摘要： 简述了我国城市供热的现状，根据我国的供热特点和节能环保的要求，介绍了冷凝式锅炉与热泵联合系统系统。根据国外资料分析了该系统的经济性和环保性以及在我国的应用前景。

关键词： 冷凝式锅炉 热泵 节能 环保

1 引言

我国北方地区一直以传统的燃煤、燃油采暖，随着经济的发展、城市规模的扩大，这些传统的采暖方式的缺点越来越突出，不能适应可持续发展的要求，据统计燃煤采暖已经成为北方城市冬季空气污染的罪魁祸首。如北京1999年北京市终端能源消费量为3828万吨标煤，其中煤炭消费量2011万吨；约占终端能源消费量的53%，是造成大气污染的主要根源^[1]。为了避免尾部受热面的低温腐蚀，传统的燃煤供热锅炉排烟温度通常高于150℃，蒸汽锅炉甚至高于200℃，大多数燃气热水锅炉的排烟温度在140℃-200℃之间。过高的排烟温度不仅耗费了大量的能源，而且提高了锅炉的运行成本^[2，3]。因此对于这些地区探索出一些洁净，节能高效的采暖技术就具有非常现实而重要的意义，并逐渐成为工程界、学术界普遍关注的热点问题。

为此，20 世纪70 年代以来，西欧和美国等相继研制了冷凝式锅炉，即在传统锅炉的基础上加设冷凝式热交换受热面，将排烟温度降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热，可以使热效率提高到100%以上（以低位发热量计算）；同时研究发现，在烟气冷凝时，烟气中的SOx、NOx、CO₂、CO 以及飞灰和烟尘能部分或者全部溶解于水中，这样就使排入大气中的有害物质大大减少,有利于环保^[2，3]。因此，采用冷凝式锅炉对节能和环保都具有非常重要的意义。但是我国采用传统95/70℃闭式供热系统，相当多的锅炉按80/70℃运行^[4]。当采用洁净燃料天然气时，烟气的露点温度一般在55℃左右，要通过原有供热系统的回水去完成烟气的冷凝是不可行的。并且较高温度的排烟，相对于用空气源热泵采暖的系统来说，应是较好的低温热源^[5]。针对冷凝式锅炉应用于我国传统供热存在的问题，为了达到节能和环保的目的，介绍国外广泛应用的烟气的余热回收系统—冷凝式锅炉与热泵联合系统。

2 冷凝式锅炉与热泵联合系统

冷凝式锅炉与热泵联合系统不仅利用了冷凝式锅炉节能和环保的原理，还利用了热泵提高低品位热能到高品位热能的原理。在该系统中为了使热泵系统尽可能的回收较低品位的热能，减少热泵系统装机容量和电耗，做到尽可能的节能，先将热网回水与来自冷凝式锅炉本体高温的排烟进行换热，使烟气冷却至一定的温度，再将低温的烟气通过冷凝换热器（为防腐材料，如不锈钢），回收烟气中的部分潜热和显热。为了维持热泵蒸发端低温热源温度的稳定性，并减小蒸发端的传热平均温差，采用烟气先通过间壁式冷凝换热器（如板式、管式等）或接触式冷凝换热器（如液柱式、填料式等），用低温水（冷却水）先与烟气换热，再将被加热的冷却水用水泵抽送到热泵的蒸发端，和热泵工质(如R11等)发生热交换。下面介绍冷凝换热器与热泵联合热能回收系统，该系统有两种型式：如图1间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统和图2接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统。

图1 间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统

1-锅炉本体 2-冷凝用烟气通道 3-烟气旁通通道 4-排烟至烟囱通道 5-间壁式冷凝热交换器 6-待处理的冷凝液排放管 7，13-来自区域热网的回水 8-烟气冷却器 9-冷却水循环泵 10-热泵蒸发器 11-节流阀 12-热泵冷凝器 14-压缩机

图2 接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统

1-锅炉本体 2-冷凝用烟气通道 3-烟气旁通通道 4-排烟至烟囱通道 5-接触式冷凝热交换器 6-烟气冷却器7，15-来自区域热网的回水 8-冷却水循环泵9-处理液循环泵10-污水排放管 11-水处理器 12-热泵蒸发器 13-压缩机 14-热泵冷凝器 16-节流阀

在图1中，间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统除锅炉本体的换热外，存在四个热交换过程：（1）在烟气冷却器8中，高温烟气和来自区域热网的回水之间的热交换过程；（2）在间壁式冷凝换热器5中，来自烟气冷却器的低温温烟气与冷却水（热泵的低温热源）之间的热交换过程；（3）在热泵的蒸发器10中，来自间壁式冷凝换热器的冷却水与热泵低温工质之间的热交换过程；（4）在热泵的冷凝器13中，热泵高温工质与来自区域热网的回水之间的热交换过程。在冷凝式换热器5产生的冷凝水通过待处理的冷凝液排放管6排放，在冷凝式换热器5中被冷凝的烟气和来自旁通烟道3的烟气混合，进入烟囱。

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