燃气锅炉烟气余热回收利用技术浅析

曹艳妮

随着经济发展迅速，人们对能源的需求越来越大。工业锅炉排烟温度较高，可达160 - 240℃，烟气中含大量热态水蒸气，携带热量可占排烟温度的的55% -75%，使得锅炉热量损失严重，余热回收技术的出现，不仅能够减少有害气体排放量，而且很大程度上缓解了能源供需矛盾。

燃气;锅炉烟气;余热回收

一、烟气余热回收工作原理

燃气主要成分是CH，因此燃烧后的烟气中会含有大量的水蒸气，当烟气温度降至55℃左右时，烟气中水蒸气随之冷凝，同时释放大量的汽化潜热。水蒸气总体潜热量约为燃气低位热值的11%，因此降低排烟温度，使烟气中水蒸气冷凝，可以提高天燃气利用效率。

国内目前采用设置有烟气冷凝器、燃气吸收式热泵回收烟气余热两种类型，都可以降低排烟温度，提高燃气利用效率，节省锅炉房燃气用量。随着烟气中水蒸气的冷凝，能够降低排入大气中的水蒸气，冷凝水经过处理后可以回收利用，同时减少氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放。

二、改造的基本条件及方案

若采用间壁式烟气余热回收方案，冷源所必备条件如下：

锅炉房周围必须要有二级冷源，有条件设置空气预热器的情况下，要求冷源的温度≤40℃（换热器传热端差按5℃考虑）且流量充足。无条件设置空气预热器的情况下，要求冷源的温度≤35℃（换热器传热端差按5℃考虑）且流量充足。

根据业主提供资料，锅炉房周围没有合适的冷源，因此本项目无法采取间壁式烟气余热回收方案;主要考虑热泵烟气余热回收方案。

根据锅炉实际运行情况，最终确定本期拟改造的锅炉台数及容量确定为：4台29MW（40t/h）燃气热水锅炉。

锅炉的排烟温度主要影响锅炉的负荷率，负荷率越高锅炉排烟温度越高，根据运行资料，现状空气预热器后的排烟温度在80℃～110℃。

地窝堡燃气热水锅炉房是 “煤改气”项目中的新建热源之一，锅炉房布置紧凑。综合考虑后将热泵机组设置在锅炉房后侧烟囱处，将原有的烟囱拆除，放置热泵机组及余热泵房。原有锅炉的烟囱合并为一座烟囱。

地窝堡燃气锅炉房共有4台29MW（40t/h）燃气热水锅炉，供热能力为116MW（160t/h），排烟温度在46～87℃，一网回水温度在40～65℃，运行时间180天。四台锅炉均为要进行烟气余热改造。地窝堡燃气锅炉房供热面积106万㎡，根据最近几年的运行记录，该区域综合热指标约为70W/㎡。

按供热面积计算最大热负荷：106×70÷100=74.2MW

按供热面积计算平均热负荷：74.2×（20+5.4）÷（20+19.7）=47.5MW

按锅炉装机容量最大热负荷：4×29=116MW

按鍋炉装机容量平均热负荷：116×（20+5.4）÷（20+19.7）=74.2MW

按供热面积和按锅炉装机容量平均热负荷：

（47.5+74.2）÷2=60.85MW

按供热面积和按锅炉装机容量最大热负荷：

（74.2+116）÷2=95.1MW

根据以上得知，4台29MW（40t/h）燃气热水锅炉（按照面积和锅炉装机容量）平均采暖热负荷为60.85MW，达到10%节能量约为6.1MW。

故选择两台3.5MW热泵机组。

本项目根据对烟气尾气余热分析及燃气锅炉房实际运行记录，拟定两个方案，如下：

1） 方案一描述：利用原有空气预热器（烟～气换热） +热泵机组（热泵+取热器）

从燃气热水锅炉烟囱出来的烟气先经过空气预热器，用烟气把冷空气加热，从空气预热器出来的烟气进入取热器，由取热器的余热水把烟气降低到40℃以下。

缺点是：原有空气预热器混合热风，吸收的热量少，烟气经过后排烟温度较高，这样取热器将承担更多的热量，取热器势必庞大，且烟气余热达到的效果不太理想。

2） 方案二描述：将原有空气预热器（烟～气换热）拆除，增加一级节能器（加热一次网回水）+热泵机组（热泵+取热器）（再次加热一次网回水）+空气预热器联合运行

热网出来的回水一部分分流到热泵机组，加热回水后流入锅炉，从燃气热水锅炉尾部出来的烟气先经过原有的一级节能器，在经取热器加热一次网回水，后进新增空预器， 逐级把烟气降温最后降低到40℃以下排出。

1）、回收方式是使用2x3.5MW热泵烟气余热回收系统，热泵机组设置在锅炉房后侧烟囱处，将原有的烟囱拆除，放置热泵机组及余热泵房。

2）、拆除原有的空气预热器，烟囱出来的高温烟气直接进入新增一级热管节能器，新增一级热管节能器吸收的热量加热一次网回水。

3）、新增空气预热器，在水平风道段安装空气预热器材质采用不锈钢316L。通过钢架局部支撑，布置在锅炉房现有的风机间屋顶上方。

4）、新增取热器，新增取热器部分的烟气接触侧全部采用不锈钢316L。采用在水平煙道段安装取热器，通过钢架局部支撑，布置在锅炉房现有的风机间屋顶上方，烟气最后由不锈钢烟囱流出。

5）、为了更好地利用原有鼓风机，降低空预器烟侧和风侧的阻力影响，热泵机组与取热器之间水系统侧需要增加水循环泵一组，热泵机组与一网回水管系统之间需要增加水循环泵一组。

6）、因排烟温度降低，锅炉效率相比改造前提高10%以上，经烟风阻力计算比较，增加取热器和空冷型冷凝器增加的阻力，原有鼓风机仍有非常大的富余量，能够保证正常使用。

7）、现状冷凝水中的铁离子含量较高，因此本项目需要新增冷凝水加药处理设备。冷凝水直接补入锅炉的管网系统中，能充分利用。

8）、本次改造新增设备部分，烟气接触侧全部采用不锈钢316L。

三、节能经济效益

利用烟气冷凝热回收技术，可将排烟温度降低到烟气露点温度以下，可深度回收烟气余热。弱酸性冷凝水经处理后可回收利用，提高锅炉综合热效率，减少天燃气耗量，节约成本，节能减排效益显著。

节能节水预测：经核算本项目实施后预计全采暖期燃气节约量约为269.8（万Nm³），折标系数1.33kgce/Nm，折合标煤为3588.34吨。实施后可回收的全采暖期冷凝水总量约为2.58万吨，软水折标系数为0.4857kgce/t，折合标煤为12.53t。

减排量预测：实施后预计全采暖期氮氧化物减排量为5.65吨;二氧化碳的减排量为5288.08吨，水蒸气减排量约为4316.8吨;二氧化硫减排量约为3.74千克。

四、结束语

通过本项目的实施，回收烟气中的余热，用于加热热网回水及燃烧空气，将烟气温度降低至露点温度以下，对提高锅炉的综合热效率作用非常有利，同时可大大节省天燃气的耗量，使企业能源成本下降。

[1]张群力，张秋月，曹明凯，纪迎迎.燃气锅炉烟气余热回收利用技术研究[J].建筑科学，2016，32（06）：133-141.

[2]杨石，顾中煊，罗淑湘，钟衍.我国燃气锅炉烟气余热回收技术[J].建筑技术，2014，45（11）：976-980.