（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司西安分公司，陜西西安 710018）

0.引言

近些年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增加，“煤改氣”已經(jīng)成為主要的清潔供熱形式，因此北方區(qū)域采暖供熱的主要材料為天然氣。但是結(jié)合現(xiàn)狀分析，燃?xì)夤崛源嬖谝恍┎蛔悖绯杀据^高、供熱氣荒等，并且煙氣排放大量氮氧化物及水蒸氣，因此需要降低成本，提取煙氣中的水蒸氣成為解決上述問(wèn)題的主要措施。目前冷凝式換熱器與空氣預(yù)熱器是主要的煙氣余熱回收裝置。前者將城市熱網(wǎng)回水作為冷源，溫度不適宜，無(wú)法有效回收煙氣中的潛熱；后者只能回收顯熱，因?yàn)楸葻崛葺^低，只能收集部分煙氣熱。采用兩種設(shè)施組合使用的方法，也就是先使煙氣在冷凝式換熱器和熱網(wǎng)水換熱，之后進(jìn)行空氣換熱，有效提高余熱利用能力，但是其提高程度取決于熱網(wǎng)回水溫度。這一方法無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，同時(shí)設(shè)備表面存在嚴(yán)重的金屬腐蝕問(wèn)題[1]。為了探索一種有效的方法解決冷源溫度較低、無(wú)法深度收集煙氣冷凝熱以及換熱器腐蝕等相關(guān)問(wèn)題，需要采取新型煙氣余熱回收技術(shù)。

1.城市燃?xì)忮仩t概述

城市燃?xì)忮仩t房的主要類型為燃?xì)忾_(kāi)水鍋爐、熱水鍋爐以及蒸汽鍋爐等。熱水鍋爐也就是采暖鍋爐和洗浴鍋爐。燃?xì)忮仩t主要指將燃?xì)庾鳛橹饕剂系腻仩t，同燃油鍋爐以及電鍋爐相比優(yōu)勢(shì)明顯，具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的優(yōu)點(diǎn)。因此目前越來(lái)越多的人開(kāi)始使用燃?xì)忮仩t，將其作為蒸汽、采暖以及洗浴使用的主要鍋爐設(shè)備。鍋爐也指通過(guò)各種燃料、電源或者其他能源，將盛放在其中的液體進(jìn)行加熱，到一定參數(shù)后向外界輸送熱能的設(shè)備。相關(guān)規(guī)定對(duì)其范圍進(jìn)行界定，主要為容積≥30L的蒸汽鍋爐，出口水壓≥0.1MPa，額定功率≥0.1MW，屬于一種有機(jī)熱載體鍋爐。

根據(jù)其燃料性質(zhì)可以將燃?xì)忮仩t進(jìn)行分類，主要為天然氣鍋爐、城市煤氣鍋爐、焦?fàn)t煤氣鍋爐、液化石油氣鍋爐以及沼氣鍋爐等[2]。根據(jù)其功能可將其劃分為開(kāi)水鍋爐、熱水鍋爐以及蒸汽鍋爐等。根據(jù)其構(gòu)造可將其劃分為立式鍋爐、臥式鍋爐。根據(jù)煙氣程序可將其劃分為單回程燃?xì)忮仩t和三回程燃?xì)忮仩t。上述類型中，天然氣鍋爐因?yàn)槠湔嫉孛娣e較小、投資成本較低、實(shí)用性強(qiáng)以及施工周期較短，得到了廣泛應(yīng)用。在“煤改氣”廣泛實(shí)施后，能夠有效減少煤場(chǎng)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，天然氣得到充分燃燒，降低煤渣排放成本，有效減少排煙熱損失，使鍋爐熱效率得到顯著提升。

城市燃?xì)忮仩t的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）對(duì)保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其主要材料為玻璃棉，形成通體式保溫模式，質(zhì)量較輕，保溫性能佳，有助于減少散熱損失。同時(shí)多采取白色彩板對(duì)其進(jìn)行包裝，具有良好的美觀性、封閉性以及耐腐蝕性。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，所以不會(huì)占據(jù)較大空間，操作簡(jiǎn)便。（2）其結(jié)構(gòu)為典型的鍋殼式順流三回程結(jié)構(gòu)，在燃燒室中保證火焰的正壓燃燒，實(shí)現(xiàn)全部伸展，燃燒熱負(fù)荷較低，毒害物質(zhì)的排出量非常少?；鸸苤胁迦胱枞紨_流片，使排煙速率明顯下降，促進(jìn)換熱，煙室排出煙氣的溫度較低，避免熱損失，節(jié)約燃料。（3）具有良好的自動(dòng)化程度。根據(jù)控制器發(fā)布的指令進(jìn)行自動(dòng)化吹掃，電子自動(dòng)化點(diǎn)火及燃燒，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)油比例的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，有效提高設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，具備一定的燃燒效果。同時(shí)配備了專門的熄火自動(dòng)保護(hù)裝置，確保設(shè)備始終處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下。全部功能均存儲(chǔ)于運(yùn)行芯片上，一鍵開(kāi)機(jī)，自動(dòng)定時(shí)、定溫運(yùn)行，用戶能夠?qū)﹂_(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，操作簡(jiǎn)便。（4）控制系統(tǒng)結(jié)合水溫度控制循環(huán)泵開(kāi)啟或關(guān)停，如果爐火超出上限水溫?zé)崴h(huán)泵開(kāi)啟，反之熱水循環(huán)泵關(guān)閉。運(yùn)行自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便，具備自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰及自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能以及水位低限自動(dòng)預(yù)警功能等。

2.余熱利用新技術(shù)

余熱利用新技術(shù)主要指基于直接接觸換熱煙氣余熱深度回收技術(shù)，圖1所示技術(shù)的詳細(xì)流程。首先需要在鍋爐房中設(shè)置吸收式熱泵和煙氣―水直接接觸式換熱器。其中前者通過(guò)天然氣提供動(dòng)力，也可以結(jié)合鍋爐具體運(yùn)行情況進(jìn)行熱水驅(qū)動(dòng)或者蒸汽驅(qū)動(dòng)的配置。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)熱機(jī)組形成低溫冷水的充分利用，進(jìn)而在換熱器中通煙氣形成直接接觸，提高換熱效果，之后將其帶入余熱機(jī)組；機(jī)組通過(guò)驅(qū)動(dòng)能源的熱量以及煙氣熱量對(duì)熱網(wǎng)回水進(jìn)行有效加熱，完成煙氣余熱回收任務(wù)[3]。整個(gè)流程中，是相對(duì)中介水的自動(dòng)化處理，有助于減少腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 余熱利用新技術(shù)流程示意圖

相關(guān)研究顯示使用余熱利用新技術(shù)余熱回收率約為11%左右。本文以58MW燃?xì)忮仩t為研究對(duì)象，分析該項(xiàng)技術(shù)取得的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：對(duì)單臺(tái)機(jī)組來(lái)說(shuō)，其余熱回收量超過(guò)6MW，系統(tǒng)的整體排煙溫度低于30℃，余熱回收熱泵機(jī)組的COP值超過(guò)1.65，氮氧化物排放治療濃度低于30mg/Nm3，熱泵機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍在20%～110%，燃燒器燃燒效率超過(guò)99%并且配套設(shè)備的氮氧化物排放治療濃度低于30mg/Nm3，熱泵機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍在20%～110%，對(duì)設(shè)備整體使用壽命進(jìn)行評(píng)估，超過(guò)20年。本文通過(guò)回收余熱6MW展開(kāi)計(jì)算，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)能夠水后余熱量150MW，使供熱面積得到顯著增加，具有非常好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。如果選擇天然氣動(dòng)吸收式熱泵，有助于提高煙氣余熱回收設(shè)備的供熱性能，其總供熱能力高達(dá)350MW，先祖增加供熱面積。因?yàn)樵谑艿侥Y(jié)作用的影響，水蒸氣會(huì)吸收煙氣中部分氮氧化物與二氧化硫，有效減少煙氣中一些毒害物質(zhì)的排放量，解決污染問(wèn)題，具有良好的節(jié)能環(huán)保作用。

3.結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)燃?xì)庵饾u取代燃煤，成為北方大多數(shù)城市供熱的主要能源，同時(shí)城市燃?xì)忮仩t房逐漸成為城市供熱的主要方式，促進(jìn)燃?xì)忮仩t房的發(fā)展符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有助于解決環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化?；趯?duì)城市燃?xì)忮仩t房供熱能力及余熱利用的而分析，燃?xì)忮仩t房對(duì)城市供熱來(lái)說(shuō)具有重要意義，采取基于直接接觸換熱煙氣余熱深度回收技術(shù)有效提高了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。該項(xiàng)技術(shù)屬于一系統(tǒng)性節(jié)能技術(shù)，操作并不復(fù)雜，只需要將煙氣側(cè)改造便可，具有分期施工的特點(diǎn)，是保證燃?xì)忮仩t煙氣余熱深度回收的重要手段。但是該項(xiàng)技術(shù)的投資成本較高，因此可以通過(guò)合同能源管理模式加強(qiáng)與設(shè)備供應(yīng)商合作，互利共贏。