冬季供熱量最大時候會同時開啟6 座鍋爐供熱，而在入冬初期或者入春初期一般會開3 臺進行其他鍋爐一般處于維護保養和輪流使用階段，結合該供熱廠各個鍋爐的布局和使用情況，首先對1 號、2 號、3 號和6 號鍋爐進行節能改造。各個鍋爐的改造方案匯總如表1 所示。

表1 鍋爐改造技術方案匯總表

優化后的鍋爐余熱回收系統的整體布局結構如圖1 所示[2]。由圖1 可知，1 號、2 號、3 號鍋爐均采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置結構，兩者相結合共同組成了供熱鍋爐的閉式循環水系統，在工作過程中吸收式熱泵裝置的冷凝端主要是對循環水路中一次網回水進行加熱，而6 號鍋爐在改造中僅增加了煙氣冷凝熱能回收裝置，能夠巧妙地利用換熱首站二次網回水溫度較低的特性，實現對循環水系統中的二次網回水的全面余熱，減少一次網系統中的熱量消耗，減少燃氣鍋爐在工作時的熱量。

圖1 鍋爐余熱回收系統布局結構示意圖

根據統計，鍋爐在運行過程中的負荷約為70%，因此將該負荷作為煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置的選型依據，根據統計鍋爐系統在工作時的燃氣量約為2 065 m3/h，吸收式熱泵裝置的燃氣量為455 m3/h，系統工作時的過量空氣系數為1.12，從系統末端排出的煙氣的平均溫度為77.4 ℃。根據改造后的熱量循環利用情況，1 號、2 號、3 號鍋爐在采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置后，吸收的熱量約為3 000 kW，綜合節能率達到了11.9%。而6號鍋爐在工作時的煙氣余熱回收量達到了1 283 kW，鍋爐運行時的熱效率達到了7.1%。

2 鍋爐節能情況市場分析

為了確定鍋爐節能的實際情況，按照GB/T 10180—2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》[3]，在鍋爐系統中設置了多個測點，對優化后的鍋爐應用情況進行分析，各個測定布置結構如圖2 所示[4]。由圖2可知，鍋爐的冷凝余熱回收裝置，主要包括了燃氣鍋爐、吸收式熱泵、煙氣冷凝熱能回收三個部分構成[5]，在工作的過程中吸收式熱泵可以為煙氣冷凝熱能回收裝置供應溫度較低的水，從而吸收鍋爐余熱，然后系統將吸收的余熱通過熱泵對一次網內的回水進行加熱，提高運行溫度，達到能量的再利用目的。

圖2 鍋爐運行監測系統布置結構示意圖

2.1 鍋爐運行節能情況分析

通過實際監測，采用新的余熱回收系統后，進入到煙氣冷凝熱能回收裝置內的水溫由最初的20.4℃，增加到了26.9 ℃，水溫升高了約31.6%。而系統排出的煙氣溫度則由最初的77.4 ℃降低到了25 ℃，降低了67.7%。同時吸收式熱泵機組能夠通過燃氣的驅動，促進熱量的吸收，將一次網回收的平均溫度由47.6 ℃，提升到63.6 ℃，溫度提升了33.6%，顯著降低了鍋爐供熱時的能量消耗。

根據統計在不同工況下運行時鍋爐的本體熱效率[6]、鍋爐的節能率以及綜合節能率如圖3 所示。

圖3 鍋爐運行節能情況匯總

由圖3 可知，鍋爐在運行時的平均本體熱效率為92.4%，煙氣冷凝熱能回收裝置的平均節能效率為14.6%，煙氣余熱回收系統的平均節能效率為11.3%，和理論計算的11.9%基本一致，從而表明了該鍋爐運行節能系統工作可靠性。

2.2 鍋爐運行其他效益分析

在對鍋爐運行狀態監測中發現，通過氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置后的冷凝水中除了略顯酸性外，其他指標均滿足鍋爐水的供給要求，因此對供熱過程中產生的冷凝水在經過中和處理[7]后，能夠直接用于供給鍋爐使用，實現了冷凝水的再循環，減少了鍋爐供熱過程中的水量消耗。

按鍋爐供熱系統節能效率為11.3%計算，平均每臺鍋爐能夠節約燃氣300 m3/h，按每天運行24 h，每年運行120 天計算，共計可以節約燃氣為864 000 m3/h，每臺鍋爐每年可以節約燃氣費用233 萬元，具有顯著的經濟效益。

3 結論

為了解決大型供熱鍋爐在使用過程中所存在的排煙溫度高、能耗大的不足，提出了對鍋爐煙氣冷凝余熱深度回收系統進行節能改造的方案，采用冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置，實現對鍋爐運行時效率的提升，根據實際應用表明：

1）1 號、2 號、3 號鍋爐采用了煙氣冷凝余熱回收裝置+吸收式熱泵裝置結構，6 號鍋爐采用煙氣冷凝熱能回收裝置，能夠實現對循環水系統中的二次網回水的全面余熱，減少一次網系統中的熱量消耗，減少燃氣鍋爐在工作時的熱量。

2）新的供熱系統，能夠將排煙溫度降低到25 ℃以下，實現鍋爐運行時11.3%的平均節能率，年節約燃氣費用233 萬元/臺。