燃气锅炉烟气余热在温室大棚中的利用

张力 石卫忠

摘要：燃气锅炉热损失中，主要为排烟热损失。通常燃气锅炉的排烟温度较高，排烟温度为90～130℃[1]，这么高的排烟温度带有大量的余热，如果不经过回收直接排放会造成极大的浪费。大量的热能直接排放进大气，不仅造成能源的巨大浪费，也对环境有很大的影响，是城市热岛效应的罪魁祸首之一。本文着重论述1台29WM燃气热水锅炉烟气余热回收利用上，通过把烟道通入温室大棚，烟气通过管道在温室大棚中和空气进行换热，对烟气余热进行回收利用。

关键词：烟气余热;温室大棚;锅炉

1方案概况

某县城集中供热热源厂拟建设5台29WM燃气热水锅炉，其具体情况为：5台29WM燃气热水锅炉使用天然气，耗气量15390m3/h，年耗气量48755520m3/h;锅炉热效率为96%，每台锅炉排放烟气流量Qr=45061m3/h，排烟温度为100℃;热源厂周边为农田。

现设计锅炉烟气余热利用系统，采用烟道通过周围农田温室大棚，烟气通过烟气管道和温室大棚空气进行换热，对烟气余热进行回收利用。

2温室大棚需用热负荷

2.1设计参数

温室大棚尺寸：长100m，宽15m，高3m。

本方案取温室大棚蔬菜适宜温度为20℃。

安泽县气象参数：室外设计温度：-12℃。

2.2温室大棚需用热负荷

温室大棚的采暖热负荷Q4：

3锅炉烟气参数

每台锅炉排放烟气流量Qr=45061m3/h，排烟温度为100℃（进大棚温度），烟气酸露点温度约为55℃[2]，本方案只利用烟气显热，设定烟气出大棚温度为75℃。烟气比热容Cp=0.997J/g℃（83℃）

4锅炉烟气余热回收设计方案

锅炉排烟温度为100℃这种低温烟气具有巨大的潜热资源，可以通过温室大棚来继续回收利用。

单台锅炉小时耗气量3078Nm3/h，烟气量V=45061Nm3/h，烟气密度ρ：ρ=1.338kg/m3

4.1锅炉烟气热负荷计算

单台锅炉烟气每小时通过大棚释放的热量Q5：Q=Cp·ρ·V·Δt=0.997*1.338*45061*25=1502769kJ/h

单台锅炉烟气热功率Q6=Q5/3600=417kW，满足温室大棚用热需求。

4.2换热面积计算

29WM锅炉烟气管道管径为1.2m，管道放置在大棚蔬菜或者花卉底下。为了便于施工管理，把管径由1.2m换成4根管径为0.6m的管子。

烟气参数：进口温度Ti=100℃，出口温度To=75℃，平均外壁温度T1=83℃。

空气参数：大棚适宜温度T2=20℃，管道外壁和大棚空气平均温度T3=（83+20）/2=52℃，查52℃空气参数：ρ=1.093kg/m3，Cp=1.005J/g℃，λ=2.83×10-2，ν=17.95×10-6，Pr=0.699

需要管径为0.6m管子长度L=Q4/π·D·hΔt=860m

计算得出如果采用管径为0.6m的烟管道长度需要860m，这么长的管道在100m长的大棚里面不太好布置。因此，将大棚烟管道换为翅片管，同样长度翅片管换热面积是光管的4倍以上。選取翅片管管径为0.3m，所需要翅片管长度l=860/2=430m，可以选取四根管径为0.3m的翅片管，则每根翅片管长度为108m。

5增加烟管烟道阻力对锅炉原有风机的影响

烟道通过温室大棚之后才通过烟囱排放，烟道阻力有所增加。需要核算风机出力裕量，以保证最大允许的阻力增加值在风机裕量之内。烟管沿程阻力计算[4]公式为

局部阻力计算公式为

经计算得烟道阻力增加值为126.4Pa，阻力增加值比较小，在风机出力裕度之内，不需要额外添置风机。

6结论

此方案把锅炉的高温烟气余热回收利用，回收热能用于温室大棚空气升温，达到了节约能源、减少能耗的目的，投资很少，并且温室大棚能带来一定的经济效益。

参考文献：

[1]赵玺灵，付林，江亿。天然气供热中烟气余热利用的潜力及途径[J]。区域供热2013.3期：1。

[2]魏茂林，张世刚，付林，等。基于烟气-空气全热交换的余热回收系统实验研究[J]。区域供热2018.4期：2。

[3]杨世铭，陶文铨。传热学-第四版[M]。北京，高等教育出版社，2006.8：269。

[4]李文静。民用燃气锅炉余热回收的应用研究[D]。重庆，重庆大学，2016：18。