和彬彬，徐靜靜，李和平，宋洪濤

(華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100070)

0 引言

考慮冷熱用戶的經(jīng)濟承受能力，樓宇式燃氣分布式能源系統(tǒng)較適合金融中心、辦公樓、商業(yè)中心等高檔建筑。由于城市用地日益緊張，作為建筑的供能中心，分布式能源站往往需要與建筑物進行一體化建設(shè)，所以美觀成為分布式能源設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵問題之一。而影響建筑美觀的突出問題就是能源站的煙囪。煙囪本體可用建筑加以掩飾，但由于天然氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣含水量較大，冬季存在冒水霧問題，水霧會暴露煙囪的存在，且會影響建筑物的美觀。本文以華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目為例，研究了深度利用余熱降低排煙含水量的技術(shù)，以解決冬季煙囪冒白煙問題。

華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目燃氣設(shè)備共計4臺，其中燃氣內(nèi)燃機組2臺(2×3.3 MW級)，直燃型溴化鋰機2臺(2×3.489 MW)。共設(shè)置3座燃氣設(shè)備煙囪：其中2臺燃氣內(nèi)燃機組分別設(shè)置1座煙囪，出口內(nèi)徑為900 mm；2臺直燃機共設(shè)置1座煙囪，出口內(nèi)徑為1 000 mm。3座煙囪從園區(qū)東側(cè)的C，D座樓煙道豎井爬至樓頂，該樓高50 m，煙囪高約55 m。園區(qū)整體呈合圍型布局，為南北遞進的兩進院落，南側(cè)的樓高達80 m。煙囪位于園區(qū)的中部東側(cè)，如果冬季冒白煙嚴重，勢必影響園區(qū)的景觀，所以除煙囪水霧成為需要考慮的重要問題。

1 除水霧技術(shù)原理及方案

1.1 除水霧原理

該項目采取在煙道加煙氣冷凝換熱器的方式來解決冬季煙囪冒白煙問題。不同壓力下煙氣水露點不同，將煙氣溫度降至煙氣水露點以下，使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)，從而被分離出來。煙氣溫度下降越多，則煙氣中的水蒸氣分壓力越低，水蒸氣含量越少，煙氣排放到大氣后產(chǎn)生的白霧現(xiàn)象將弱化，達到減弱白煙的效果。采用該技術(shù)后，煙氣冷卻后釋放的熱量也可以同時被回收，提高能源的利用效率。

1.2 煙氣條件及煙氣冷凝計算

華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目內(nèi)燃機及直燃機的煙氣條件見表1。

表1 內(nèi)燃機及直燃機的煙氣條件

煙氣冷凝后，煙氣溫度與煙氣含水率的理論計算結(jié)果如圖1所示。內(nèi)燃機煙氣出口溫度為100 ℃，露點溫度為46.10 ℃，煙氣溫度降至30 ℃，除水率可達到59.39%；直燃機煙氣出口溫度為145 ℃，露點溫度為55.52 ℃，煙氣溫度降至40 ℃，除水率可達到54.83%。

煙氣冷凝溫度確定為：內(nèi)燃機煙氣冷卻至30 ℃，直燃機煙氣冷卻至40 ℃。理論計算結(jié)果顯示：單臺內(nèi)燃機組的余熱回收量為858 kW，凝水潛熱為474 kW，其中捕獲凝水量為713 kg/h；單臺直燃機余熱回收量為320 kW，凝水潛熱為176 kW，其中捕獲凝水量為267 kg/h。

圖2 煙囪加冷凝換熱器除白煙系統(tǒng)流程

圖1 煙氣含水率與煙氣溫度的關(guān)系

1.3 煙囪除白煙系統(tǒng)流程

煙囪加冷凝器除白煙系統(tǒng)流程如圖2所示。系統(tǒng)的核心為煙氣冷凝換熱器，冷凝換熱器的冷源為冷卻水，冷卻水進口溫度為20 ℃，出口溫度為50 ℃。冷卻煙氣后得到的熱水可作為園區(qū)部分建筑物的地暖熱源，地暖作為空調(diào)的值班負荷，基本可保證此部分熱量持續(xù)被消耗掉，同時并聯(lián)空冷散熱塔，進一步保證冷卻水的進口溫度。

為保證排煙順暢且不影響內(nèi)燃機與直燃機的燃燒狀態(tài)，每臺換熱器后面的煙氣管道上需設(shè)置1臺引風(fēng)機及配套風(fēng)閥。引風(fēng)機的選型主要參考冷凝后的煙氣流量及換熱器后面的管道壓力等參數(shù)。該項目主要是為了減少冬季白煙，故引風(fēng)機只在冬季啟用。由于在其他季節(jié)煙氣不需經(jīng)過引風(fēng)機，可采用加設(shè)旁路煙囪排煙的方式。

煙囪除白煙系統(tǒng)中，每臺換熱器水側(cè)配置2臺循環(huán)水泵，1用1備。

煙氣在換熱器內(nèi)降溫的過程中會產(chǎn)生酸性冷凝水(pH值為3.8～6.8)，該冷凝水應(yīng)收集至專用集水池，經(jīng)中和處理達標(pH值為6.0～9.0)后，通過能源站的工業(yè)水排水系統(tǒng)排出，或經(jīng)回收處理后作為系統(tǒng)的補水水源。

冷卻煙氣后得到的熱水最好被熱用戶消耗掉，如出現(xiàn)熱量未完全消耗的情況，啟動空冷散熱水箱散熱，散熱水箱需采取防凍措施。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

煙氣冷凝換熱器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對煙氣除白煙的效果起到?jīng)Q定性的作用。其他泵、風(fēng)機等輔助設(shè)備均屬常規(guī)設(shè)備，本文重點對換熱器設(shè)備進行比選分析。

方案中需要配置4臺換熱器，其中內(nèi)燃機組配置2臺，直燃機配置2臺。直燃機的煙氣冷凝換熱器選型特點與內(nèi)燃機組完全類似，這里僅以內(nèi)燃機換熱器為例，對換熱器設(shè)備進行詳細比較。

隨著節(jié)能觀念的日益深入，燃氣鍋爐的煙氣冷凝余熱回收技術(shù)已經(jīng)得到了推廣[1-6]，煙氣冷凝除水霧技術(shù)是對該技術(shù)的一種新應(yīng)用，提高了余熱的利用深度。從事該種換熱器生產(chǎn)的廠家很多，通過廣泛調(diào)查，篩選了3種較為適合的板式換熱器產(chǎn)品，分別稱為換熱器1，2，3。3種換熱器技術(shù)參數(shù)對比見表2。

其中換熱器1的煙氣側(cè)阻力小，煙氣進、出管道異側(cè)，便于管道連接，夏季運行時，換熱器可抽出，不影響機組排煙，最適合該項目的需要。換熱器1的外形如圖3所示。

另外，能源站增設(shè)除白煙系統(tǒng)時，需要充分考慮系統(tǒng)設(shè)備的布置空間，例如換熱器、引風(fēng)機、循環(huán)水泵等的布置位置以及系統(tǒng)設(shè)備對原系統(tǒng)的影響，尤其是引風(fēng)機與內(nèi)燃機的聯(lián)鎖問題。筆者以板式換熱器1為核心設(shè)備，繪制了煙氣冷凝除白煙系統(tǒng)的布置圖，如圖4所示。

表2 換熱器技術(shù)參數(shù)對比

圖3 板式換熱器1外形

圖4 煙氣冷凝換熱器布置示意

3 經(jīng)濟性分析

華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目增加了煙氣冷凝除白煙系統(tǒng)，需增加設(shè)備投資209.406萬元，設(shè)備投資見表3。該系統(tǒng)的土建等其他投資均較少，可暫不考慮。按照產(chǎn)業(yè)園項目的設(shè)計運行方式，該系統(tǒng)投運1年的總消耗為5.13萬元，回收余熱利用率為80%，年收入為37.99萬元， 6.37年可收回設(shè)備投資。系統(tǒng)的消耗收益明細見表4。

表3 系統(tǒng)設(shè)備投資

表4 系統(tǒng)收益

續(xù)表

4 結(jié)束語

本文以華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目為例，對煙氣冷凝除白煙技術(shù)進行了探討分析。結(jié)果表明，在余熱用戶能夠保證的條件下，該項技術(shù)較好地同時解決了煙氣余熱深度利用與煙囪視覺污染問題。煙囪除白煙的效果還需要通過實際項目進行進一步驗證。

參考文獻：

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