【技术】直燃热泵回收燃气锅炉排烟余热的工程应用分析-北极星节能网

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烟气深度回收利用技术采用吸收式热泵，由于吸收式热泵能制取非常低的冷水（约10℃）用于回收烟气热量，将烟气的排烟温度降低至30℃以下，烟气节能率达到15%，同时能产生60℃左右的采暖水，适用于大型采暖锅炉排烟余热的深度回收利用。

目前，我国正在加快推进生活及工业用燃气锅炉的应用。然而，国内燃气锅炉的能量利用水平普遍不高，其中烟气排热是最主要的损失形式。

烟气深度回收利用技术采用吸收式热泵，由于吸收式热泵能制取非常低的冷水（约10℃）用于回收烟气热量，将烟气的排烟温度降低至30℃以下，烟气节能率达到15%，同时能产生60℃左右的采暖水，适用于大型采暖锅炉排烟余热的深度回收利用。通过针对吸收式热泵直接接触式回收燃气锅炉烟气进行的理论研究和实验效果表明，采用吸收式热泵可以彻底实现烟气显热和冷凝热的全热回收，锅炉的热效率提高约13%，并去除大部分水蒸气。

本文通过实际改造项目热泵机组在线监测及供暖所记录的实际数据，希望为大型燃气锅炉等热能动力设备的节能改造提供示范和参考。

1、吸收式热泵原理

吸收式热泵主要由发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器及其它辅助设备组成。吸收式热泵的原理如下：冷剂水进入蒸发器这个高真空环境中，吸收低温水热量蒸发成冷剂蒸汽。冷剂蒸汽进入吸收器内被来自发生器的浓溴化锂溶液吸收，放出热量加热中温水。溶液泵将变稀的溶液泵至发生器并被热源加热，产生冷剂蒸汽和浓溶液。冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝成冷剂水并放出热量再次加热中温水，冷剂水则进入蒸发器再次蒸发吸收低温水热量。

吸收式热泵能获得比低温热源高50～60℃且低于95℃的热水。由于热水的热量来自于两部分：一部分回收低温热源的热量；另外一部分来自驱动热源。因此吸收式热泵供热COP（热水热量/驱动热量）可达到1.6～1.8，而传统的供热模式不到0.9。由此可见吸收式热泵供热具有巨大的节能优势。吸收式热泵的驱动热源可以是燃气、蒸汽、高温烟气及高温热水。

2、工程概况

北京某供暖锅炉房为“煤改气”项目，其热源厂为改建热源厂。该锅炉房主要负责156万m2建筑采暖供热。

目前安装有4台以天然气为燃料、供热能力为29MW的燃气热水锅炉，总供热能力116MW。根据以往供暖所统计，初末寒期热负荷为25MW，严寒期热负荷45MW。热网回水温度为45～50℃，供水温度为75～100℃。燃气锅炉已安装有烟气换热器，锅炉最终排烟温度与锅炉负荷和采暖水回水温度有关，变化范围为50～60℃。

3、节能潜力

本次改造的主要目的在于将烟气的温度降温至30℃以下。经理论计算并结合烟气换热器和热泵性能，最终确定热泵低温水出口温度为12℃，采暖水的进出口温度45/60℃。

图1是理论计算的不同温度烟气降温至30℃时烟气余热回收率。当烟气排烟温度高于烟气的露点温度55℃时，回收率呈直线下降趋势，热量主要以烟气显热为主。当烟气温度低于露点时，烟气的回收率急剧降低，说明此阶段烟气热量比较集中，以水蒸气冷凝热为主。本改造项目主要回收烟气冷凝热量，从图1可知由50～60℃降温至30℃时，烟气余热回收率为7.3～11.83%，可见其节能潜力非常可观。