大同热力公司锅炉房余热回收方案

大同热力公司锅炉房改造项目

烟气余热回收

方

案

书

四方节能装备有限公司

5月

1.项目条件

大同热力

公司锅炉

房改造项

目，共安装

3XI16MW

燃气热水

供暖时长（*）h3600

锅炉，本项

目拟定加

配烟气余

热热泵，回

收锅炉烟

气余热。

额定制热量（*）MW3X116

锅炉热网设计水流量（*）t/h3300

锅炉后与否配节能器是

燃气价格（*）元/Nnf3

价格电力价格（*）元/kwh0.56

单位面积供暖价格元/平米25

表1待改造锅炉运营状况表

名称单位锅炉房

锅炉节能器出口烟气温度

℃80

（实际运营值）

锅炉排烟总量Nm3/h12X104

热网水平均回水温度

℃50

（实际运营值）

表3天然气参数

锅炉按燃用天然气设计，天然气发热值如下：

低位发热值Q=8200kcal/Nm3

2.技术路线

2.1深度回收烟气余热日勺必要性

一般地，燃气锅炉日勺热效率为87%〜95%,该热效率日勺计算是以天然气低位热

值为基础的。天然气H勺高位热量是燃烧时水蒸气吸取的热量，这部分热量约

为低位热值的8%,而这些热量往往随着烟气排放至大气中。如果可以将这部

分热量回收运用，那么燃气的热效率可以超过100%,最高可达108%。

天然气H勺烟气干净，含硫量极低，易于实行水蒸气H勺冷凝。因此，深度回收燃

气锅炉烟气余热，可使燃气的高位热值得以运用，能源效率最多可提高15%。

2.2老式烟气余热回收方式

烟气余热占我国工业余热总量日勺一半，因此烟气余热回收技术起步早、发展

快，形成了多种多样的I烟气余热回收装置，例如省煤器、空预器或节能器等

等。

无论何种形式，老式烟气余热回收装置均通过换热日勺形式回收余热。当烟气

温度较高时，可使用采暖回水、工艺补水等吸取烟气余热。当烟气温度较低

时，只能使用空气或冷源循环水吸取烟气余热。“气■气”换热系数极低，换

热面积较大，成本高;冷源循环水来源较少，目前只有直供地板采暖循环水可

以作为冷源循环水，有很大的局限性。此外，换热时产生口勺冷凝水溶解烟气中

的硫氧化物、氮氧化物，形成酸性液体，对金属换热面产生强烈腐蚀，设备使

用寿命无法保障。

2.3热泵烟气余热回收系统

热泵烟气余热回收系统是一种可以将低温烟气余热转移到高温热水中的一整

套设备，可将烟气温度减少至30℃如下，回收绝大部分冷凝热，从而使燃料

的高位热值得以运用，能源效率最多提高I5%o

热泵烟气余热回收系统可以制出80〜90℃具有直接运用价值日勺热水.可以应

用于各类使用天然气的场合，如大型燃气供暖锅炉、分布式能源、燃气电厂

余热锅炉等等，排烟量规模越大，节能减排的效益越好。

低温排烟天然气

瀛还陈……

高温烟气

二级

节能器吸收式热泵

换热器

中温咽气

2.4技术原理

热泵烟气余热回收系统由吸取式热泵、换热器和循环水泵构成。二级换热器

负责将烟气中的余热转移至水中，吸取式热泵负责将循环水中的余热转移至

高温热水中。通过这两个环节，烟气低温余热便可转移至高温热水中。

吸取式热泵是一种可以将低温热量转移至高温热源中的设备。其原理为，以

溟化锂浓溶液为吸取剂，水为蒸发剂，运用水在低压真空状态下低沸点沸腾

的特性，提取低位余热源的热量，通过吸取剂回收热量并转换制取工艺性或

采暖用日勺热水。与锅炉相比，单效热泵的I热效率可达170%,是成熟、高效的

节能产品。

辔动热富〉芬《温余电〉匚二><f供暖热水

(100%)(80%)(180%)

塔式换热器是烟气与水换热的设备，换热器中布满填料，循环水自上喷淋,

烟气自下而上流动，烟气和水直接接触换热。换热过程中，烟气的温度下降

至30℃,热量转移至循环水中，成为吸取式热泵的余热源。烟气中的水蒸气

和酸性可溶物也同步混入循环水中。通过水质在线管理，可以保证循环水水

质满足热泵的使用规定。

3.技术方案

3.1锅炉现状热效率计算

当燃气、燃烧条件拟定期，排烟温度与热效率存在一定的相应关系。通过反

平衡法，可以计算出燃气锅炉热效率。反平衡法计算燃气锅炉热效率公式为:

r)=l-q2-q3-q4-q5

其中，

q2为排烟热损失二（排出烟气比焰一燃烧前空气比焰）X烟气质量/燃气低

位热值，通过查表、计算得到；

q3为化学不完全燃烧热损失，按照国家规范取1%；

q4为机械不完全燃烧热损失，按照国家规范取0%；

q5为散热损失，按照国家规范取1.5%。

本项目按如下已知和拟定条件计算：

单位数值备注

技术条件

kcal/Nm

燃气热值8200拟定

3

燃气温度℃20拟定

参照准格尔气

燃气碳氢化合物当量分子式Co.98H3.

96源

空气过量系数1.196拟定

空气温度*C20拟定

排烟温度C80设计排烟温度

按以上条件，查表、计算成果如

下：数值备注

热损失

q20.027计算值

q30.01取值

q40.00取值

q50.01取值

n0.953计算成果

同样措施计算其他排烟温度下热效率，计算成果如下:

表天然气热效率与排烟温度相应表

排烟温度1308060503530

热效率（低位）100%0.9290.9530.9630.9941.0481.060

分析排烟现状，锅炉所配节能器，排烟温度为80℃,我们设计运用吸取式热

泵技术，继续回收燃气锅炉烟气余热，并将其转移到热网回水中，降锅炉排

烟温度降温至30℃o

3.2锅炉烟气余热计算

燃气重要成分为碳氢化合物，本项目燃气组分参照准格尔汽源，碳氢化

合物当量分了式为C0.98H3.96o可根据此分了式拟定反映方程及各成分摩尔

数，进而计算烟气各组分体积分数。

本项目条件下，改造后排烟温度下降至30℃,该热源系统涉及锅炉、热泵及

配套的烟气换热器等设备。

按照甲方的规定，改造后，锅炉一级节能器后烟气由8()℃减少至30C,总计

回收余热IkWo即单台热泵回收单台锅炉烟气余热4()00kW。

3.3设备选型

根据理论计算和实际运营状况，本方案为3台锅炉配3台吸热量分别为

4MW(制热量9.25MW)热泵、3台二级换热器(每台锅炉配备一台换热器,

换热器的负荷为12MW)以及其他配套设施等。

工艺上，热网回水经热网循环泵，进入热泵机组，然后再进入锅炉。热泵

总流量按3300m3/h设计。

3.3.1热泵

按照以上计算，本项目配套三台单机容量为9.25MW日勺热泵，热泵参数如下:

表吸取式热泵参数表

型号RBY-9.25-80/30-50/57.3

制热量MW9.25

入口温度℃50

出口温度℃57.3

热

水

流量t/h1092.5

压力损失kPa110

入口温度℃40

循出口温度25

环

水

流量t/h230

压力损失kPa170

燃气热值kcal/Nm38837.3(20℃)

3

燃燃气耗量Nm/h546.5

气

入口压力kPa320

初始排烟温度℃180

注：

1.该阶段，标(*)项为估值，仅供参照。

2.热水、余热水污垢系数为8.6xl05m2-K/Wo

3.热水最高使用压力为：OOOkPa(Gauge)(暂定)，余热水最高使用压力为800kPa(Gauge)。

4.机组负荷运营范畴为10〜100%负荷。

3.3.2二级换热器

表烟气水换热器参数表

名称单位数值

入口温度80

出口温度七30

烟

气

流量Nm?/h570(X)

压损Pa200

进/出口温度r40/25

水系统

流量t/h230

填料类型316L

其

他

辅机设备套1

3.3工艺流程图

热泵烟气余热回收系统按，作介质可分为热水系统和烟风系统。

■热水系统

热网回水母管进入锅炉房后，经热网循环泵，分为2路。其中1路进入3

台锅炉（和一级节能器），2路进入热泵（2台热泵）。

若原锅炉房热网循环泵余量足够，可不再增设热网增压泵，否则需增长

热网增压泵。

各节能器出水U分别连接相应锅炉入水管、入水管均设立阀门，任意锅

炉停运时，应关闭相应n勺入水管阀门。

■烟风系统

各锅炉、热泵的烟气均依次进入节能器、二级换热器，然后独立排出。

二级换热器、余热循环泵和热泵构成余热水循环回路。余热循环水自热

泵出口后，进入余热水出水母管，进入二级换热器。在二级换热器内换热后,

再由余热水循环泵送入热泵，完毕烟气余热向热泵的输送。

下图是本项目烟气余热回收系统示意图。

Hh

1--------s--------01^3—1

11■

1i._j-®_®-i_i——i^SUr-^tli«t

小1®^:④产片,M―甘.

---------------1rr-

rnim上：饱1_§__匚乏928LJL^

B?__99

：：此二0H目—

瑟

46MV«f3111==小声.=小i..u_什

&y__g甲I-U-CB_Fr一_-1_

j—l^s-J：,4~~®-_.转”

-------------*WL：11,U刍一

越29WV“m----------'±-U”,■•3*=——l”

i[川小…丁

斗甲__9耳

[0J<------M--------------

Jof^jQwfc-1i-]

HH-w-

----S-----1LH«UI

•fl”(«>>----1F1

热泵系统图rlb

—jV"

3.5重要工程

◎本项目为改造工程，按施工重要的工序，本项目重要工程量涉及：

◎障碍物拆除、移位

◎开凿热泵、节能器、换热器进场通道

◎浇筑热泵、换热器及其他辅机设备基础

◎母管上墙、就位

◎换热器进场、制作支架、就位安装

◎热网增压泵、余热水循环泵、热泵风机进场，就位安装

◎热泵进场，就位安装

◎电气设备进场，就位安装

◎烟道制作、连接

。敷设支管、安装阀门

◎仪表安装

◎电气安装

◎收尾工作

4.投资估算

本方案为和融热力供热有限公司3台116MW燃气热水锅炉配套3台吸

热量均为4MW（制热量9.25MW）烟气吸取式热泵系统。按照热泵市场价格

估算项目投资费用，可初步分析项目投资回收期。

表投资估算

名称重要规格数量投资（万元）

1.设备费

热泵RBY-9.5-80/30-50/57.53台

其他辅机热泵配套3套

2.工程费

工艺热水系统、烟风系统1项

土建1项

电气强电、弱电1项

仪表1项

其他拆改、恢复1项

3.合计

小计1+21项

总计

按照以上估算，本烟气余热回收工程业主自筹资金约万元。

5.节能效益

5.1改造后日勺基本效果