常温排烟节能系统在燃气锅炉上的应用

索东盛　张　博

（上海烟草集团有限责任公司天津卷烟厂天津300163）

常温排烟节能系统在燃气锅炉上的应用

索东盛张博

（上海烟草集团有限责任公司天津卷烟厂天津300163）

运用吸收式热泵，对天津卷烟厂的蒸汽锅炉尾气进行余热回收，并将余热用于加热采暖水和锅炉补水，实际运行结果表明：采用该项技术，实现锅炉常温（＜40℃）排烟，并大幅降低锅炉天然气耗量，实现锅炉节气率高达10%左右，达到节能减排目的，一个采暖季可产生的直接经济效益达57.4万元。

燃气锅炉；余热；常温排烟；热泵

近年来，随着社会的日益发展与进步，国家对资源节约、环境保护、能源综合利用等方面的要求逐步提高。目前我国采用的燃气型蒸汽锅炉，排烟温度150℃左右［1，2］，将其直接排放不仅造成巨大的余热浪费也严重污染了大气环境。若可实现锅炉烟气的常温排放（例如30℃），不仅可回收尾气中的大量显热，亦可回收其大部分潜热［3，4］，将锅炉效率提高至107%［5］（相对于低位发热值）以上。将回收的热量用于冬季采暖，一方面大幅降低了采暖的能源耗量，另一方面锅炉尾气中的水蒸气、NOX以及SO2的排放亦大幅减少，对保护环境起到积极的作用。

本文基于实际案例，采用吸收式热泵，对天津卷烟厂的烟气余热进行回收用于加热采暖水和锅炉补水，以验证常温排烟节能系统在燃气锅炉上的应用。

1　原理

每冷凝出一吨水折合回收一吨蒸汽热量，因此，通过理论计算，锅炉在不同排烟温度下的热效率［6］如图1所示。

图1　燃气锅炉不同排烟温度下的理论热效率

当锅炉排烟温度低于烟气水露点时（53℃～57℃），水蒸气冷凝释放潜热［7］，热效率会急剧上升，然后逐渐平缓，当排烟温度达到30℃时，锅炉理论热效率能达到107%［5］（相对于燃气低位发热值）。

实际供暖中回水温度一般位于45℃～55℃之间，根据热力学第二定律，采用传统的换热式余热回收装置，其排烟温度不可能低于回水温度。从系统的经济性角度出发，通常排烟温度高于回水温度10℃～15℃。综上可知，采用换热式余热回收装置，锅炉最终排烟温度在55℃以上，极少甚至是回收不到烟气中水蒸气的冷凝热。

为更大限度的进行余热回收，减少污染气体的排放，天津卷烟厂和双良集团合作，采用常温排烟节能系统，利用吸收式热泵逆向传热技术原理，将烟气中热量吸收，用于加热采暖水，实现锅炉尾气的常温（40℃以下）排放。

吸收式热泵全称为第一类溴化锂吸收式热泵，是以高品位能源（蒸汽/燃气）为驱动热源，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性的热水，是国家重点推广的高新技术之一。

吸收式热泵的应用原理如图2所示，以天然气为驱动能源Q1，驱动机内溴化锂溶剂循环做功，产生制冷效应，回收烟气中的余热Q2（通过烟气取热器）。消耗的驱动燃气热量Q1与回收的烟气余热量Q2共同加入到热网水中，即：热网得到的热量为Q1+Q2。

图2　吸收式热泵回收余热示意图

2　案例

天津卷烟厂现有3台20吨的燃气蒸汽锅炉，采暖时间2880h。天津市天然气成分、价格以及低位热值（天津市燃气公司提供）如表1所示。经现场测定，锅炉尾气中含氧量为3%，计算得过量系数为1.19，进而得出锅炉尾气成分［6］，如表2所示。

表1　燃气特性表

表2　锅炉尾气成分表

从表2可见，烟气中水蒸气体积含量15.99%，若将烟气温度降低至30℃，根据水和水蒸气的特性可得出，烟气中的水蒸气体积含量将降低至4.2%［7］，约73%的水蒸气被冷凝析出，释放大量的汽化潜热。可见，实现烟气的余热利用具有重大的能源效益。

常温排烟节能系统的工艺流程图如图3所示。采暖季，风机将锅炉尾气引致烟气取热器与余热水进行换热，吸收烟气余热后的高温余热水进入吸收式热泵加热采暖水。实现锅炉排烟降低至40℃以下。非采暖季，通过余热水管路上的转化阀，将烟气余热用于加热锅炉补水，此时，吸收式热泵不参与工作，实现锅炉排烟温度降低至70℃左右。

一个采暖季，通过采用常温排烟节能系统将烟气余热进行回收，节约燃气量2.4×105Nm3，采暖季纯经济效益57.4万元，降低碳排放429t，详见表3。

图3　常温排烟节能系统工艺流程图

表3　采暖季热力和经济效益计算表

3　结语

为更大限度的实现余热回收，减少污染气体排放，天津卷烟厂和双良集团合作，采用常温排烟节能系统，利用吸收式热泵逆向传热技术原理，将烟气中热量吸收，用于加热采暖水。实现了锅炉尾气的常温（<30℃）排放，一个采暖季共节约天然气耗量2.4× 105Nm3，创造57.4万元的经济效益，降低碳排放429t。充分证实常温排烟节能系统在燃气锅炉上的有效应用。

［1］娄桂云，魏敦崧.天然气燃烧烟气的冷凝传热特性［J］.煤气与热力，2005，25（1）：6-14.

［2］周帅.燃气锅炉烟气余热冷凝回收烟酒与应用［D］.山东：山东大学，2012.

［3］寇广孝，叶勇军，王汉青，等.冷凝式燃气热风炉的工作原理与特点［J］.煤气与热力，2005，25（2）：24-26.

［4］CHEDF，LIUYH，GAOCY.Evaluation of retrofitting a conventional natural gas fired boiler into a condensing boiler［J］.Energy Conversion and Management，2004，（45）：3251-3266.

［5］赵凤香，杨可耕.燃气锅炉燃烧及烟气冷凝回收原理［J］.区域供热，2007，（4）：51-54.

［6］范从振.锅炉原理［M］.北京：中国电力出版社，1986.

［7］王志勇，刘畅荣，王汉青，等.燃气锅炉烟气热损失及冷凝余热回收［J］.煤气与热力，2010，6（30）：4-7.