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摘要：高能效、低污染的冷凝工业锅炉正得到推广使用，排烟温度更低的深度冷凝工业锅炉正受到研究者关注。本文研究了深度冷凝工业锅炉的节能潜力。研究结果表明，深度冷凝工业锅炉回收的冷凝热是普通冷凝工业锅炉的2倍，效率可比普通冷凝工业锅炉增加13 %。
关键词：深度冷凝锅炉；节能潜力；热泵
1、概述
冷凝锅炉的特点是在锅炉尾部烟道中安装冷凝换热器，烟气中水蒸气在冷凝换热器表面发生冷凝。传统锅炉排烟温度一般都在100 ℃以上，冷凝锅炉排烟温度可降到40 ～ 50 ℃[1]。冷凝锅炉中烟气中水蒸气冷凝放出的大量热，被换热器中冷工质（水）吸收，大大提高锅炉效率。冷凝锅炉烟气中的SOx、NOx、CO2、CO和飞灰部分或全部溶解于冷凝水，减少了排入大气中的有害物质。
2、深度冷凝锅炉节能潜力分析
深度冷凝锅炉的特点是把锅炉尾部排烟温度降到30 ℃，以回收烟气中的水蒸气潜热，且回收的热量被有效利用。在有些场合，可以直接用环境温度下的水来冷却烟气，并将被加热的低温水应用。大部分场合中，锅炉尾部烟气被用来加热锅炉回水。国家规定锅炉回水温度为70 ℃，实际上由于供热过程热量损失等原因，回水温度在50 ℃到60 ℃之间。直接利用锅炉回水作为冷源不能使烟气温度降到30 ℃以下。
热泵可通过消耗一定外界能源，实现热量从低温工质向高温工质传递。如将热泵应用于锅炉尾部烟气余热利用，可将低温烟气的热量传给高温回水。50 ℃的烟气经热泵被冷却到30 ℃。部分锅炉给水经热泵被加热到80 ℃，与未被加热的锅炉给水混合后，被送入锅炉。热泵是这个过程的关键部件。热泵的选择决定了这个方案的经济性和安全性。
3、热泵应用在锅炉深度冷凝中的技术方案
压缩式热泵、吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵是工程中经常使用的热泵。下面将介绍这三种热泵应用于锅炉深度冷凝的技术方案。
3.1压缩式热泵在锅炉深度冷凝中的应用
压缩式热泵系统的工作时，低沸点工质流经蒸发器时蒸发成蒸汽，此时从低温处吸收热量，来自蒸发器的低温低压蒸汽，经过压缩机压缩后升温升压，达到所需温度和压力的蒸汽流经冷凝器，在冷凝器中，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量排出。放出的热量就传递给高温热源，使其温度提高。蒸汽冷凝降温后变成液相，流经节流阀膨胀后，压力继续下降，低压液相工质流入蒸发器，由于沸点低，因而很容易从周围环境吸收热量而再蒸发，又形成低温低压蒸汽，依此不断地进行重复循环。
按照压缩机驱动能源来分，压缩式热泵分为电力驱动热泵机组和蒸汽驱动压缩式热泵机组。电力驱动压缩式热泵单机功率小，适用于0.01 ～ 10 MW的锅炉，对大功率锅炉不适用[2]。
3.2吸收式熱泵在深度冷凝锅炉中的应用
吸收式热泵的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。但造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种装置可节约电力消耗，并充分利用余热。吸收式热泵也可以与直接接触式换热器相结合的烟气余热回收系统。从而大幅提升了换热效率，解决了腐蚀问题，实现烟气显热和冷凝潜热的全热回收[3]。
3.3蒸汽喷射热泵在冷凝锅炉中的应用
蒸汽喷射热泵吸收式热泵已被用于回收燃气、燃油锅炉烟气中水蒸气潜热，其优点在于结构简单、无转动部件、因而寿命长、运行可靠、操作方便、维修容易、自动调节、保证出口压力稳定。安装方便，可水平安装或垂直安装，与管路连接均为法兰连接，拆卸方便。无机械运转部件。可靠性高，免维护。设备制造简单，占地面积小。投资回报期短。设计使用寿命10年。消耗热能，消耗的热能最终会被热水吸收。
结果及分析
对比三种形式的热泵，压缩式热泵成本投入安全性能最好，但是电力压缩热泵试用范围窄，电能损耗大；吸收式热泵适应性，安全性能，试用范围广，制造简单，安装方便无机械运转部件可靠性高占地面积小，但是对高压蒸汽的利用效率低。
因此，通过分析，本文认为在实际应用中电力驱动热泵适合用于小功率深度冷凝工业锅炉，直燃式热泵、蒸汽驱动压缩热泵和蒸汽喷射热泵适用于大型深度冷凝工业锅炉。在决定深度冷凝工业锅炉方案时应综合考虑投资成本、运行成本和使用寿命。
参考文献：
[1] 车得福，刘银河.冷凝式锅炉及其系统[M]，北京：机械工业出版社，2002，1.
[2] Hebenstreit B，Schnetzinger R，Ohnmacht R，et a1.Teehnoeconomic study of a heat pump enhanced flue gas heat recovery
for biomass boilers[J].Biomass and Bioenergy，2014，71：12-22
[3] 祝侃，夏建军，谢晓云，等.吸收式热泵及直接接触换热在燃气锅炉全热回收中的应用[J].暖通空调，2013，43（9）：111-115
基金项目：国家质量监督检验检疫总局科技计划项目“工业锅炉中列管式冷凝器换热器的热力计算方法研究及软件开发”（编号：T2015-SNQTS-0012）
作者简介：
李婷，1984出生，女，工程师，硕士，主要从事承压类特种设备检验检测研究。
关键词：深度冷凝锅炉；节能潜力；热泵
1、概述
冷凝锅炉的特点是在锅炉尾部烟道中安装冷凝换热器，烟气中水蒸气在冷凝换热器表面发生冷凝。传统锅炉排烟温度一般都在100 ℃以上，冷凝锅炉排烟温度可降到40 ～ 50 ℃[1]。冷凝锅炉中烟气中水蒸气冷凝放出的大量热，被换热器中冷工质（水）吸收，大大提高锅炉效率。冷凝锅炉烟气中的SOx、NOx、CO2、CO和飞灰部分或全部溶解于冷凝水，减少了排入大气中的有害物质。
2、深度冷凝锅炉节能潜力分析
深度冷凝锅炉的特点是把锅炉尾部排烟温度降到30 ℃，以回收烟气中的水蒸气潜热，且回收的热量被有效利用。在有些场合，可以直接用环境温度下的水来冷却烟气，并将被加热的低温水应用。大部分场合中，锅炉尾部烟气被用来加热锅炉回水。国家规定锅炉回水温度为70 ℃，实际上由于供热过程热量损失等原因，回水温度在50 ℃到60 ℃之间。直接利用锅炉回水作为冷源不能使烟气温度降到30 ℃以下。
热泵可通过消耗一定外界能源，实现热量从低温工质向高温工质传递。如将热泵应用于锅炉尾部烟气余热利用，可将低温烟气的热量传给高温回水。50 ℃的烟气经热泵被冷却到30 ℃。部分锅炉给水经热泵被加热到80 ℃，与未被加热的锅炉给水混合后，被送入锅炉。热泵是这个过程的关键部件。热泵的选择决定了这个方案的经济性和安全性。
3、热泵应用在锅炉深度冷凝中的技术方案
压缩式热泵、吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵是工程中经常使用的热泵。下面将介绍这三种热泵应用于锅炉深度冷凝的技术方案。
3.1压缩式热泵在锅炉深度冷凝中的应用
压缩式热泵系统的工作时，低沸点工质流经蒸发器时蒸发成蒸汽，此时从低温处吸收热量，来自蒸发器的低温低压蒸汽，经过压缩机压缩后升温升压，达到所需温度和压力的蒸汽流经冷凝器，在冷凝器中，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量排出。放出的热量就传递给高温热源，使其温度提高。蒸汽冷凝降温后变成液相，流经节流阀膨胀后，压力继续下降，低压液相工质流入蒸发器，由于沸点低，因而很容易从周围环境吸收热量而再蒸发，又形成低温低压蒸汽，依此不断地进行重复循环。
按照压缩机驱动能源来分，压缩式热泵分为电力驱动热泵机组和蒸汽驱动压缩式热泵机组。电力驱动压缩式热泵单机功率小，适用于0.01 ～ 10 MW的锅炉，对大功率锅炉不适用[2]。
3.2吸收式熱泵在深度冷凝锅炉中的应用
吸收式热泵的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。但造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种装置可节约电力消耗，并充分利用余热。吸收式热泵也可以与直接接触式换热器相结合的烟气余热回收系统。从而大幅提升了换热效率，解决了腐蚀问题，实现烟气显热和冷凝潜热的全热回收[3]。
3.3蒸汽喷射热泵在冷凝锅炉中的应用
蒸汽喷射热泵吸收式热泵已被用于回收燃气、燃油锅炉烟气中水蒸气潜热，其优点在于结构简单、无转动部件、因而寿命长、运行可靠、操作方便、维修容易、自动调节、保证出口压力稳定。安装方便，可水平安装或垂直安装，与管路连接均为法兰连接，拆卸方便。无机械运转部件。可靠性高，免维护。设备制造简单，占地面积小。投资回报期短。设计使用寿命10年。消耗热能，消耗的热能最终会被热水吸收。
结果及分析
对比三种形式的热泵，压缩式热泵成本投入安全性能最好，但是电力压缩热泵试用范围窄，电能损耗大；吸收式热泵适应性，安全性能，试用范围广，制造简单，安装方便无机械运转部件可靠性高占地面积小，但是对高压蒸汽的利用效率低。
因此，通过分析，本文认为在实际应用中电力驱动热泵适合用于小功率深度冷凝工业锅炉，直燃式热泵、蒸汽驱动压缩热泵和蒸汽喷射热泵适用于大型深度冷凝工业锅炉。在决定深度冷凝工业锅炉方案时应综合考虑投资成本、运行成本和使用寿命。
参考文献：
[1] 车得福，刘银河.冷凝式锅炉及其系统[M]，北京：机械工业出版社，2002，1.
[2] Hebenstreit B，Schnetzinger R，Ohnmacht R，et a1.Teehnoeconomic study of a heat pump enhanced flue gas heat recovery
for biomass boilers[J].Biomass and Bioenergy，2014，71：12-22
[3] 祝侃，夏建军，谢晓云，等.吸收式热泵及直接接触换热在燃气锅炉全热回收中的应用[J].暖通空调，2013，43（9）：111-115
基金项目：国家质量监督检验检疫总局科技计划项目“工业锅炉中列管式冷凝器换热器的热力计算方法研究及软件开发”（编号：T2015-SNQTS-0012）
作者简介：
李婷，1984出生，女，工程师，硕士，主要从事承压类特种设备检验检测研究。