浅谈烟气余热深度回收利用工程的可行性--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

浅谈烟气余热深度回收利用工程的可行性

发表时间：2021/4/16 来源：《基层建设》2020年第32期作者：孙成

[导读] 摘要：燃气锅炉因其排烟中含有大量水蒸气，故蕴含着大量水蒸气潜热能源，利用热泵等设备合理的收集烟气中的余热，可以大幅提升锅炉的效率，从而达成“节气”、“节水”、“消白”、“减排”四大目标，有良好的经济效益、环保效益以及社会效益，本文以热源厂改造为例，浅谈烟气余热深度回收利用的可行性。

        天津泰达热电能源管理有限公司
        摘要：燃气锅炉因其排烟中含有大量水蒸气，故蕴含着大量水蒸气潜热能源，利用热泵等设备合理的收集烟气中的余热，可以大幅提升锅炉的效率，从而达成“节气”、“节水”、“消白”、“减排”四大目标，有良好的经济效益、环保效益以及社会效益，本文以热源厂改造为例，浅谈烟气余热深度回收利用的可行性。
        关键词：燃气锅炉；烟气；水蒸气潜热；锅炉效率；热泵；余热回收
        一、运行现状
        改燃后的热源二厂现状锅炉装机容量为：2×29MW热水锅炉，2×58MW热水锅炉，2×35T/h蒸汽锅炉，六台锅炉共用一个公共烟道，四台热水锅炉均配有节能器，可将出口烟温从210℃降至65℃左右，两台蒸汽锅炉均配有节能器和空预器，可将排烟温度继续降低至55℃左右。供水母管有两根，管径分别为DN600与DN700，回水管线为一根DN800，供出的热水通过供水管汇入一次热网。
        二、主要运行参数
        热源二厂自投产2016年和2017年冬季运行主要参数分析见表1。
                              表1 冬季运行数据

        冬季运行最大负荷出现在2018年1月28日，六台锅炉全部启用，负荷为143.8MW，蒸汽锅炉此时向外供工业蒸汽37t/h。
        近两年（2017-2018）夏季运行主要数据分析见表2。
                             表2 夏季运行数据

        夏季运行最高负荷出现在2017年9月9日，两台蒸汽锅炉同启，此时对外供蒸汽47t/h，排烟温度在65℃左右。
        通过对热源二厂近两年运行的数据进行分析，烟气的排放温度在水蒸气露点温度以上，含有大量的水蒸气的汽化潜热量，如果可以将其进行利用，可以大大减少燃气的消耗，提高锅炉的效率。同时，也可以回收利用水蒸气冷凝下来的大量的水，为一次网进行补水。由于烟气中大量水蒸气提前冷凝，“白烟”现象也会随之大大减少。同时，烟气中产生的大量冷凝水将烟气中二氧化硫、溶于水的氮氧化物可以完全吸收。
        本项目计划回收锅炉烟气余热，将烟气温度由67℃降至30℃以下，回收烟气中的余热，系统增设冷凝水回收设备，回收锅炉的烟气冷凝水。系统简要描述为：燃气锅炉烟气在烟气余热回收系统中释放显热和潜热，烟气余热回收装置吸收烟气中的余热，并将其转移至热网回水中，提高热网回水温度，并使排烟温度降低至30°C以下。
        三、项目技术原则
        ①整体工程项目不能干扰原系统，即使发生烟气余热回收系统停机现象，也不可以影响锅炉的正常运行。
        ②以烟气排放温度与实际烟气量确定热泵负荷大小，尽量使热泵长期处于最大负荷，使整体工程投资收益比最小。
        ③对于不同季节的运行模式，进行分类讨论，找出最适合的设备运行方式。
        ④对于设备给定参数（如能效比），进行有利与最不利讨论，尽量将各种工况考虑周全。
        1、要确定烟气最终的回收热，首先就要确定最终的排烟温度。根据计算，进行列表分析：
                                               表3

        提高锅炉热效率=总回收热量/天然气低位热值*100%，天然气低位热值取35.27MJ/m3。（不考虑锅炉本身效率）
        排烟温度从40℃降低至30℃，10℃降幅可提高锅炉效率2.2%，同理从30℃降低至20℃时，锅炉仅可提升1.46%，提升效果仅为40℃降至30℃的66%，而为提取30℃至20℃之间的热量，设备上造价要比排烟降低至30℃时，高出20~30%，所以在经济角度并不合适，故最终确定排烟温度应降低至30℃左右。
        确定冷源
        根据热源二厂近两年实际运行数据，冬季循环水量1500m³/h为常态工况，即80%以上天数均满足1500m³/h循环水流量。且燃气平均耗量为11200m³/h，则已知燃烧1m³燃气，且排烟温度从70℃降至30℃时，可回收热量3666.64KJ，则每小时回收热量为3666.64*11200=4.106*10七次方，则可为52℃，1500m³/h的热网回水升温T=4.106*10的七次方/（4.186*1000*1500）=6.5℃。
        即冬季运行时，可为部分热网回水进行6~7℃升温，升温后的热网回水再进入锅炉进行加热，达到节省燃气，提高锅炉效率的目的。
        燃气耗量与烟气余热对应分析
        根据热源二厂两年来运行数据，设定排烟温度降低至30℃，可列表得：
                                              表4

        由计算可知，热源二厂烟气的余热量有较大的回收潜力，当采暖季余热完全回收时，可节省燃气费用达1033万。（节省燃气费用=余热回收量/燃气低位热值*燃气单价）
        2、热泵负荷
                                              表5

                                          图1
        ①根据统计，热源二厂供暖季有超过60%的天数日均负荷超过80MW。根据计算，排烟温度自67℃降至30℃时，锅炉提升效率为10.4%左右。
        ②考虑经济目标：若每年整体热负荷不出现大变化，回收大部分热能的同时，尽可能使热泵满负荷工作的时间最长。以此为目的，通过计算，确定烟气余热回收量为10~12MW左右时最为经济。根据热源二厂未来负荷趋势，选取12MW额定余热回收量进行计算。
        ③若热泵COP达到理论1.7时，热泵制热量为29.1MW，此时热泵满负荷运行可完全吸收87MW负荷的烟气余热。较为符合二厂实际工况。
        此时额定总供热量为：87+29.1=116.1MW，根据统计，仍有8天左右，系统总供热量大于116MW，此时烟气余热无法完全回收，出口温度大于30℃，按最高负荷计算时，排烟温度会达到38.7℃。若在极寒天气，即使出口烟温再低，也会有“白烟”现象出现。
        ④若热泵COP仅达到1.5时，热泵此时的制热量为25.6MW，此时热泵满负荷运行可吸收61.6MW负荷的烟气余热，此时额定总供热量为：25.6+61.6=87.2MW，符合二厂60%天数的负荷要求。
        综上，选取额定余热量为12MW，无论热泵COP在1.5~1.7间，都可以匹配热源二厂大多数天数的负荷运行，能回收大部分烟气余热。
        参考文献
        [1]韩诚.燃气锅炉烟气余热回收利用技术探究[J].工程技术：全文版，2016（10）：00200-00200.
        [2]王智民.天然气锅炉烟气余热回收与效率[J].区域供热,2003,(4).
        [3]范勇，王晓鑫.燃气锅炉烟气余热回收利用技术研究[J].工程技术:全文版，2016（11）:002233-00233.