烟气余热的回收利用

刘　欣　王　健　马增亮

（荏原冷热系统（中国）有限公司，山东烟台265500）

0　引言

某医疗制品有限公司主要生产医用手套，建筑面积达30 000 m2。原厂区生产工艺系统、舒适性空调系统及烟气降温系统均需使用冷水。其中，冷源由螺杆式冷水机组提供，需消耗大量电能；舒适性空调系统的采暖热源为锅炉，需消耗天然气。

另外，生产过程中的废烟气（VOC），即挥发性有机化合物的排烟温度较高，过滤后通过风机直接排放到大气中，造成了巨大的热量浪费。

1　节能改造目标与内容

1.1　目标

节能环保是项目改造的重要目标之一。通过节能改造，降低企业公用设施的运营成本，提高企业竞争力，打造舒适、节能、绿色环保型企业。

节能改造的目标：（1）提高制冷、采暖系统的可靠性和安全性；（2）提高制冷、采暖系统的自动化程度，保证系统稳定、高效运行；（3）在保证系统安全、舒适的前提下，回收利用厂区的余热，提高能源利用率及设备利用率，获取良好的节能效益。

1.2　内容

（1）在室外排烟管道上增设6台烟气-水换热器，提取排烟热量，制取高温热水；（2）增设1套余热制冷装置系统，利用回收的高温废热水作为驱动能源，制取空调及工艺用冷水；（3）根据现场实际情况，酌情考虑旧设备、管道、阀门等的再利用。

2　原系统负荷及烟气余热参数

2.1　冷负荷

原系统冷负荷如表1所示。

2.2　热负荷

原系统热负荷如表2所示。

2.3　原制冷机组参数

原制冷机组参数如表3所示。

2.4　排烟回收热量计算

2.4.1设计参数

（1）烟气量：28 000 m3/h（工况：60 ℃，单台风机）；

（2）烟气成分：VOC（30 kg/h），主要成分为空气，由于VOC物性参数缺乏且含量很少，所以VOC余热暂不统计；

表1　冷负荷统计表

表2　热负荷统计表

表3　制冷机组参数表

（3）烟气-水换热器的烟气进口温度：170℃（按最高值计算）；

（4）烟气-水换热器的烟气出口温度：90℃；

备用监控中心是为在主监控中心发生各种灾难的情况下准备的，因此主监控中心的所有正常监控电网的功能在备用中心里都要有，要求备用中心随时可用，保证实用性；另外，考虑到备用中心只有在主中心灾难的情况下才投人使用，使用的几率不高，所以，我们在建立备用监控中心时，在保证可用的情况下，要尽可能做到少投人。

（5）生产线数量：16条；

（6）配套风机：8台。

2.4.2烟气回收热量

2.4.2.1烟气标态流量V0

式中V0——标态流量，Nm3/h；

V1——热态流量，m3/h；

T0——标态热力学温度，K；

2.4.2.2单台换热器烟气可回收余热Q单

式中Q单——单台换热器烟气可回收余热，kW；

T1——烟气进口温度，℃；

T2——烟气出口温度，℃；

ρ——烟气密度，kg/Nm3；

V0——标态流量，Nm3/h；

C——烟气比热，kJ/（kg·℃）。

2.4.2.3烟气可回收总余热Q总

3　节能改造方案

在室外排烟管道上，增设烟-水换热器，回收烟气热量。在降低排烟温度的同时，制取高温热水（88～98℃），作为驱动能源。利用2套余热制冷系统代替现有电制冷机组，制取冷水，供系统使用。这样在保证环保达标的同时，又大幅降低了系统的能耗。

烟气余热利用系统流程如图1所示，冷热源机房3D系统如图2所示。

（1）夏季模式：利用余热制冷系统制取冷水，供空调、工艺及烟气冷却（预留）用冷。

（2）过渡季节模式：根据冷负荷情况，自动开启相应余热制冷系统及辅机，在保证制冷系统稳定运行的同时，利用多余热水量为工艺水预热升温及空调采暖。

（3）冬季模式：利用烟气换热后的热水，作为采暖热源，代替锅炉。当室外湿球温度达到一定值时，利用冷却塔“免费”制取冷水，用于工艺制冷和烟气的再冷却。

4　改造前后比较

节能改造后的空调系统于2017年5月正式投入使用，系统运行良好，用户对使用效果非常满意。另外，新系统选用高效节能的环保型设备，强化了企业节能环保意识。

图1　烟气余热利用系统

图2　冷热源机房3D系统

节能效果：原系统在改造前的年运行费用合计为（主机+锅炉）226万元；改造后系统的年运行费用合计为（主机）58万元，具体数据如表4所示。

5　结语

本改造项目利用排烟余热技术制冷制热，在降低排烟温度的同时，回收烟气的余热，提高了能源利用率及设备利用率。

此外，降低了工艺生产余热向环境中的排放量，节约了一次能源，有效响应了国家节能减排政策的号召。

该项目的顺利实施，在取得良好社会效益的同时，为企业带来了直接可观的经济效益。

表4　改造前后运行费用对比表