1燃氣鍋爐房煙氣余熱回收技術

天然氣的主要組分是甲烷(CH4)，燃燒后排出的煙氣中含有大量的水蒸氣，水蒸氣的氣化潛熱占天然氣低熱值的比例達到10%～11%，目前基本上都沒有利用而直接排放到環境。另外，天然氣煙氣中的水蒸氣排入大氣后冷凝，造成冒白煙現象，形成景觀污染，并促使PM2.5排放指數增加。因此，深度回收利用包括水蒸氣氣化潛熱在內的煙氣余熱對節省能源和減少污染物排放量都有重要意義。

為了利用燃氣鍋爐的煙氣余熱，國內外科研單位進行了研究。目前針對燃氣鍋爐煙氣余熱回收的技術，主要集中在采用加裝冷凝換熱器和空氣預熱器來降低排煙溫度。

常規燃氣鍋爐加裝冷凝式換熱器，煙氣降溫過程中存在相變過程，開始發生相變的溫度即為煙氣的露點。高于露點時，鍋爐供熱效率(鍋爐供熱量與按照燃氣低熱值計算得到的燃氣供熱量的比值)的提高是靠煙氣降溫所釋放的顯熱實現的。當煙氣溫度低于露點后，鍋爐供熱效率的提高主要靠水蒸氣冷凝釋放潛熱實現，此時煙氣溫度的降低對鍋爐供熱效率的提高，影響較為顯著。

只有當熱網回水溫度低于20~30℃時，使用冷凝式換熱器才會有好的效果。對于一般的供暖系統，尤其是區域供熱系統，其熱網回水溫度遠高于此值。因此，直接利用熱網回水降低煙氣溫度是非常受限的。這一原因也嚴重制約了冷凝式鍋爐在供熱領域的推廣使用。若采用文獻中提到的吸收式換熱技術，可以顯著降低熱網回水溫度。若熱網回水溫度為20℃，采用冷凝式換熱器即可將煙氣溫度降至較低水平，從而大幅提高鍋爐供熱效率。

也可采用煙氣-水換熱器和空氣預熱器組合的方式進行煙氣余熱回收，利用煙氣-水換熱器回收高溫煙氣段的顯熱，利用空氣預熱器回收中低溫煙氣段的潛熱和顯熱。但這種方式也受熱網回水溫度以及空氣有限的回收余熱能力所制約，當熱網回水溫度為50℃時，這種方式只可將煙氣溫度從90℃降至51℃。

針對上述情況，清華大學提出了將吸收式熱泵用于燃氣鍋爐的煙氣余熱回收技術，并用直接接觸式換熱代替常規的間壁式換熱。吸收式熱泵在天然氣等高溫熱源的驅動下制取低溫冷水，鍋爐的煙氣作為吸收式熱泵的低溫熱源同低溫冷水進行直接接觸式換熱，由于冷水的溫度較低，因此，煙氣的溫度可以降至25℃甚至更低。該技術突破了熱網回水溫度的限制，可應用于回水溫度較高的供熱系統中。另外，該技術采用了直接接觸式換熱器，相對于表面式換熱方式，其優勢在于：極大地增加了氣-液兩相接觸面積，瞬間完成傳熱和傳質，達到強化換熱、提高換熱效率的目的。采用接觸換熱技術后，煙氣和水在很小溫差下即可實現穩定接觸換熱，無需金屬換熱面，減小了換熱器的體積，大幅度降低了換熱器成本。煙氣中的酸性蒸氣直接在水中溶解，只要對溶液加堿性物質如NaCO3、NaOH等進行中和，并對換熱器關鍵部位的制造材料進行防腐蝕處理，即可避免降低排煙溫度后遇到的材料腐蝕問題。

圖1為典型的煙氣余熱回收系統的基本原理。在常規的燃氣鍋爐供熱系統中增設了直燃型煙氣余熱回收裝置(以下簡稱余熱回收裝置)，該裝置主要包括燃氣驅動的吸收式熱泵(以下簡稱直燃型熱泵)、直接接觸式換熱器(以下簡稱接觸式換熱器)及水泵、閥門等其他附屬設施，同時增設了兩條煙管將余熱回收裝置與鍋爐煙囪相連，煙氣閥1、2及風機均設置在這兩條煙管上。當煙氣余熱回收系統投入運行時，煙氣閥1、2及風機均開啟，經過測試，煙氣量在運行時可以滿足設計要求。鍋爐煙氣和直燃型熱泵的煙氣混合后進入接觸式換熱器，同直燃型熱泵制取的用于噴淋煙氣的冷水(以下簡稱噴淋水)進行接觸式換熱，煙氣可被噴淋水冷卻，溫度降至25℃甚至更低，然后由風機抽送排入大氣。在噴淋水路中，噴淋水在接觸式換熱器中同煙氣換熱后溫度升高，被噴淋水泵送入直燃型熱泵進行降溫，然后返回接觸式換熱器繼續冷卻煙氣。在熱網回水管道中，水閥1關閉，水閥2、3開啟，熱網回水首先進入直燃型熱泵進行加熱，然后進入燃氣鍋爐加熱，送至用戶處供熱。

圖1煙氣余熱回收系統基本原理