燃气锅炉房热泵烟气余热回收的应用

燃气锅炉房热泵烟气余热回收的应用

1.1烟气余热回收经济技术前提

大型燃气锅炉初始排烟温度在140℃以上，烟气余热回收的目的就是吸收能量，从而使烟气降温，由节能器将烟气温度降低，目标从140℃降至40℃，选用不同的节能器实现。

在降温区的高温区间：140℃至70℃，所有换热设备均能进行良好的换热。此时间壁式换热，与吸收式热泵换热比较，换热效果相差不大，而间壁式换热价格低廉，存在经济优势，因此下文采用不同降溫区间进行对比：1.降温区间140℃至70℃区间，只考虑采用间壁式换热，无机热管式换热做为-级或二级节能器;2.而降温区间从70℃降至40℃，采用吸收式热泵。

1.2热泵烟气余热回收系统

热泵烟气余热回收系统是-种可以将低温烟气余热转移到高温热水中的-整套设备，可将烟气温度降低至30℃甚至20℃以下，回收绝大部分冷凝热，从而使燃料的高位热值得以利用，能源效率最多提高15%。

热泵烟气余热回收系统可以制出80～90℃具有直接利用价值的热水，可以应用于各类使用天然气的场合，如大型燃气供暖锅炉、分布式能源、燃气电厂余热锅炉等等，排烟量规模越大，节能减排的效益越好。

1.3技术原理

热泵烟气余热回收系统由吸收式热泵、接触式换热塔和循环水泵组成。接触式换热塔负责将烟气中的余热转移至水中，吸收式热泵负责将循环水中的余热转移至高温热水中。通过这两个步骤，烟气低温余热便可转移至高温热水中。

吸收式热泵是-种可以将低温热量转移至高温热源中的设备。其原理为，以溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低位余热源的热量，通过吸收剂回收热量并转换制取工艺性或采暖用的热水。

接触式换热塔是烟气与水换热的设备，换热塔中布满填料，循环水自上喷淋，烟气自下而上流动，烟气和水直接接触换热。换热过程中，烟气的温度下降至30℃，热量转移至循环水中，成为吸收式热泵的余热源。烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入循环水中。通过水质在线管理，可以保证循环水水质满足热泵的使用要求。

2.1设计思路

考虑负荷现状和未来发展，本方案取2×80T锅炉的100%负荷作为设计参数，作设计计算和经济效益分析。

①原有燃气锅炉节能率提高不得低于10%：即改造后锅炉和热泵的总输出热量与改造前相等时，锅炉和热泵系统的热效率比锅炉原始效率提高10%以上。

②燃气锅炉末端（加节能器后）排烟温度不得高于40℃。

③燃气锅炉的烟气冷凝水全部回收利用，冷凝水经处理需达到GB1576-2001《工业锅炉水质》规定给水标准。

④余热回收装置的关键设备防腐年限不低于15年。

为实现上述目标，本方案利用吸收式热泵技术，回收燃气锅炉烟气余热，并将其转移到热网回水中。改造前，锅炉初设排烟温度140℃，锅炉热效率为93.4%，热效率提高10%，改造后热效率需提高至103.4%以上。据此计算，排烟温度需降低至45℃，且按照排烟温度不高于40℃的要求，按排烟温度40℃设计。

2.2锅炉烟气余热计算

锅炉初设排烟温度140℃，由节能器将烟气温度降至70℃，由烟气型热泵将烟气从70℃降至40℃。

燃气主要成分为甲烷，为简化计算，按照含量100%计算。甲烷化学反应式如下，燃烧前后摩尔体积相同，因此烟气摩尔体积等于燃气摩尔体积与空气摩尔体积之和。

CH4+2O2=CO2+2H2O

根据已知条件进行烟气分析，可得到2×80T锅炉烟气余热含量情况。

由上表可知，设计负荷下，2×80T锅炉烟气从140℃降低至40℃，总计可回收烟气余热13.7MW。

依据本方案设计目标，改造后锅炉和热泵输出热量与改造前相同，燃气耗量降低，此时烟气总量也降低，因此改造后实际余热量时必须作出修正。经计算，2×80T锅炉最终余热量负荷如下。

经计算，2台锅炉总共需配套20MW热泵系统。改造后，设计工况下，锅炉和对应热泵的总输出量不变时，原锅炉制热量88.6MW，热泵制热量20MW，吸收式热泵实际回收余热量为8.5MW，节能器实际回收余热量3.6MW，共计实际回收余热量12.2MW。锅炉和热泵的总燃气耗量较改造前减少1348Nm3/h，热效率较原始锅炉效率提高11.38%，提高至104.8%。

投资回收期：总投资1336万元，预计回收期3年。

2.3节能潜力

燃气锅炉的燃料是天然气，主要成分是CH4，因此燃烧后的烟气中会含有大量的气态H2O，占烟气比例的约17%，当烟气温度降低时，尾气中的水蒸气饱和湿度也随之降低;当温度降低至55℃以下时，燃气锅炉尾气中的水蒸气随之冷凝出，同时释放大量的汽化潜热（每冷凝出1吨水，相当于释放1蒸吨热量）。当温度降低至30℃时，烟气中的水蒸气含量降低至5%，即烟气中70.5%以上的水蒸气冷凝析出，释放出大量的汽化潜热。同时，温度由120～150℃降低到30℃以下亦回收相当的显热。

3.1结论

1、燃气锅炉的烟气余热回收符合我国经济和社会长远发展的战略方针，符合国家能源政策要求。能够推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会和企业。燃气锅炉进行烟气余热回收降低了烟气的排放温度，减少了对环境的污染，同时节约了大量的能源损耗，应大力推广。烟气余热回收从经济效益、社会效益显著，满足经济评价要求。

2、从环境适应性上，吸收式热泵的应用范围最广，无论锅炉房供热区域有没有低温热源存在，都可以应用。