现代社会能源体系向清洁化高效化发展,我国积极优化能源供给结构,促进能源质量提升。近年来,天然气占全国能源消费总量的比重不断提高,2018年已提升至7.8%。而常规燃气锅炉的排烟温度较高,烟气中蕴含大量冷凝潜热亟需回收;且北京市已实行30 mg/Nm~3燃气锅炉排烟氮氧化物浓度排放限制,以限制排烟造成的环境污染。为了综合处理烟气余热回收与排烟降氮问题,本文将助燃空气加湿技术与直膨压缩式热泵技术结合,提出直膨式热泵型烟气余热回收与净化系统,处理系统由加湿系统与余热回收系统组成。在加湿系统中,以加湿水为介质,将烟气高温显热传递给助燃空气,其驱动力为换热温差。利用烟气中的高温热可保证预热加湿助燃空气的效果,从而提高锅炉排烟的降氮效果。在余热回收系统中,以热泵为驱动,将中低温烟气的潜热传递到热网回水中,实现烟气的低温排放。为分析助燃空气加湿增加的水蒸气对助燃空气及烟气组成造成的影响,本文首先运用EES软件对单位燃气燃烧需要助燃空气量及产生烟气量进行计算,并对各助燃空气含湿量下烟气氮氧化物浓度折算影响进行探讨。接着以58kW燃气锅炉为烟气源,对直膨式热泵型烟气余热回收与净化系统进行实验研究。根据系统结构特点,从三个方面进行实验:肋片管式高温换热段与助燃空气加湿塔组成加湿系统的加湿效果及对锅炉降氮影响;热泵与余热回收水组成余热回收系统的余热回收效果及变化规律;喷淋水环路构成的喷淋系统对余热回收及热泵性能影响。可控制主要参数为锅炉负荷、加湿水流量、余热回收水流量、余热回收水温及喷淋水流量。结果表明,实验系统具有良好的降氮与余热回收效果,氮氧化物浓度最多降低了54.38%,排烟温度最低可降为24.46℃。锅炉排烟NO_X含量随助燃空气含湿量的升高而降低,助燃空气含湿量随锅炉负荷增加、液气比增大而升高。当锅炉负荷率为90%、液气比为25.16时,助燃空气含湿量最高为59.54 g/kg_干,此时锅炉排烟NO_X含量为47.61mg/m~3,远低于未加湿时浓度104.35 mg/m~3。余热回收量随余热回收水流量增加、余热回收水温降低而增加,40℃水温、1853 L/h流量时,余热回收量为5.390 kW;随锅炉负荷增加、加湿水液气比降低而增加,90%负荷、液气比为3.39时,余热回收量为5.448kW。热泵功耗随锅炉负荷降低、余热回收水温降低、水流量增大而降低。90%负荷、40℃水温、1853 L/h流量时,热泵COP最高为3.1。喷淋水系统对余热回收效果有增强作用,余热得热量可增加0.25 kW~0.46 kW。系统最短投资回收期为3.0年,由于热泵存在引入了额外电耗,运行策略不当时运行费用反而增加。