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【HVAC】大型燃气锅炉排烟余热深度利用改造工程实测分析

1  工程概况与节能改造方案
新疆骑马山热力站供热锅炉房设有3台70 MW燃气热水锅炉,锅炉排烟温度88~180 ℃,一次网回水平均温度40 ℃。原有常规余热回收设备阻力大、振动大,无低温防腐措施,节能率低,安装空间紧张。经技术经济比较,采用防腐高效烟气冷凝热回收装置代替原有余热回收设备,并辅以自然空气除湿,进行排烟冷凝余热和冷凝水深度回收利用及除雾改造,改造后新增供热面积30万m,系统原理图与平面布置示意图分别见图1和图2。



1 烟气冷凝热回收与除雾系统示意图



2 烟气冷凝热回收与除雾系统平面布置示意图


2 改造工程实测
根据TSG G0003—2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中的测定方法同时对锅炉进行正、反平衡检测。


2.1 测试原理与数据整理依据

2.1.1 烟气冷凝热回收装置回收的热量
在外侧保温良好的条件下,烟气冷凝热回收装置回收的热量近似为烟气放出的热量(反平衡法)或水吸收的热量(正平衡法)。烟气冷凝热回收装置烟气侧放热量为

烟气冷凝热回收装置水侧吸热量为


2.1.2 锅炉本体热效率
锅炉本体热效率即锅炉输出热量与燃料放热量之比,其表达式为


2.1.3 烟气冷凝热回收装置的节能率
烟气冷凝热回收装置的燃料利用热效率,即节能率Δη为烟气冷凝热回收装置回收的热量与燃气燃烧放热量之比。
反平衡节能率Δη

正平衡节能率Δη′为


该工程测试采用我国现行锅炉热效率计算依据即燃料低热值作为燃气利用热效率计算依据。


2.1.4 锅炉总效率
节能改造后锅炉总效率为锅炉本体燃料利用效率与烟气冷凝热回收装置燃料利用效率之和,即

2.2 主要测试参数及仪器设备(见表1)

1 主要测试参数与仪器设备


注:冷凝水成分委托清华大学检测。


3 测试结果
2014—2015年供暖季锅炉负荷率为29%~102.5%,过剩空气系数为1.2~1.3,笔者对采用烟气冷凝热回收装置节能改造后的锅炉系统进行了跟踪测试。


3.1 烟气冷凝热回收装置的进出口烟气温度
在整个供暖季烟气冷凝热回收装置进口水温为29~43 ℃条件下,热用户用热量不同,锅炉负荷变化较大,锅炉排烟温度从88~180 ℃经烟气冷凝热回收装置降到出口烟温(烟气冷凝热回收装置的出口烟气温度)33~54 ℃,经自然空气冷却除湿后,排烟温度(烟囱出口烟气温度)降到21~35 ℃。


3.2 烟气冷凝热回收装置回收的排烟余热量
负荷率为29%~93%时,进口水温为29~43 ℃,经烟气冷凝热回收装置后烟温从88~180 ℃降至33~54 ℃,回收锅炉总余热量2 060~6 960 kW,其中,显热量为590~4 930 kW,潜热量为320~2 120 kW。国家质监部门在负荷率102.5%下检测得到的节能量为9 018 kW。


3.3 烟气冷凝热回收装置的节能率及锅炉系统总效率
烟温从88~180℃经烟气冷凝热回收装置后降至33~54 ℃,锅炉本体热效率为82.8%~97.1%,烟气冷凝热回收装置的燃气利用效率(单项节能率)为7.8%~13%,锅炉系统的总效率为92.3%~107.3%。锅炉本体排烟温度越低,节能潜力越小,锅炉本体排烟温度越高、经烟气冷凝热回收装置后排烟温度越低,节能率越高。


3.4 节能改造前后锅炉系统总的热效率对比
国家质监部门检测数据显示,负荷率为102.5%时节能改造前锅炉系统(含原有烟气余热回收装置)总的热效率为94.10%,节能改造后锅炉系统总的热效率为106.67%,改造后锅炉系统总效率提高12.57%。


3.5 烟气冷凝水
烟气冷凝水pH值及冷凝水中酸根离子质量浓度根据测试结果。

4 锅炉烟气冷凝余热深度利用节能改造工程的经济与社会效益
工程实测结果表明,烟气冷凝热回收装置的燃气利用效率(单项节能率)达8%~13%,即使烟气冷凝热回收装置节能率为10%,按供暖季单台锅炉平均耗气量5 600 m3/h、每天供暖24 h、乌鲁木齐供暖期181 d、天然气价格1.37元/ m3计算,每个供暖季可节约天然气243万m3,节约燃气费333万元。即使每天回收冷凝水80 t/d,每个供暖季回收的冷凝水也多达14 480 t,除湿率达70%,可减少大量雾气排放,减少NOx排放量10%以上,减少CO2排放量5 080 t/供暖季,经济和社会环境效益显著。


5 结论
1)节能改造后,在不同锅炉负荷下,烟温从88~180 ℃降到比烟气冷凝热回收装置的进口水温高3~13 ℃,即为33~54 ℃,节能率达13%,锅炉总效率达107.3%;辅以自然空气冷却除湿后,排烟温度降到21~35 ℃;单台锅炉每天回收烟气冷凝水70~130 t,烟气除湿率达70%,明显减少了雾气排放量,节能、节水、减排、经济效益显著。

3)烟气冷凝热回收装置即使节能率为10%,按供暖季单台70 MW锅炉平均耗气量5 600 m3/h计算,每个供暖季可节约天然气243万m3,按乌鲁木齐市天然气价格1.37元/ m3计,每个供暖季节约燃气费333万元。辅以自然空气冷却除湿,即使每天回收冷凝水80 t/d,每个供暖季回收的冷凝水也高达14 480 t,除湿率达70%,可减少大量雾气排放,减少NOx排放10%以上,减少CO2排放量5 080 t。若推广应用,经济和社会环境效益巨大。

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