大同熱力公司鍋爐房余熱回收方案.doc

大同熱力公司鍋爐房煙氣余熱回收方案大同熱力公司鍋爐房改造項(xiàng)目煙氣余熱回收方案書四方節(jié)能裝備有限公司2017年5月1. 項(xiàng)目條件大同熱力公司鍋爐房改造項(xiàng)目，共安裝3116MW燃?xì)鉄崴仩t，本項(xiàng)目擬定加配煙氣余熱熱泵，回收鍋爐煙氣余熱。供暖時(shí)長(zhǎng)（*）h3600鍋爐額定制熱量（*）MW3116熱網(wǎng)設(shè)計(jì)水流量（*）t/h3300鍋爐后是否配節(jié)能器是價(jià)格燃?xì)鈨r(jià)格（*）元/Nm33電力價(jià)格（*）元/kwh0.56單位面積供暖價(jià)格元/平米25表1 待改造鍋爐運(yùn)行情況表名稱單位鍋爐房鍋爐節(jié)能器出口煙氣溫度（實(shí)際運(yùn)行值）80鍋爐排煙總量Nm3/h12104熱網(wǎng)水平均回水溫度（實(shí)際運(yùn)行值）50表3 天然氣參數(shù)鍋爐按燃用天然氣設(shè)計(jì)，天然氣發(fā)熱值如下：低位發(fā)熱值 Q=8200kcal/Nm32. 技術(shù)路線2.1 深度回收煙氣余熱的必要性一般地，燃?xì)忮仩t的熱效率為87%95%，該熱效率的計(jì)算是以天然氣低位熱值為基礎(chǔ)的。天然氣的高位熱量是燃燒時(shí)水蒸氣吸收的熱量，這部分熱量約為低位熱值的8%，而這些熱量往往隨著煙氣排放至大氣中。如果可以將這部分熱量回收利用，那么燃?xì)獾臒嵝士梢猿^(guò)100%，最高可達(dá)108%。天然氣的煙氣潔凈，含硫量極低，易于實(shí)施水蒸氣的冷凝。因此，深度回收燃?xì)忮仩t煙氣余熱，可使燃?xì)獾母呶粺嶂档靡岳?，能源效率最多可提?5%。2.2 傳統(tǒng)煙氣余熱回收方式煙氣余熱占我國(guó)工業(yè)余熱總量的一半，因此煙氣余熱回收技術(shù)起步早、發(fā)展快，形成了多種多樣的煙氣余熱回收裝置，例如省煤器、空預(yù)器或節(jié)能器等等。無(wú)論何種形式，傳統(tǒng)煙氣余熱回收裝置均通過(guò)換熱的形式回收余熱。當(dāng)煙氣溫度較高時(shí)，可使用采暖回水、工藝補(bǔ)水等吸收煙氣余熱。當(dāng)煙氣溫度較低時(shí)，只能使用空氣或冷源循環(huán)水吸收煙氣余熱。 “氣-氣”換熱系數(shù)極低，換熱面積較大，成本高；冷源循環(huán)水來(lái)源較少，目前只有直供地板采暖循環(huán)水可以作為冷源循環(huán)水，有很大的局限性。另外，換熱時(shí)產(chǎn)生的冷凝水溶解煙氣中的硫氧化物、氮氧化物，形成酸性液體，對(duì)金屬換熱面產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕，設(shè)備使用壽命無(wú)法保障。2.3熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)是一種可以將低溫?zé)煔庥酂徂D(zhuǎn)移到高溫?zé)崴械囊徽自O(shè)備，可將煙氣溫度降低至30以下，回收絕大部分冷凝熱，從而使燃料的高位熱值得以利用，能源效率最多提高15%。熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)可以制出8090具有直接利用價(jià)值的熱水，可以應(yīng)用于各類使用天然氣的場(chǎng)合，如大型燃?xì)夤┡仩t、分布式能源、燃?xì)怆姀S余熱鍋爐等等，排煙量規(guī)模越大，節(jié)能減排的效益越好。2.4 技術(shù)原理熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)由吸收式熱泵、換熱器和循環(huán)水泵組成。二級(jí)換熱器負(fù)責(zé)將煙氣中的余熱轉(zhuǎn)移至水中，吸收式熱泵負(fù)責(zé)將循環(huán)水中的余熱轉(zhuǎn)移至高溫?zé)崴?。通過(guò)這兩個(gè)步驟，煙氣低溫余熱便可轉(zhuǎn)移至高溫?zé)崴?。吸收式熱泵是一種可以將低溫?zé)崃哭D(zhuǎn)移至高溫?zé)嵩粗械脑O(shè)備。其原理為，以溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)沸騰的特性，提取低位余熱源的熱量，通過(guò)吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用的熱水。與鍋爐相比，單效熱泵的熱效率可達(dá)170%，是成熟、高效的節(jié)能產(chǎn)品。塔式換熱器是煙氣與水換熱的設(shè)備，換熱器中布滿填料，循環(huán)水自上噴淋，煙氣自下而上流動(dòng)，煙氣和水直接接觸換熱。換熱過(guò)程中，煙氣的溫度下降至30，熱量轉(zhuǎn)移至循環(huán)水中，成為吸收式熱泵的余熱源。煙氣中的水蒸氣和酸性可溶物也同時(shí)混入循環(huán)水中。通過(guò)水質(zhì)在線管理，可以保證循環(huán)水水質(zhì)滿足熱泵的使用要求。3. 技術(shù)方案3.1 鍋爐現(xiàn)狀熱效率計(jì)算當(dāng)燃?xì)?、燃燒條件確定時(shí)，排煙溫度與熱效率存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)反平衡法，可以計(jì)算出燃?xì)忮仩t熱效率。反平衡法計(jì)算燃?xì)忮仩t熱效率公式為：=1 -q2-q3-q4-q5其中，q2為排煙熱損失= (排出煙氣比焓燃燒前空氣比焓)煙氣質(zhì)量/燃?xì)獾臀粺嶂?，通過(guò)查表、計(jì)算得到；q3為化學(xué)不完全燃燒熱損失，按照國(guó)家規(guī)范取1%；q4為機(jī)械不完全燃燒熱損失，按照國(guó)家規(guī)范取0%；q5為散熱損失，按照國(guó)家規(guī)范取1.5%。本項(xiàng)目按以下已知和擬定條件計(jì)算：技術(shù)條件單位數(shù)值備注燃?xì)鉄嶂祂cal/Nm38200擬定燃?xì)鉁囟?0擬定燃?xì)馓細(xì)浠衔锂?dāng)量分子式C0.98H3.96參考準(zhǔn)格爾氣源空氣過(guò)量系數(shù)1.196擬定空氣溫度20擬定排煙溫度80設(shè)計(jì)排煙溫度按以上條件，查表、計(jì)算結(jié)果如下：熱損失數(shù)值備注q20.027計(jì)算值q30.01取值q40.00取值q50.01取值0.953計(jì)算結(jié)果同樣方法計(jì)算其他排煙溫度下熱效率，計(jì)算結(jié)果如下：表 天然氣熱效率與排煙溫度對(duì)應(yīng)表排煙溫度1308060503530熱效率(低位）100%0.9290.9530.9630.9941.0481.060分析排煙現(xiàn)狀，鍋爐所配節(jié)能器，排煙溫度為80，我們?cè)O(shè)計(jì)利用吸收式熱泵技術(shù)，繼續(xù)回收燃?xì)忮仩t煙氣余熱，并將其轉(zhuǎn)移到熱網(wǎng)回水中，降鍋爐排煙溫度降溫至30。3.2 鍋爐煙氣余熱計(jì)算燃?xì)庵饕煞譃樘細(xì)浠衔?，本?xiàng)目燃?xì)饨M分參考準(zhǔn)格爾汽源，碳?xì)浠衔锂?dāng)量分子式為C0.98H3.96。可根據(jù)此分子式確定反應(yīng)方程及各成分摩爾數(shù)，進(jìn)而計(jì)算煙氣各組分體積分?jǐn)?shù)。本項(xiàng)目條件下，改造后排煙溫度下降至30，該熱源系統(tǒng)包括鍋爐、熱泵及配套的煙氣換熱器等設(shè)備。按照甲方的要求，改造后，鍋爐一級(jí)節(jié)能器后煙氣由80降低至30，總計(jì)回收余熱12000kW。即單臺(tái)熱泵回收單臺(tái)鍋爐煙氣余熱4000kW。3.3設(shè)備選型根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行情況，本方案為3臺(tái)鍋爐配3臺(tái)吸熱量分別為4MW（制熱量9.25MW）熱泵、3臺(tái)二級(jí)換熱器（每臺(tái)鍋爐配置一臺(tái)換熱器，換熱器的負(fù)荷為12MW）以及其他配套設(shè)施等。工藝上，熱網(wǎng)回水經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，進(jìn)入熱泵機(jī)組，然后再進(jìn)入鍋爐。熱泵總流量按3300m3/h設(shè)計(jì)。3.3.1熱泵按照以上計(jì)算，本項(xiàng)目配套三臺(tái)單機(jī)容量為9.25MW的熱泵，熱泵參數(shù)如下：表 吸收式熱泵參數(shù)表型 號(hào)RBY-9.25-80/30-50/57.3制 熱 量MW9.25熱水入口溫度50出口溫度57.3流 量t/h1092.5壓力損失kPa110循環(huán)水入口溫度40出口溫度25流 量t/h230壓力損失kPa170燃?xì)馊細(xì)鉄嶂祂cal/Nm38837.3(20)燃?xì)夂牧縉m3/h546.5入口壓力kPa320初始排煙溫度180注：1.該階段，標(biāo)(*)項(xiàng)為估值，僅供參考。2.熱水、余熱水污垢系數(shù)為8.610-5m2K/W。3.熱水最高使用壓力為1000kPa(Gauge)（暫定）,余熱水最高使用壓力為800kPa(Gauge)。4.機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行范圍為10100負(fù)荷。3.3.2二級(jí)換熱器表 煙氣水換熱器參數(shù)表名稱單位數(shù)值煙氣入口溫度80出口溫度30流量Nm3/h57000壓損Pa200水系統(tǒng)進(jìn)/出口溫度40/25流量t/h230其他填料類型316L輔機(jī)設(shè)備套13.3工藝流程圖熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)按工作介質(zhì)可分為熱水系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)。熱水系統(tǒng)熱網(wǎng)回水母管進(jìn)入鍋爐房后，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，分為2路。其中1路進(jìn)入3臺(tái)鍋爐（和一級(jí)節(jié)能器），2路進(jìn)入熱泵（2臺(tái)熱泵）。若原鍋爐房熱網(wǎng)循環(huán)泵余量足夠，可不再增設(shè)熱網(wǎng)增壓泵，否則需增加熱網(wǎng)增壓泵。各節(jié)能器出水口分別連接對(duì)應(yīng)鍋爐入水管，入水管均設(shè)置閥門，任意鍋爐停運(yùn)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)的入水管閥門。煙風(fēng)系統(tǒng)各鍋爐、熱泵的煙氣均依次進(jìn)入節(jié)能器、二級(jí)換熱器，然后獨(dú)立排出。二級(jí)換熱器、余熱循環(huán)泵和熱泵組成余熱水循環(huán)回路。余熱循環(huán)水自熱泵出口后，進(jìn)入余熱水出水母管，進(jìn)入二級(jí)換熱器。在二級(jí)換熱器內(nèi)換熱后，再由余熱水循環(huán)泵送入熱泵，完成煙氣余熱向熱泵的輸送。下圖是本項(xiàng)目煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖。13第 頁(yè)3.5 主要工程本項(xiàng)目為改造工程，按施工主要的工序，本項(xiàng)目主要工程量包括： 障礙物拆除、移位 開鑿熱泵、節(jié)能器、換熱器進(jìn)場(chǎng)通道 澆筑熱泵、換熱器及其他輔機(jī)設(shè)備基礎(chǔ) 母管上墻、就位 換熱器進(jìn)場(chǎng)、制作支架、就位安裝 熱網(wǎng)增壓泵、余熱水循環(huán)泵、熱泵風(fēng)機(jī)進(jìn)場(chǎng)，就位安裝 熱泵進(jìn)場(chǎng)，就位安裝 電氣設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，就位安裝 煙道制作、連接 敷設(shè)支管、安裝閥門 儀表安裝 電氣安裝 收尾工作4. 投資估算本方案為和融熱力供熱有限公司3臺(tái)116MW燃?xì)鉄崴仩t配套3臺(tái)吸熱量均為4MW（制熱量9.25MW）煙氣吸收式熱泵系統(tǒng)。按照熱泵市場(chǎng)價(jià)格估算項(xiàng)目投資費(fèi)用，可初步分析項(xiàng)目投資回收期。表 投資估算名稱主要規(guī)格數(shù)量投資（萬(wàn)元）1、設(shè)備費(fèi)熱泵RBY-9.5-80/30-50/57.53臺(tái)其他輔機(jī)熱泵配套3套2、工程費(fèi)工藝熱水系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)1項(xiàng)土建1項(xiàng)電氣強(qiáng)電、弱電1項(xiàng)儀表1項(xiàng)其他拆改、恢復(fù)1項(xiàng)3、合計(jì)小計(jì)1+21項(xiàng)總計(jì)按照以上估算，本煙氣余熱回收工程業(yè)主自籌資金約 萬(wàn)元。5. 節(jié)能效益5.1 改造后的基本效果煙氣方面，排煙溫度下降至30，煙囪的“白霧”現(xiàn)象幾乎消失，大幅減少向大氣中排放的水蒸汽。5.2 節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益本熱泵系統(tǒng)，回收燃?xì)鉄崴仩t排煙總熱量12MW，預(yù)計(jì)年回收余熱量為15.65104GJ，折合天然氣量為461.29萬(wàn)Nm3/年，天然氣對(duì)內(nèi)價(jià)格為3元/ Nm3，年經(jīng)濟(jì)收入約為1383.88萬(wàn)元。6. 環(huán)保效益該項(xiàng)目預(yù)計(jì)回收余熱量為15.65104GJ，折合標(biāo)煤量為0.59104 t/年。每消耗1噸標(biāo)煤產(chǎn)生2.62噸CO2 氣體，則每年可少排放CO2 1.55萬(wàn)噸；每消耗1噸標(biāo)煤產(chǎn)生0.0085噸SO2氣體，則每年可少排放SO2 50噸；每消耗1噸標(biāo)煤產(chǎn)生0.0074噸NOx氣體，則每年可少排放NOx 44噸。表6-1 該項(xiàng)目二氧化碳及有害氣體減排量吸收式余熱熱泵機(jī)組減排量CO2（萬(wàn)噸/年）SO2（噸/年）NOx（噸/年）1.5550447.社會(huì)效益樹立典范 以企業(yè)推動(dòng)行業(yè)裕中能源利用熱泵技術(shù)回收循環(huán)水余熱進(jìn)行采暖供熱項(xiàng)目不僅可行，而且有效。通過(guò)此技術(shù)，使得冷端循環(huán)水中的余熱得到利用，降低了電廠向環(huán)境的排放，節(jié)約了一次能源。該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于企業(yè)，可產(chǎn)生直接地、可觀的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于熱泵技術(shù)，可再一次驗(yàn)證這項(xiàng)新技術(shù)的效果，也為熱泵技術(shù)的應(yīng)用樹立了