吸收式热泵技术在供热锅炉烟气余热回收利用中的应用与分析

管立君 左国辉

河北汉尧环保科技股份有限公司 河北 石家庄 050031

引言

近几年随着科学技术的不断发展和进步,材料和制造工艺也不断突破。在锅炉应用领域实现了超高温、超高压、双超、亚临界等先进技术的应用,大大提高了锅炉和透平的热效率。然而在常规的供热锅炉领域,技术却朝着另一个方向发展,即通过不断降低锅炉排烟温度而实现烟气的余热回收,使燃料的能量得到充分转化和利用。并陆续出现了低温空预器、低低温省煤器、MGGH等新设备和新技术,能够实现将锅炉排烟温度降至80～90℃左右。直到吸收式烟气源热泵的出现,实现了更低烟温的余热回收,能将排烟温度降至30℃,同时将烟气中的显热及水蒸气潜热进行回收利用。烟气源热泵技术能回收到高于原烟气余热品质的热能进行利用,尤其是在冬季供热采暖领域内实现了锅炉烟气余热利用的最大化。

1 项目现状

沧州**热力公司公司位于沧州*县,是县供热企业,建设容量为29MW*2燃煤热水锅炉,采用湿法脱硫工艺,排烟温度50～60℃。现有供热面积约160万㎡。随着新建小区的并入,预计今年采暖将出现10万平米的供暖缺口,供热能力急需增加。

2 方案设计

2.1 方案确定：因供热缺口不大,不值得新建采暖锅炉,经过初步计算,利用热泵技术可回收烟气余热5MW,能够满足供暖缺口。

2.2 基础参数及选型计算

序号 项目 单位 参数 备注1 设计烟气量 m3/h 160000 2 FGD入口烟温 ℃ 110 3 FGD出口烟温 ℃ 50 4 降温目标温度 ℃ 30 5 余热水入口温度 ℃ 30 6 余热水出口温度 ℃ 38 7 余热水流量 m3/h 540 8 换热器直径 m 4 9 换热器高度 m 12 10 烟气阻力 Pa ＜300 11 余热回收量 MW 5 12 冷凝水量 t/h 7.2 凝水率35%

2.3 设备选型 根据现场可回收的余热量,结合供热现状对吸收式热泵进行选型,参数如下表：

型号 RBH-7-40/36-50/56 额定工况热泵数量 套 1余热水总流量 t/h 540热网水总流量 t/h 600驱动热水总流量 t/h 300流量 t/h 540入口 ℃ 38热源水出口 ℃ 30接口 DN DN300压力损失 m 5.4回收热 MW 5

型号 RBH-7-40/36-50/56 额定工况流量 t/h 600入口 ℃ 42热网水出口 ℃ 58接口 DN DN600压力损失 m 3.2供热量 MW 11.25流量 t/h 300入口 ℃ 110驱动热源(热水)出口 ℃ 92.1接口 DN DN200压力损失 m 6.0供热量 MW 6.25外形尺寸 长*宽*高 mm 5900×3400×3900性能 采暖COP - 1.8

3 系统构成

本系统主要设备由：吸收式热泵、烟气换热器、水处理等部分构成。

本系统采用降温脱湿工艺路线,同时配套烟气余热回收系统用于回收烟气降温脱湿过程中放散的余热用于热网回水加热。烟气冷凝水通过深度水处理系统将冷凝水处理后,用于脱硫工艺补水。系统整体可分为三部分：

3.1 烟气降温脱湿部分 降温脱湿部分采用直接接触式换热技术,通过直接接触式换热器利用水与烟气进行直接接触式降温,冷凝烟气中的水同时脱出部分烟气中的二氧化硫及粉尘,设备可根据现场情况进行布置,通常采用架空方式布置。

3.2 余热回收供热部分 烟气中降温过程中放散的热量通过循环冷却水放散,该部分热量温度通常为30℃左右,可通过吸收式热泵进行余热回收,制取不大于90℃的热水,用于工艺加热或市政供热。

3.3 烟气冷凝水利用部分 烟气被降温过程中会冷凝出大量冷却水,该部分冷凝水可经过简单处理部分送入脱硫补水。

4 工艺流程

脱硫塔出口的烟气进入换热塔,在换热塔内部与循环冷却水直接接触换热并阶梯降温,烟气中的水蒸气开始冷凝,发生相变,并释放出大量冷凝潜热,直至降至30℃(目标温度)左右。循环冷却水经烟气升温后经水处理系统降尘并中和,经循环泵进入吸收式热泵机组,经热泵吸收烟气热量后送回降温脱湿系统,如此往复。

系统在降温脱湿系统出口设置循环水中和系统,用于调整循环水PH值,降低进入换热塔循环水酸性,同时循环水可对烟气进行再次净化,进一步降低烟气中硫和粉尘的含量。

烟气冷凝水在初级水处理系统中处理后,送入脱硫补水。

关于经济效益分析,本项目可以实现节能环保的双丰收,可利用余热增加供热面积10万㎡,相当于节约标煤2400吨,年减排二氧化碳：6000吨,二氧化硫：20吨,氮氧化物：17.6吨,年可回收冷凝水：2万吨,可全部用于脱硫补水和工艺补水。

结论

项目实施运行一个采暖季之后统计发现,本工艺可实现回收烟气余热5MW,增加供热面积10万平米。经过二次喷淋提热后的烟气,含硫量和颗粒物比原来降低了40%。本项目经济环保效益明显,能有效利用排烟余热,可扩大热源厂的供暖能力,降低煤炭消耗量,提高机组运行的经济效益。同时为响应节能减排的社会需求,减小企业的生产成本,供热锅炉排烟余热回收利用技术进行改造是非常必要的。