中钢石家庄工程设计研究院有限公司 河北 石家庄 050000
摘要：近年来，为了适应国民经济的可持续性发展，国家对火电企业的节能减排问题给予了前所未有的高度重视，并相继出台了—系列经济政策和节能环保指标要求。本文主要就烟气余热回收利用技术应用进行分析和探讨。
关键词：烟气；余热回收；应用
1、烟气余热回收原理介绍
目前，我国采用的燃气型锅炉，排烟温度普遍高于100度，即使于锅炉尾部设置节能器，排烟温度依旧可高达75度以上。若将排烟温度降低至常温排放，烟气可释放出自身所蕴含的大量显热和潜热。根据江苏双良新能源装备有限公司提供的数据，若将该部分热量用于加热锅炉回水，可将锅炉效率提高9%左右，节气率高达10%以上。在锅炉负荷不变的情况下SO2，CO2、NOX可年减排约10%。目前燃气锅炉所用天然气，主要成分是CH4，因此燃烧后的烟气中含有大量气态H2O，约占烟气比例的17%左右。根据烟气成分、水和水蒸气特性表可知，烟气温度低于55.3度(大气压力101kPa左右)时，燃气锅炉尾气中的水蒸气随之冷凝析出，释放大量的汽化潜热，当温度降低至30度时，烟气中的水蒸气含量可降低至5%。理论上，每冷凝出—吨水折合回收—吨蒸汽热量，进而得出，锅炉在不同排烟温度下的热效率，当锅炉排烟温度低于烟气露点时(57.20度)，水蒸气冷凝释放潜热，热效率会急剧上升，然后逐渐平缓，当排烟温度达到30度时，锅炉理论热效率能达到107%(相对于燃气低位发热值)。实际供暖中回水温度—般位于45—65，甚至更高，采用传统的换热式余热回收装置，根据热力学第二定律可知其排烟温度不可能低于回水温度，—般比回水温度高10—15。由此可知，采用换热式余热回收装置，锅炉最终排烟温度在烟气水露点温度之上，极少甚至是回收不到烟气中水蒸气的冷凝潜热。在上述情形下，为了最大限度的回收锅炉烟气中的余热，实现节能减排，可采用吸收式热泵，运用逆向传热技术，将锅炉排烟温度降低至30度以下，回收烟气中大部分的潜热和显热，并将回收的余热用于加热采暖水，同时实现了大幅降低燃气耗量和污染物排放。吸收式热泵全称为第—类澳化铿吸收式热泵，是以高品位能源(蒸汽/燃气)为驱动热源，澳化铿浓溶液为吸收剂，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—。
2、烟气余热回收利用技术
2.1吸收式换热
燃气锅炉排烟温度是烟气余热回收效率的直观表现，排烟温度受到冷介质流量、进出口温度的限制。实际工程中，冷介质流量、进出口温度往往被限定在—定范围内，导致在—些工况下，传统冷凝锅炉无法将烟气冷凝到露点，或者只能冷却到露点下较高的温度，大部分的水蒸气潜热未被利用。由此可见，传统意义上的冷凝式锅炉存在较大局限性。吸收式换热技术适用于各种能级不匹配的大温差换热，降低不可逆损失。因此有学者提出将传统换热技术与吸收式换热技术相结合，利用冷却水将排烟温度降低到接近环境温度，再通过吸收式热泵将冷却水的低位热量回收。与传统冷凝技术相比，该技术的适用范围更广、实际热回收效率更高。
2.2冷凝式烟气余热回收技术
冷凝式烟气余热回收技术是在早期烟气余热回收技术的基础上，利用高效的冷凝余热回收装置来吸收锅炉排出的高温烟气中的显热和水蒸气凝结所释放的潜热。与早期烟气余热回收技术相比，冷凝式余热回收技术虽然在换热器形式上差别不大，但是其传热机理从单相对流换热变为凝结式换热，此外冷凝式余热回收技术还需考虑冷凝酸液对换热面的腐蚀问题。我国在烟气冷凝余热回收领域起步较晚，但随着节能环保政策的加强、我国能源结构的调整，燃气冷凝余热回收越来越受到重视。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆欧美发达国家对烟气冷凝传热的基础理论方面已进行了大量工作，我国的研究主要集中在冷凝式换热器开发中涉及的—些工程技术问题上，并且建立了—些燃气锅炉烟气余热回收的示范工程。
2.3利用热泵回收烟气余热技术
天然气燃烧产生的烟气露点—般在55-65度之间，若回收烟气冷凝余热，需要供热回水温度低于烟气露点温度范围。如果供热回水温度高于烟气露点温度，可以利用热泵回收烟气冷凝余热用于预热供热回水。目前对于利用吸收式热泵回收烟气余热的研究更为广泛，因其所需驱动热源可以用锅炉提供的蒸汽或热水提供。但吸收式热泵投资成本较高且占用安装空间较大。根据锅炉容量的不同，适宜选取不同类型的热泵，0.01-10MW的锅炉适用于选用电压缩式热泵形式。
2.4利用压缩式热泵回收烟气余热技术
利用电驱动压缩式热泵回收烟气余热技术是将电压缩式热泵与烟气冷凝余热回收装置结合，以烟气余热回收装置作为压缩式热泵的蒸发器;或以烟气余热回收装置内的循环水为压缩式热泵的低温侧热源，压缩式热泵提取低温侧热量后用于预热热网回水。为保证充分加热热网回水，提出采用二氧化碳跨临界循环热泵或螺杆型氨制冷压缩式热泵。烟气侧管体采用螺旋波纹翅片管，外壳为烟箱，制冷剂侧管体为光管，外壳为筒体。烟气源热泵可以解决冷凝式换热器部分换热器壁面不能使烟气冷凝的问题。以容量为10kW、100kW两台颗粒料锅炉和容量为100kW、10MW的2台木屑锅炉为例，分析了结合电驱动压缩式热泵和喷淋式急冷装置的烟气余热回收系统的技术经济性，系统运行费增加2%-13%，—次能源利用率提高3%-21%。
3、烟气余热回收技术在集中供热系统中的应用
烟气余热回收用冷介质通常为空气或水。空气加热后可用于锅炉的鼓风和原料及半成品烘干。水加热后可用于锅炉补水预热、供热、供生活热水等，在烟气量较大、温度较高的情况下，可以将水加热成为水蒸汽。在集中供热系统中烟气余热回收技术应用的典型方式按余热回收级数分为单级余热回收供热型和双级余热回收供热型，其中单级余热回收供热型可分为预热热网回水型与供生活热水型。
3.1单级余热回收供热型
利用吸收式热泵回收烟气余热用于预热热网回水的系统，吸收式热泵以天然气为驱动能源，以烟气－水换热装置中回收烟气余热后的热水作为低温热源，提取热量后用于预热一次热网回水，一次热网回水再经过锅炉加热后提供给一次网供水。该技术已应用于某些工程中，可提高燃气能源利用效率10%以上，明显减少烟囱“冒白烟”现象。该技术增加的投资可在3-4a内回收。
3.2单级余热回收供热型
利用烟气冷凝热能回收装置对某酒店天然气直燃机进行改造，回收直燃机排放烟气的余热用于加热酒店生活热水，并将烟气凝结水进行回收供空调系统补水，可提高热效率10%以上。
3.3双级余热回收供热型
该类型系统首先利用高温烟气加热热网回水达到供热用户需求的供水温度;其次再利用热泵机组回收利用低温烟气余热，利用热泵机组的高温侧加热热网回水达到供热用户需求的供水温度。根据换热器不同，给出两种采用双级换热的烟气余热回收利用系统。由于采用了双级换热，使得烟气温度大幅度降低，热网回水温度温升较大，利用热泵系统加热后，可以实现提供较高的热网供水温度。
结束语
随着我国能源和环境压力的日益增加，燃气锅炉越来越广泛地应用于生产、生活之中。烟气余热回收作为重要的燃气锅炉节能技术具有广阔的应用前景。由于燃气锅炉烟气中蕴含大量的余热有待回收利用，烟气余热回收成为提高燃气锅炉能源利用效率的关键技术。该技术历经早期技术、冷凝回收、吸收式换热+冷凝回收等几个阶段，同时也出现了接触式、间壁式和蓄热式等换热形式。随着该技术的发展，燃气锅炉烟气余热利用水平和锅炉效率得到不断提高。
参考文献
[1]李树华.焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化研究应用[J].燃料与化工,2019,50(01):48-51.
[2]汪杰.烧结余热回收锅炉烟气流场数值模拟研究[J].工业锅炉,2018(06): 5-10.
[3]王富全,庞卓,田刚,张春尧,杨海霞,由世俊,王娜,王雅然,高冲,赵岩,康益军,刘兴原,董卫平.吸收式热泵回收燃气锅炉烟气余热技术[J].煤气与热力,2018,38(12):1-4+35.
[4]王威,刘全稳,陈国民,陈琦,鲁瑜.热介质锅炉余热回收系统优化选型及矿场应用[J].广东石油化工学院学报,2018,28(06):90-92.
[5]张华,倪继华,马宁,彭兆军.压缩机烟气余热回收技术在集气站伴热系统中的应用[J].石化技术,2018,25(12):204+240.
论文作者:杜荣
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/25
标签：烟气论文; 余热论文; 回水论文; 温度论文; 锅炉论文; 热泵论文; 技术论文; 《防护工程》2019年8期论文;