摘 要：基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)是通過“基于噴淋換熱的煙氣余熱回收與減排一體化技術(shù)”結(jié)合“空塔噴淋”與“吸收式換熱”，從而實(shí)現(xiàn)余熱的深度回收利用，其在節(jié)能技術(shù)和余熱供熱領(lǐng)域中將發(fā)揮越來越重要的作用。文章介紹了基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)原理、關(guān)鍵設(shè)備及其應(yīng)用案例，為在不同工況下的余熱回收利用提供參考。

　　關(guān)鍵詞：噴淋換熱;煙氣余熱回收;吸收式熱泵;接觸式換熱器

　　前言

　　能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)對(duì)能源的需求量日益增大，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展面臨的能源約束矛盾。而在化工、冶金、制藥、紡織、采油、電力等行業(yè)生產(chǎn)工藝過程中，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，往往有大量廢蒸汽、廢熱水、廢煙氣等廢熱排放，這些廢熱排放不但浪費(fèi)能源，還對(duì)環(huán)境造成熱污染。所以若能通過一定的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行回收處理利用，將是一項(xiàng)有利國(guó)家、造福于民的工程。

　　基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)通過“基于噴淋換熱的煙氣余熱回收與減排一體化技術(shù)”結(jié)合“空塔噴淋”與“吸收式換熱”，實(shí)現(xiàn)余熱深度回收利用，其在節(jié)能技術(shù)和余熱供熱領(lǐng)域中將發(fā)揮越來越重要的作用。

　　1 基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)介紹

　　1.1 基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)原理

　　燃煤電廠產(chǎn)生的煙氣在經(jīng)過脫硫塔后，進(jìn)入煙囪排放，最終排煙溫度在 50℃～60℃之間，煙氣蘊(yùn)含大量的潛熱，占燃料低位熱值的7%左右，直接排放不僅帶來了能源的浪費(fèi)，而且由于濕度較高，會(huì)形成煙囪冒“白煙”現(xiàn)象。

　　一般熱力站一次網(wǎng)回水溫度為55℃左右，在電廠加熱后送往熱力站。若能夠?qū)煔獾挠酂嵊糜诩訜釤峋W(wǎng)回水，則能夠顯著提高鍋爐本身的熱效率。傳統(tǒng)的燃煤煙氣余熱回收技術(shù)主要分為低壓省煤器和空氣預(yù)熱器兩類，這兩類技術(shù)都是通過間壁式換熱的方式，將鍋爐省煤器出口至脫硫設(shè)備之間的煙氣與鍋爐給水或冷空氣進(jìn)行換熱，回收部分煙氣熱量，但回水溫度與煙氣的溫度品位相當(dāng)，煙氣余熱并未得到有效回收;與此同時(shí)，由于燃煤煙氣硫含量高、酸露點(diǎn)高的特點(diǎn)，這類技術(shù)面臨比較嚴(yán)重的腐蝕問題，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)煙氣的深度降溫，因此需要采用更為科學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)熱回收。

　　濕法脫硫工藝的廣泛應(yīng)用為低品位的煙氣余熱回收技術(shù)帶來了條件。經(jīng)過濕法脫硫處理后，高溫干煙氣轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏仫柡蜔煔?，同時(shí)硫化物含量大大降低，腐蝕問題得以緩解。針對(duì)濕法脫硫工藝特點(diǎn)(低溫、高濕)，利用“基于噴淋換熱的煙氣余熱回收與減排一體化技術(shù)”，結(jié)合“空塔噴淋技術(shù)(直接接觸式換熱)”及“吸收式換熱技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)煔獾纳疃扔酂峄厥绽谩?/p>

　　燃煤煙氣余熱回收技術(shù)的基本流程如圖1所示，在脫硫塔后新設(shè)一個(gè)直接接觸式噴淋換熱器，噴淋換熱器可以直接替代部分煙道，也可以在主煙道上通過設(shè)置旁通閥的形式，與主煙道并聯(lián)。煙氣進(jìn)入噴淋換熱器之后，與其中的低溫中介水直接接觸換熱，溫度降低至露點(diǎn)以下，回收煙氣中的潛熱。降溫后的煙氣返回原煙道通過煙囪排放，而升溫之后的中介水進(jìn)入蓄水池，進(jìn)行多層沉降，沉降后的清水一部分在循環(huán)泵的作用下進(jìn)入吸收式熱泵蒸發(fā)器作為低溫?zé)嵩?，另一部分進(jìn)入脫硫塔補(bǔ)水系統(tǒng)，作為補(bǔ)水返回脫硫塔，能夠有效緩解濕法脫硫工藝為電廠帶來的補(bǔ)水壓力，而沉降產(chǎn)生的污水則進(jìn)入原有的污水處理設(shè)施。吸收式熱泵機(jī)組以高溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)，從中介水中提取熱量，提供給熱用戶，在熱泵機(jī)組中降溫的中介水再返回噴淋換熱器，完成一整套循環(huán)。

　　在噴淋換熱器中，由于煙氣與低溫中介水直接接觸換熱，在降溫的同時(shí)，通過中介水對(duì)煙氣的洗滌作用，還能夠有效的降低煙氣中 SO2、NOX以及粉塵濃度，減少最終排煙中污染物的排放。

　　采用上述余熱回收技術(shù)，能夠?qū)駸煔鉁囟扔擅摿蛩隹诘?0℃～60℃降低至30℃左右，充分回收煙氣中的熱量，回收的熱量用于加熱熱網(wǎng)回水;同時(shí)回收煙氣中的冷凝水，作為脫硫塔補(bǔ)水利用，減少濕法脫硫的失水量，而且通過對(duì)排煙進(jìn)行再次洗滌處理，減少約55%以上的SO2，8%以上的NOX排放，并顯著降低排煙粉塵含量，從而同時(shí)達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、減排的多重目的。

　　1.2 基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)為：

　　(1)回收余熱的同時(shí)減少污染物排放濃度，回收水分，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水、減排三重功效。

　　(2)自動(dòng)對(duì)中間循環(huán)水進(jìn)行水處理，有效避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

　　(3)煙氣余熱用于加熱熱網(wǎng)水，增加了鍋爐熱效率，減少了鍋爐燃煤消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　(4)冷凝水經(jīng)水處理后可以回收利用，減少了排煙中水蒸氣的含量，避免了冒“白煙”現(xiàn)象。

　　(5)可以在原熱網(wǎng)回水管路上安裝流量調(diào)

　　節(jié)閥，將熱網(wǎng)回水引入余熱回收機(jī)組。通過調(diào)節(jié)閥門，實(shí)現(xiàn)原始運(yùn)行模式與余熱回收模式之間的自由切換，對(duì)原供熱系統(tǒng)并無影響。

　　(6)采用直接接觸式換熱器可以完美替代

　　間壁式換熱器，解決間壁式換熱器在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的諸多問題。

　　1.3 基于噴淋換熱的煙氣余熱回收技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備

　　1.3.1 關(guān)鍵設(shè)備一：溴化鋰吸收式熱泵

　　(1)溴化鋰吸收式熱泵原理

　　目前，溴化鋰吸收式熱泵余熱回收技術(shù)以其高效節(jié)能和具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的特點(diǎn)，尤為引人注目。吸收式熱泵以溴化鋰溶液作為工質(zhì)，對(duì)環(huán)境沒有污染，不破壞大氣臭氧層，而且具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。溴化鋰吸收式熱泵可以回收利用各種低品位的余熱或廢熱，達(dá)到節(jié)能減排的目的。吸收式熱泵以高溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)，把低溫?zé)嵩吹臒崃總鬟f給到需要的中溫?zé)嵩矗瑥亩岣呦到y(tǒng)能源的利用效率。

　　圖2即為溴化鋰吸收式熱泵的工作原理圖：熱泵由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器、節(jié)流裝置、溶液泵、冷劑泵等組成;為了提高機(jī)組的熱力系數(shù)設(shè)有溶液熱交換器;為了使裝置能連續(xù)工作，使工質(zhì)在各設(shè)備中進(jìn)行循環(huán)，還裝有屏蔽泵(溶液泵、冷劑泵)以及相應(yīng)的連接管道、閥門等。

　　溴化鋰吸收式熱泵各部件主要功能如下：

　　發(fā)生器：高溫?zé)嵩丛诎l(fā)生器內(nèi)加熱溴化鋰溶液，溴化鋰稀溶液被加熱蒸發(fā)出水蒸氣，水蒸氣進(jìn)入冷凝器，濃縮的溴化鋰濃溶液流入吸收器。

　　冷凝器：水蒸氣在冷凝器內(nèi)冷凝放熱，將熱量傳遞給熱網(wǎng)水，冷凝水通過壓差流入蒸發(fā)器。

　　蒸發(fā)器：冷凝水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，吸收低溫余熱的熱量變?yōu)樗魵?，水蒸氣流入吸收器?/p>

　　吸收器：從蒸發(fā)器流入吸收器的水蒸氣被發(fā)生器流入吸收器的溴化鋰濃溶液吸收，變?yōu)殇寤囅∪芤?，吸收過程是放熱過程，熱量傳遞給熱網(wǎng)水。

　　如圖3所示，以蒸汽為驅(qū)動(dòng)能源 QH，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，回收與鍋爐煙氣換熱后的中介水熱量 QL，加熱熱網(wǎng)回水。得到的有用熱量(熱網(wǎng)加熱量)為消耗的高溫?zé)崴疅崃亢突厥盏挠酂崃恐?QH+QL。

　　(2)本公司溴化鋰吸收式熱泵特性(見表1)

　　1.3.2 關(guān)鍵設(shè)備二：直接接觸式換熱器

　　(1)直接接觸式換熱器的研發(fā)背景

　　眾所周知，燃煤鍋爐排煙熱損失是鍋爐損失中的主要部分，煙氣在經(jīng)過脫硫塔后，進(jìn)入煙囪排放，最終排煙溫度在50℃～60℃之間，煙氣蘊(yùn)含大量的潛熱。

　　但燃煤煙氣含硫量高，腐蝕性強(qiáng)，采用常規(guī)換熱技術(shù)必然帶來嚴(yán)重的腐蝕問題。同時(shí)，燃煤煙氣成分復(fù)雜，即使經(jīng)過脫硫除塵后，煙氣中仍含有部分粉塵，采用常規(guī)換熱器也會(huì)存在換熱面的污垢堆積問題，造成換熱器堵塞，進(jìn)而影響換熱效果?；谏鲜鰡栴}，常規(guī)的換熱技術(shù)無法適用于燃煤煙氣的深度余熱回收。為深度回收燃煤鍋爐低溫?zé)煔?，換熱器的選擇就成為重中之重。為此，我公司研發(fā)了直接接觸式換熱器，在深度回收煙氣余熱的同時(shí)，克服了燃煤煙氣腐蝕性強(qiáng)、換熱面污垢堆積等弊端。

　　(2)直接接觸式換熱器的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)(見表2)

　　(3)直接接觸式換熱器除霧特性

　　a.除霧器采用屋脊式布置，能夠增大流通截面積，降低迎面風(fēng)速，減小液滴動(dòng)能，強(qiáng)化除霧效果(布置圖及模擬圖見圖4)。

　　b.除霧器擋葉片采用多次遮擋方式，高效除霧。

　　c.換熱器經(jīng)CFD流場(chǎng)計(jì)算，根據(jù)壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、液滴分布場(chǎng)，確定除霧器的最佳布置方式，即有效除霧又能降低阻力。

　　d.換熱器內(nèi)采用降低煙氣流速設(shè)計(jì)，流速低于3m/s，提高除霧效率。

　　e.除霧器經(jīng)過嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)測(cè)定，除霧效率能夠達(dá)到99.2%以上。

　　2 典型案例

　　2.1 燃煤電廠項(xiàng)目

　　北郊熱電廠有3臺(tái)130t/h煤粉爐以及1臺(tái)220t/h CFB鍋爐，煤粉爐共用一座濕法脫硫塔，CFB鍋爐單獨(dú)一座濕法脫硫塔，經(jīng)過濕法脫硫后兩部分煙氣匯合進(jìn)入煙囪排放，總煙氣量約為1150km3/h。在經(jīng)過了現(xiàn)場(chǎng)考察和詳細(xì)設(shè)計(jì)之后，對(duì)脫硫塔之后的部分煙道進(jìn)行改造，新增兩臺(tái)噴淋換熱器和一臺(tái)熱泵機(jī)組，項(xiàng)目改造投運(yùn)后實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)煙氣溫度由45℃降低至38℃，回收煙氣余熱16MW。

　　2.2 燃?xì)忮仩t項(xiàng)目

　　2.2.1 北京永安熱力燃?xì)鉄煔庥酂峄厥枕?xiàng)目

　　永安熱力南環(huán)鍋爐房鍋爐容量為4臺(tái)65t燃?xì)鉄崴湾仩t，采暖季承擔(dān)周邊小區(qū)的供暖任務(wù)。項(xiàng)目改造后，供熱系統(tǒng)新增2臺(tái)直燃型煙氣余熱回收機(jī)組，單臺(tái)余熱回收量4MW(供熱量為10.4MW)，熱泵自帶噴淋塔，每臺(tái)鍋爐煙道出口處又分別安裝了單獨(dú)的噴淋塔，熱泵與鍋爐煙氣(熱泵噴淋塔與熱泵采用一體化設(shè)計(jì))獨(dú)立回收，互不干擾，便于調(diào)節(jié)與控制，實(shí)現(xiàn)了“一爐一塔一設(shè)計(jì)”的配置方式。

　　該項(xiàng)目投運(yùn)后效果如下：

　　(1)排煙溫度從65℃降至25℃，基本消除煙囪冒白煙現(xiàn)象。

　　(2)燃?xì)饫脽嵝侍岣?0.1%。

　　(3)二氧化硫排放降低55%，氮氧化物排放降低8%。

　　2.2.2 北京燕山石化星城鍋爐房煙氣余熱回收項(xiàng)目

　　星城鍋爐房裝機(jī)容量為5臺(tái)20t燃?xì)鉄崴仩t，3用2備，采暖季承擔(dān)燕化星城小區(qū)共97萬平米供暖任務(wù)。本項(xiàng)目改造后，系統(tǒng)安裝1臺(tái)3MW煙氣余熱回收專用機(jī)組(含熱泵本體，1臺(tái)直接接觸式噴淋換熱器)，原鍋爐煙道分別安裝5臺(tái)鍋爐煙氣直接噴淋塔，吸收鍋爐煙氣中的余熱。

　　該項(xiàng)目投運(yùn)后效果如下：

　　(1)排煙溫度從65℃降至30℃以下，基本消除煙囪冒白煙現(xiàn)象。

　　(2)燃?xì)饫脽嵝侍岣?0%以上。

　　(3)二氧化硫排放降低55%，氮氧化物排放降低8%。

　　2.3 大型燃?xì)怆姀S項(xiàng)目

　　北京京能未來熱電燃?xì)鉄煔庥酂峄厥枕?xiàng)目裝機(jī)容量為250MW，其中燃?xì)廨啓C(jī)為德國(guó)西門子“9E”型機(jī)組，額定容量166MW，額定排煙量為200萬m3/h。在煙氣余熱回收項(xiàng)目改造中安裝了4臺(tái)余熱回收量為12MW/臺(tái)蒸汽型煙氣余熱回收機(jī)組及1臺(tái)直接接觸式噴淋換熱器，項(xiàng)目改造投運(yùn)后實(shí)現(xiàn)了回收煙氣余熱量48MW，總供熱量112MW。

　　3 結(jié)束語

　　余熱回收項(xiàng)目的實(shí)施及采暖季的穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、防腐方式的可行性及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性;同時(shí)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用也帶來了巨大節(jié)能、節(jié)水、減排收益，體現(xiàn)余熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。余熱回收技術(shù)具備較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，希望能推廣使用，造福于民。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]戴永慶.燃?xì)饪照{(diào)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

　　[4]付林，李輝.天然氣熱電冷聯(lián)供技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

　　[5]江億，付林.提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能效的途徑[M].北京：高等教育出版社，2009.

　　推薦閱讀：《工程與試驗(yàn)》(季刊)創(chuàng)刊于1961年，由中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)試驗(yàn)機(jī)分會(huì)、長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)所主辦。本刊秉承“宣傳貫徹科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的思想，介紹新的科技成果。