【节能案例】沧海新城燃气锅炉余热回收及消白烟项目

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【节能案例】沧海新城燃气锅炉余热回收及消白烟项目

项目基本情况公共设施篇

1项目名称

沧海新城燃气锅炉余热回收及消白烟项目

2项目业主

青岛沧海新城热力有限公司位于山东省青岛市李沧区四流北路78号，其供热范围主要是该站周边区域。沧海新城热力现有两台220吨的天然气锅炉，涵盖的供热范围有300万平方米，是全省目前最大的使用天然气锅炉集中供热的企业。改造前运行1台锅炉可满足供热需求，但热力公司周边后期供热需求旺盛，锅炉排烟温度为110℃，存在极大的余热回收潜力。

3项目实施单位

青岛能安恒信科技有限公司

案例内容

1技术原理及适用领域

天然气的主要成分是甲烷（CH4），其燃烧后排出的烟气中含有大量的水蒸气，其露点温度在55℃左右。烟气中的水蒸气汽化潜热占天然气低位发热值的10%左右，若能将此冷凝热回收利用，则可使天然气的利用效率提高10%以上。通过计算，烟气的显热段排烟温度每降低20℃，锅炉效率提高1%，而潜热段温度每降低3～5℃，锅炉效率就提高 1%。常规的烟气余热回收技术是利用烟气与热网水换热或者烟气与空气换热，回收余热量的多少受制于热网的回水温度和空气的进口温度。通常热网的回水温度高于40℃，导致烟气很大一部分冷凝热无法回收；而空气与烟气换热，在潜热段空气每升高4～7℃，烟气温度降低1℃，且空气换热器换热效果较差，因此也很难回收烟气的冷凝热。
在此条件下，“烟气余热深度回收利用技术”利用吸收式热泵产生的低温冷水与烟气进行直接接触式换热，将烟气温度降至25℃甚至更低再排放至环境中，回收的热量通过吸收式热泵供出，用于加热热网回水。热泵产生的低温冷水温度远低于烟气露点温度，因此，可以将大部分烟气冷凝热量回收。技术效果有：
（1）使天然气的利用效率提高10%以上；
（2）烟气温度的降低可以有效解决烟囱冒“白烟”的现象；
（3）烟气冷凝过程产生的冷凝水可以回收再利用，具有节水效果；
（4）低温冷水对烟气的二次洗涤作用可将烟气中Nox降低8%以上。
余热回收系统中，设置有自行研发的水处理设备，且烟气、余热水接触部分设备本身采用防腐材料，解决了系统腐蚀的问题。
该技术的流程如下图所示（虚线框内为本技术改造内容）：

2节能改造具体内容

由于锅炉排烟温度较高，为110℃，因此，系统设计时对烟气梯级降温：
首先在节能器内，利用热网回水与烟气换热，由于热网回水温度为55℃，因此，只能将烟气温度降至60℃，此时回收烟气显热，可提高燃气利用率2.3%；
其次利用吸收式热泵+喷淋塔的方式对烟气进行深度降温，将排烟温度降至25℃，深度回收烟气中水蒸气汽化潜热，提高燃气利用率10.5%；
通过烟气梯级降温方式，最终可提高燃气利用率12.8%。同时，由于烟气中水蒸气含量大大降低，可基本消除烟囱“冒白烟”现象。
通过计算，当系统最大供热负荷维持不变，即最大供热负荷为154MW时，当烟气温度由110℃降至25℃时，共可回收烟气余热18.6MW。其中，通过节能器可回收烟气余热3.4MW（烟气温度：110-60℃）；通过吸收式热泵+喷淋塔的方式可回收烟气余热15.2MW（烟气温度：60-25℃）。为保证余热回收系统在较长时间内处于满负荷运行状态，实现系统最佳的经济性，最终确定吸收式热泵余热回收量为9MW。即系统总余热回收量为12.4MW。

3项目实施情况

该项目于2018年底准备进场，2019年初项目调试完成，2019年供暖季低负荷稳定运行。

项目年节能量及年节能效益

1年节能量

1. 改造前后系统（设备）用能情况及主要参数
本项目设备包含烟气余热回收机组1台，节能器1台，锅炉喷淋塔1台，节能器热水泵2台，中介水泵2台，加碱装置1套。通过详细计算，设备选型，系统主要设备配置表如下：

2. 节能量计算方法及项目年节能量
针对燃气锅炉燃烧产生的高温烟气进行余热回收，采用喷淋塔和吸收式热泵机组相结合的方式，余热回收效果显著，同时高效实现消除排放白烟的需求。该项目年平均余热回收量为10.3万GJ，折算节约标准煤0.35万吨标准煤，可减少CO2/NOx/SO2综合排放共计约0.9万吨；为企业节省燃气消耗量约324.75万N m3，节省燃气费用约7万元，所有回收的余热全部用于加热热网回收及补水。

2年节能效益

该项目年节省燃气消耗量约324.75万Nm3，燃气单价2.95元/Nm3，年节能效益764万元。

技术方案

1主机选型

改造前燃气锅炉的燃烧效率为90%左右，排烟温度在130℃左右，约有10%的热量通过排烟进入环境中，如果考虑到烟气中水蒸气的汽化潜热，燃气锅炉的排烟损失约占天然气高位热值的20%左右，若能将这部分热量回收将会节约大量的燃气和提高天然气的燃烧效率。同时，天然气的主要成份是甲烷，燃烧后生成 CO2+2H2O，二氧化碳是无色的气体，人类肉眼看是不见的。要想消灭白色烟羽现象就必须减少排烟中的水分，降低水蒸气在烟气中的相对湿度。
该技术充分利用锅炉燃烧产生的高温烟气，通过安装烟气余热回收专用机组（吸收式热泵机组）和直接接触式换热器（喷淋塔），吸收式热泵采用蒸汽驱动，系统利用热泵机组产生的低温冷水（中介水）在喷淋塔中与烟气进行直接接触换热，将烟气热量带入热泵机组，机组利用驱动能源热量和烟气热量加热热网回水，从而实现回收烟气余热，变向降低锅炉排烟损失，提高燃料的利用率。
该技术可将烟气温度有效降至25℃以下，回收烟气热量，提高燃料利用率10%以上。降温后的烟气中水蒸气含量大幅度降低，从而达到消除白烟的效果，回收的烟气冷凝水可用作二次网补水。同时通过中介水对烟气的洗涤过程，可将烟气中NOx降低8%以上，最终实现节能、减排、消白烟的多重效果。

商业模式

该项目属于合同能源管理模式的节能效益分享型，效益分享期5年。双方受益按实际节能收益分配。合同期内，设备的所有权归节能服务公司所有，合同期满后，设备归业主所有。

投资额及融资渠道

该项目投资约2000万元，为节能服务公司自筹。

内容来源： 中国节能协会节能服务产业委员会