鍋爐余熱回收

項目基本情況
公共設施篇
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項目名稱
滄海新城燃氣鍋爐余熱回收及消白煙項目
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項目業主
青島滄海新城熱力有限公司位于山東省青島市李滄區四流北路78號,其供熱范圍主要是該站周邊區域。滄海新城熱力現有兩臺220噸的天然氣鍋爐,涵蓋的供熱范圍有300萬平方米,是全省目前最大的使用天然氣鍋爐集中供熱的企業。改造前運行1臺鍋爐可滿足供熱需求,但熱力公司周邊后期供熱需求旺盛,鍋爐排煙溫度為110℃,存在極大的余熱回收潛力。

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項目實施單位
青島能安恒信科技有限公司

案例內容
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技術原理及適用領域
天然氣的主要成分是甲烷(CH4),其燃燒后排出的煙氣中含有大量的水蒸氣,其露點溫度在55℃左右。煙氣中的水蒸氣汽化潛熱占天然氣低位發熱值的10%左右,若能將此冷凝熱回收利用,則可使天然氣的利用效率提高10%以上。通過計算,煙氣的顯熱段排煙溫度每降低20℃,鍋爐效率提高1%,而潛熱段溫度每降低3~5℃,鍋爐效率就提高 1%。常規的煙氣余熱回收技術是利用煙氣與熱網水換熱或者煙氣與空氣換熱,回收余熱量的多少受制于熱網的回水溫度和空氣的進口溫度。通常熱網的回水溫度高于40℃,導致煙氣很大一部分冷凝熱無法回收;而空氣與煙氣換熱,在潛熱段空氣每升高4~7℃,煙氣溫度降低1℃,且空氣換熱器換熱效果較差,因此也很難回收煙氣的冷凝熱。
在此條件下,“煙氣余熱深度回收利用技術”利用吸收式熱泵產生的低溫冷水與煙氣進行直接接觸式換熱,將煙氣溫度降至25℃甚至更低再排放至環境中,回收的熱量通過吸收式熱泵供出,用于加熱熱網回水。熱泵產生的低溫冷水溫度遠低于煙氣露點溫度,因此,可以將大部分煙氣冷凝熱量回收。技術效果有:
(1)使天然氣的利用效率提高10%以上;
(2)煙氣溫度的降低可以有效解決煙囪冒“白煙”的現象;
(3)煙氣冷凝過程產生的冷凝水可以回收再利用,具有節水效果;
(4)低溫冷水對煙氣的二次洗滌作用可將煙氣中NOx降低8%以上。
余熱回收系統中,設置有自行研發的水處理設備,且煙氣、余熱水接觸部分設備本身采用防腐材料,解決了系統腐蝕的問題。
該技術的流程如下圖所示(虛線框內為本技術改造內容):

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節能改造具體內容
由于鍋爐排煙溫度較高,為110℃,因此,系統設計時對煙氣梯級降溫:
首先在節能器內,利用熱網回水與煙氣換熱,由于熱網回水溫度為55℃,因此,只能將煙氣溫度降至60℃,此時回收煙氣顯熱,可提高燃氣利用率2.3%;
其次利用吸收式熱泵+噴淋塔的方式對煙氣進行深度降溫,將排煙溫度降至25℃,深度回收煙氣中水蒸氣汽化潛熱,提高燃氣利用率10.5%;
通過煙氣梯級降溫方式,最終可提高燃氣利用率12.8%。同時,由于煙氣中水蒸氣含量大大降低,可基本消除煙囪“冒白煙”現象。
通過計算,當系統最大供熱負荷維持不變,即最大供熱負荷為154MW時,當煙氣溫度由110℃降至25℃時,共可回收煙氣余熱18.6MW。其中,通過節能器可回收煙氣余熱3.4MW(煙氣溫度:110-60℃);通過吸收式熱泵+噴淋塔的方式可回收煙氣余熱15.2MW(煙氣溫度:60-25℃)。為保證余熱回收系統在較長時間內處于滿負荷運行狀態,實現系統最佳的經濟性,最終確定吸收式熱泵余熱回收量為9MW。即系統總余熱回收量為12.4MW。
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項目實施情況
該項目于2018年底準備進場,2019年初項目調試完成,2019年供暖季低負荷穩定運行。

項目年節能量及年節能效益
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年節能量

1. 改造前后系統(設備)用能情況及主要參數
本項目設備包含煙氣余熱回收機組1臺,節能器1臺,鍋爐噴淋塔1臺,節能器熱水泵2臺,中介水泵2臺,加堿裝置1套。通過詳細計算,設備選型,系統主要設備配置表如下:

2. 節能量計算方法及項目年節能量
針對燃氣鍋爐燃燒產生的高溫煙氣進行余熱回收,采用噴淋塔和吸收式熱泵機組相結合的方式,余熱回收效果顯著,同時高效實現消除排放白煙的需求。該項目年平均余熱回收量為10.3萬GJ,折算節約標準煤0.35萬噸標準煤,可減少CO2/NOx/SO2綜合排放共計約0.9萬噸;為企業節省燃氣消耗量約324.75萬N m3,節省燃氣費用約7萬元,所有回收的余熱全部用于加熱熱網回收及補水。

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年節能效益
該項目年節省燃氣消耗量約324.75萬Nm3,燃氣單價2.95元/Nm3,年節能效益764萬元。

技術方案
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主機選型
改造前燃氣鍋爐的燃燒效率為90%左右,排煙溫度在130℃左右,約有10%的熱量通過排煙進入環境中,如果考慮到煙氣中水蒸氣的汽化潛熱,燃氣鍋爐的排煙損失約占天然氣高位熱值的20%左右,若能將這部分熱量回收將會節約大量的燃氣和提高天然氣的燃燒效率。同時,天然氣的主要成份是甲烷,燃燒后生成 CO2+2H2O,二氧化碳是無色的氣體,人類肉眼看是不見的。要想消滅白色煙羽現象就必須減少排煙中的水分,降低水蒸氣在煙氣中的相對濕度。
該技術充分利用鍋爐燃燒產生的高溫煙氣,通過安裝煙氣余熱回收專用機組(吸收式熱泵機組)和直接接觸式換熱器(噴淋塔),吸收式熱泵采用蒸汽驅動,系統利用熱泵機組產生的低溫冷水(中介水)在噴淋塔中與煙氣進行直接接觸換熱,將煙氣熱量帶入熱泵機組,機組利用驅動能源熱量和煙氣熱量加熱熱網回水,從而實現回收煙氣余熱,變向降低鍋爐排煙損失,提高燃料的利用率。
該技術可將煙氣溫度有效降至25℃以下,回收煙氣熱量,提高燃料利用率10%以上。降溫后的煙氣中水蒸氣含量大幅度降低,從而達到消除白煙的效果,回收的煙氣冷凝水可用作二次網補水。同時通過中介水對煙氣的洗滌過程,可將煙氣中NOx降低8%以上,最終實現節能、減排、消白煙的多重效果。

商業模式
該項目屬于合同能源管理模式的節能效益分享型,效益分享期5年。雙方受益按實際節能收益分配。合同期內,設備的所有權歸節能服務公司所有,合同期滿后,設備歸業主所有。

投資額及融資渠道
該項目投資約2000萬元,為節能服務公司自籌。
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-END-

編輯:EMCA

文字:EMCA咨詢研究部

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