燃氣鍋爐節能技術全面解析
發布時間：2018/7/14 9:48:33
近十幾年來，我國國民經濟發展迅速，隨著工業的發展，燃氣鍋爐的應用已經十分廣泛。目前，我國正處于能源結構調整階段。開發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展已經進入一個全新的發展階段。特別是近幾年，溫室效應問題成為全球關注的重大環境問題，增加各種設備效率，節能降耗，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。調查中發現，設計人員和運行人員常常習慣按照燃煤鍋爐的做法設計和運行燃氣鍋爐，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，當采用比例調節燃燒機，在調試好的情況下，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、質調節情況下，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上最大限度節能的目的。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，很容易實現控制供水溫度;
③鍋爐額定效率與鍋爐容量的關系不同。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”的四個環節(方案論證、設計、施工驗收和運行)中皆存在問題:
①設計時未采用燃氣鍋爐供熱的節能技術。設計時未采用燃氣鍋爐供熱的節能技術，必然會給后續的運行節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。調查中發現，很多運行人員對燃氣鍋爐供熱的規律還沒有完全掌握，但為了節約用氣，往往憑主觀想法運行鍋爐，其結果，燃氣沒有省下來，供熱質量反而下降了;
③施工驗收過程中存在忽視調試的問題。無論是燃氣工業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，都必須做好調試工作。但甲方一般不熟悉此情況，往往忽視調試工作。此外，有些廠家的調試水平不高，也對運行節能不利。
眾所周知，提高燃煤供熱供暖系統的兩個效率(即鍋爐效率和管網輸送效率)是落實節能的關鍵。燃氣鍋爐供熱的節能，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)的季節效率。為了提高季節效率，要從兩個方面努力。
要盡量減少供暖期內各鍋爐的啟、停次數和待機時間。因每次鍋爐啟、停都要經過吹掃，消耗燃氣;而待機時間內，鍋爐就相當一個大散熱器，也要損失熱量。
為提高鍋爐組(群)的季節效率，設計的選型配置至關重要，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節能力;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，最好選配比例調節燃燒機，同時要求廠家的調試工作一定要規范、到位，并以測試報告為依據，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)提高管網輸送效率。影響管網輸送效率的因素有三個，即保溫、泄漏和水力失調造成的熱損失(而國外基本上是保溫損失)，其中因外管網水平失調和供暖系統垂直失調而造成的熱損失十分可觀。外管網的水平失調和室內供暖系統的垂直失調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，減少管網失調熱損失顯得十分重要。為減少管網熱損失，應采用水力平衡系統和室溫調控系統。
1)氣候補償技術。氣候補償技術是在傳統鍋爐房供暖系統上應用一套氣候補償系統，該氣候補償系統主要由氣候補償器、電動調節閥、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定鍋爐供暖運行調節參數(曲線)，并根據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，并依據該溫度控制調節電動調節閥的開度(即調節供暖系統回水量與鍋爐供水量的混合比例)，從而調節系統的總供水溫度，使鍋爐房供暖系統可以根據室外溫度變化實現“按需供熱”。
2)系統循環水泵變頻技術。系統循環水泵變頻(調速)技術是一項根據用戶用熱需求變化來改變(通常是降低頻率)循環水泵電機頻率，進而改變系統循環水量(通常是減少循環水量)，有效節省循環水泵輸配電耗的節能(電)技術。該技術主要是通過控制系統壓差、壓力或供水溫度等來實現循環水泵的變頻運行。由流體力學理論可知，循環水泵的循環水量Q與水泵轉速n的一次方成正比、循環水泵揚程H與水泵轉速n的平方成正比、循環水泵的軸功率Ps與水泵轉速11的三次方成正比。因此，采用水泵變頻技術，通過降低循環水泵轉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與轉速n不一定成三次方的關系，但據相關實測研究可知，其節電效果也相當顯著。
3)煙氣冷凝回收技術。煙氣冷凝回收技術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能技術，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回水進行熱交換。一方面，低溫的供暖系統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)室外供熱管網水力平衡技術。室外供熱管網水力平衡技術通過室外供熱管網各支路上的水力平衡裝置來調節整個管網的水力工況，是一項解決供熱管網系統水力失調的節能技術。室外供熱管網水力失調分為靜態水力失調與動態水力失調。靜態水力失調主要是因為設計、施工、管路的管材管件等因素會影響管網各支路的管道阻力系數，致使管網各支路之間的實際管道阻力系數比值與設計值不一致，反映到流量上則表現為管網各支路用戶的實際流量與設計流量不一致，產生水力失調。水力失調直接導致熱力失調，表現為實際流量值大于設計值的用戶室溫偏高和實際流量值小于設計流量值的用戶室溫偏低。靜態水力失調是供熱系統自身存在的問題，可通過安裝并調試靜態水力平衡閥加以解決。動態水力失調主要是因為管網系統部分支路熱用戶通過調節系統閥門改變系統流量，即調節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其他支路熱用戶的流量，產生水力失調。動態水力失調是供熱系統在運行過程中產生的問題，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。供熱行業中常規計算天然氣熱值一般以8500Kcal/Nm3為基礎計算。這樣，天然氣的實際總發熱量9450Kcal與天然氣的顯熱8500Kcal比例關系以百分數表示就是111%，其中顯熱部分占100%，潛熱部分占11%，對于傳統燃氣鍋爐來說，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，產生理論煙氣量約10.3 Nm3（大約12.5Kg），以過量空氣系數1.3計，產生煙氣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，不能凝結成液態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。這正是燃氣鍋爐節能的潛力所在。
