燃氣鍋爐節(jié)能技術(shù)全面解析
發(fā)布時間：2018/7/14 9:48:33
近十幾年來，我國國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，隨著工業(yè)的發(fā)展，燃氣鍋爐的應用已經(jīng)十分廣泛。目前，我國正處于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整階段。開發(fā)和利用天然氣已成為能源使用和決策的重要課題。
由此可見，燃氣鍋爐的推廣使用和發(fā)展已經(jīng)進入一個全新的發(fā)展階段。特別是近幾年，溫室效應問題成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問題，增加各種設(shè)備效率，節(jié)能降耗，降低碳排放，也是解決溫室效應的一個辦法。
1)燃氣鍋爐普遍存在冷凝水腐蝕鍋爐、縮短爐齡的問題。
2)燃氣鍋爐供熱單位面積耗氣量偏高，且高、低差別很大。如單位面積耗氣量低的為9m3/m2～10m3/m2，高的為14m3/m2～15m3/m2
1)對燃氣鍋爐供熱的特點不十分熟悉。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計人員和運行人員常常習慣按照燃煤鍋爐的做法設(shè)計和運行燃氣鍋爐，未完全認清燃煤和燃氣鍋爐的不同點。
①鍋爐效率與負荷率的關(guān)系不同。燃煤鍋爐低負荷時效率低，如當負荷率為40%時，效率為38%。燃氣鍋爐，當采用比例調(diào)節(jié)燃燒機，在調(diào)試好的情況下，在30%-100%的負荷下，鍋爐效率接近額定效率;
②鍋爐升降溫過程的快慢不同。以往非微機自控的燃煤鍋爐，在定流量、質(zhì)調(diào)節(jié)情況下，運行中習慣于控制回水溫度。實際上，回水溫度是滯后的。當供水溫度升高4℃～5℃，回水溫度可能才改變1℃～2℃。如按回水溫度控制，往往達不到在保證供暖基礎(chǔ)上最大限度節(jié)能的目的。如果說，燃煤不得不如此，而燃氣鍋爐完全是自動控制，只要采用氣候補償系統(tǒng)，很容易實現(xiàn)控制供水溫度;
③鍋爐額定效率與鍋爐容量的關(guān)系不同。對于燃煤鍋爐，容量為0.7～46MW(1-65t/h)，其額定效率為72%～82%，且鍋爐容量越大，效率越高。對于燃氣鍋爐，容量為0.7～29Mw(1～40t/h)，其額定效率為86%～92%，但鍋爐效率隨容量的變化，比燃煤鍋爐要小得多。
2)在實施“煤改氣”的四個環(huán)節(jié)(方案論證、設(shè)計、施工驗收和運行)中皆存在問題:
①設(shè)計時未采用燃氣鍋爐供熱的節(jié)能技術(shù)。設(shè)計時未采用燃氣鍋爐供熱的節(jié)能技術(shù)，必然會給后續(xù)的運行節(jié)能帶來先天不足的缺憾;
②運行人員不能有效實施燃氣鍋爐的自動控制。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，很多運行人員對燃氣鍋爐供熱的規(guī)律還沒有完全掌握，但為了節(jié)約用氣，往往憑主觀想法運行鍋爐，其結(jié)果，燃氣沒有省下來，供熱質(zhì)量反而下降了;
③施工驗收過程中存在忽視調(diào)試的問題。無論是燃氣工業(yè)鍋爐還是模塊式組合鍋爐，為了有效地提高鍋爐的平均運行效率，都必須做好調(diào)試工作。但甲方一般不熟悉此情況，往往忽視調(diào)試工作。此外，有些廠家的調(diào)試水平不高，也對運行節(jié)能不利。
眾所周知，提高燃煤供熱供暖系統(tǒng)的兩個效率(即鍋爐效率和管網(wǎng)輸送效率)是落實節(jié)能的關(guān)鍵。燃氣鍋爐供熱的節(jié)能，也應遵循此原則。
1)提高燃氣鍋爐效率。這里所說的效率不是單臺鍋爐的額定效率，而是鍋爐組(群)的季節(jié)效率。為了提高季節(jié)效率，要從兩個方面努力。
要盡量減少供暖期內(nèi)各鍋爐的啟、停次數(shù)和待機時間。因每次鍋爐啟、停都要經(jīng)過吹掃，消耗燃氣;而待機時間內(nèi)，鍋爐就相當一個大散熱器，也要損失熱量。
為提高鍋爐組(群)的季節(jié)效率，設(shè)計的選型配置至關(guān)重要，選型時需要考慮以下兩點：一是使鍋爐的組合具有較好的變負荷調(diào)節(jié)能力;二是鍋爐的最小出力盡量與最低負荷相匹配。同時還應注意：燃氣鍋爐不宜在滿負荷工況下運行，因為此時排煙溫度高，熱損失大，反而多耗氣;燃氣鍋爐出現(xiàn)的故障一般為非機械故障，搶修比燃煤鍋爐簡單些，可以考慮不設(shè)備用鍋爐。
要提高每臺鍋爐的平均運行效率。為此，最好選配比例調(diào)節(jié)燃燒機，同時要求廠家的調(diào)試工作一定要規(guī)范、到位，并以測試報告為依據(jù)，只有這樣才能保證在30%一100%負荷工況下，鍋爐平均運行效率接近額定效率。
2)提高管網(wǎng)輸送效率。影響管網(wǎng)輸送效率的因素有三個，即保溫、泄漏和水力失調(diào)造成的熱損失(而國外基本上是保溫損失)，其中因外管網(wǎng)水平失調(diào)和供暖系統(tǒng)垂直失調(diào)而造成的熱損失十分可觀。外管網(wǎng)的水平失調(diào)和室內(nèi)供暖系統(tǒng)的垂直失調(diào)損失的熱量所占比例很大，必須改進。如今“煤改氣”，燃氣的成本高，減少管網(wǎng)失調(diào)熱損失顯得十分重要。為減少管網(wǎng)熱損失，應采用水力平衡系統(tǒng)和室溫調(diào)控系統(tǒng)。
1)氣候補償技術(shù)。氣候補償技術(shù)是在傳統(tǒng)鍋爐房供暖系統(tǒng)上應用一套氣候補償系統(tǒng)，該氣候補償系統(tǒng)主要由氣候補償器、電動調(diào)節(jié)閥、室外溫度傳感器、供水溫度傳感器等幾部分組成。通過在氣候補償器中預設(shè)定鍋爐供暖運行調(diào)節(jié)參數(shù)(曲線)，并根據(jù)室外溫度傳感器反饋回室外溫度(變化)，氣候補償器可計算出當前較為合理的供水溫度，并依據(jù)該溫度控制調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度(即調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)回水量與鍋爐供水量的混合比例)，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總供水溫度，使鍋爐房供暖系統(tǒng)可以根據(jù)室外溫度變化實現(xiàn)“按需供熱”。
2)系統(tǒng)循環(huán)水泵變頻技術(shù)。系統(tǒng)循環(huán)水泵變頻(調(diào)速)技術(shù)是一項根據(jù)用戶用熱需求變化來改變(通常是降低頻率)循環(huán)水泵電機頻率，進而改變系統(tǒng)循環(huán)水量(通常是減少循環(huán)水量)，有效節(jié)省循環(huán)水泵輸配電耗的節(jié)能(電)技術(shù)。該技術(shù)主要是通過控制系統(tǒng)壓差、壓力或供水溫度等來實現(xiàn)循環(huán)水泵的變頻運行。由流體力學理論可知，循環(huán)水泵的循環(huán)水量Q與水泵轉(zhuǎn)速n的一次方成正比、循環(huán)水泵揚程H與水泵轉(zhuǎn)速n的平方成正比、循環(huán)水泵的軸功率Ps與水泵轉(zhuǎn)速11的三次方成正比。因此，采用水泵變頻技術(shù)，通過降低循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速可明顯降低水泵功耗。雖然在水泵的實際運行中，水泵的軸功-~qrg.ps與轉(zhuǎn)速n不一定成三次方的關(guān)系，但據(jù)相關(guān)實測研究可知，其節(jié)電效果也相當顯著。
3)煙氣冷凝回收技術(shù)。煙氣冷凝回收技術(shù)是一項利用煙氣冷凝回收裝置回收燃氣鍋爐排煙余熱的節(jié)能技術(shù)，應用煙氣冷凝回收裝置可將溫度較高的鍋爐排煙與溫度較低的供暖系統(tǒng)回水進行熱交換。一方面，低溫的供暖系統(tǒng)回水可以降低高溫煙氣可回收煙氣中的顯熱;另一方面，低溫供暖系統(tǒng)回水將高溫煙氣中的水蒸氣冷凝成水，回收水蒸氣的相變潛熱。相關(guān)研究資料表明，煙氣冷凝回收裝置可提高燃氣鍋爐實際運行效率達3%～8%。
4)室外供熱管網(wǎng)水力平衡技術(shù)。室外供熱管網(wǎng)水力平衡技術(shù)通過室外供熱管網(wǎng)各支路上的水力平衡裝置來調(diào)節(jié)整個管網(wǎng)的水力工況，是一項解決供熱管網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)的節(jié)能技術(shù)。室外供熱管網(wǎng)水力失調(diào)分為靜態(tài)水力失調(diào)與動態(tài)水力失調(diào)。靜態(tài)水力失調(diào)主要是因為設(shè)計、施工、管路的管材管件等因素會影響管網(wǎng)各支路的管道阻力系數(shù)，致使管網(wǎng)各支路之間的實際管道阻力系數(shù)比值與設(shè)計值不一致，反映到流量上則表現(xiàn)為管網(wǎng)各支路用戶的實際流量與設(shè)計流量不一致，產(chǎn)生水力失調(diào)。水力失調(diào)直接導致熱力失調(diào)，表現(xiàn)為實際流量值大于設(shè)計值的用戶室溫偏高和實際流量值小于設(shè)計流量值的用戶室溫偏低。靜態(tài)水力失調(diào)是供熱系統(tǒng)自身存在的問題，可通過安裝并調(diào)試靜態(tài)水力平衡閥加以解決。動態(tài)水力失調(diào)主要是因為管網(wǎng)系統(tǒng)部分支路熱用戶通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)閥門改變系統(tǒng)流量，即調(diào)節(jié)供熱量以適應其用熱需求的變化。該部分支路熱用戶流量變化直接影響到管網(wǎng)其他支路熱用戶的流量，產(chǎn)生水力失調(diào)。動態(tài)水力失調(diào)是供熱系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的問題，可通過應用自力式壓差控制閥與自力式流量控制閥加以解決.
為防止鍋爐尾部受熱面腐蝕和堵灰，標準狀態(tài)下，燃氣鍋爐的排煙溫度一般不低于180℃，最高可達250℃。高溫煙氣排放造成大量熱能浪費，同時也污染環(huán)境。
1Nm3天然氣燃燒后會放出9450Kcal的熱量，其中顯熱為8500Kcal，水蒸氣含有的熱量（潛熱）為950Kcal。燃氣鍋爐可利用的熱能是8500Kcal的顯熱。供熱行業(yè)中常規(guī)計算天然氣熱值一般以8500Kcal/Nm3為基礎(chǔ)計算。這樣，天然氣的實際總發(fā)熱量9450Kcal與天然氣的顯熱8500Kcal比例關(guān)系以百分數(shù)表示就是111%，其中顯熱部分占100%，潛熱部分占11%，對于傳統(tǒng)燃氣鍋爐來說，潛熱部分的熱量在運行中實際上被全部浪費。高溫煙氣排放造成的排煙熱損失，主要為煙氣顯熱和蒸汽潛熱。
（1）1NM3天燃氣燃燒，產(chǎn)生理論煙氣量約10.3 Nm3（大約12.5Kg），以過量空氣系數(shù)1.3計，產(chǎn)生煙氣14 Nm3（大約16.6KG）。
（2）由于天然氣燃料中含有氫元素，每1 Nm3天然氣燃燒后可產(chǎn)生1.55Kg水蒸汽。在排煙溫度較高時，煙氣中的水蒸汽處于過熱狀態(tài)，不能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱，而是隨煙氣排放，汽化潛熱被浪費。鍋爐熱效率一般只能達到70～85%，約20％的熱能從爐體表面散發(fā)和通過煙氣排空而浪費。
取煙氣溫度200℃降低至70℃，1 Nm3天然氣燃燒后的排煙中，可放出物理顯熱約1600KJ，水蒸汽冷凝率取50%，可放出汽化潛熱約1850 KJ，即總計放熱達3450 KJ。這正是燃氣鍋爐節(jié)能的潛力所在。
