燃气锅炉及供热系统节能技术

王玉萍，李浩玉，叶 晔

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

燃气锅炉及供热系统节能技术

王玉萍，李浩玉，叶 晔

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

在石油天然气集输过程中，燃气锅炉应用广泛，以燃气锅炉供热而形成的供热系统，节能、环保运行问题十分突出。榆林南区KT-RQ燃气锅炉及供热系统节能技术，针对燃气锅炉及以此为热源形成供热系统，从烟气排放余热利用、降低热水循环电耗以及锅炉的最佳运行控制等方面，提供了降低运行成本的综合治理技术。

燃气锅炉；供热系统

1 天然气锅炉的节能潜力

1.1 烟气节能潜力

为防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态下，燃气锅炉的排烟温度一般不低于180℃，最高可达250℃。高温烟气排放造成大量热能浪费，同时也污染环境。

1 m3天然气燃烧后会放出9 450 kcal的热量，其中显热为8 500 kcal，水蒸气含有的热量（潜热）为950 kcal。燃气锅炉可利用的热能是8 500 kcal的显热。供热行业中常规计算天然气热值一般以8 500 kcal/m3为基础计算。这样，天然气的实际总发热量9 450 kcal与天然气的显热8 500 kcal比例关系以百分数表示就是111%，其中显热部分占100%，潜热部分占11%，对于传统燃气锅炉来说，潜热部分的热量在运行中实际上被全部浪费。高温烟气排放造成的排烟热损失，主要为烟气显热和蒸汽潜热。

（1）1 m3天然气燃烧，产生理论烟气量约10.3 m3（大约12.5 kg），以过量空气系数1.3计，产生烟气14 m3（大约 16.6 kg）。

（2）由于天然气燃料中含有氢元素，每1 m3天然气燃烧后可产生1.55 kg水蒸气。在排烟温度较高时，烟气中的水蒸气处于过热状态，不能凝结成液态的水而放出汽化潜热，而是随烟气排放，汽化潜热被浪费。锅炉热效率一般只能达到70%～85%，约20%的热能从炉体表面散发和通过烟气排空而浪费。

取烟气温度200℃降低至70℃，1 m3天然气燃烧后的排烟中，可放出物理显热约1 600 kJ，水蒸气冷凝率取50%，可放出汽化潜热约1 850 kJ，即总计放热达3 450 kJ。这正是燃气锅炉节能的潜力所在。

1.2 循环水泵的节能潜力

在以燃气锅炉为热源组成的供热系统中，水泵的扬程、电机功率与实际运行系统的负荷需求之间差别较大，加之管路水阻测算上的误差，使得水泵“大马拉小车“现象比较普遍。水泵工作在非经济运行状态，功耗较大。

供暖现场循环水量的调节通常是通过控制阀门开度来实现的。这种控制方式，是以牺牲电机功率为代价的节流控制方式。在循环水泵的运行中有30%～50%的电机功率被浪费。

1.3 并联运行的燃气锅炉

为节省燃气费用，往往采用多台燃气锅炉并联间歇式运行方式。这种运行方式，锅炉的出力在大火和小火两种工况之间调节，动态调节火力的能力较差，不能满足供热负荷变化的需求，在节省燃气方面的效果并不理想。综上所述，燃气锅炉及供热系统，在排烟余热损耗、电力消耗、运行方式等方面，存在着可观的节能潜力。

2 KT-RQ燃气锅炉及供热系统节能技术

提高燃气锅炉热效率的主要途径是：提高燃烧系统的燃烧效率，优化锅炉运行模式；提高排烟热能利用率。

KT-RQ燃气锅炉及供热系统节能技术，通过烟气余热回收、循环水泵节能、锅炉运行方式控制等多项节能技术的综合运用，实现高效利用燃气、减少环境污染的目的。各项技术相对独立，即可单独应用其中一项，也可挂接在锅炉运行监控系统中自动运行[1-4]。

2.1 排烟余热回收

燃烧条件一定时，提高排烟热能利用率，是高效利用天然气、减少环境污染的有效途径。在天然气燃烧设备的尾部增设冷凝式换热器，将排烟温度降到烟气露度以下，不仅可以回收利用排烟显热，还可以利用天然气燃烧时产生的大量水蒸气凝结时放出的潜热。同时凝结液对烟气中的CO2、NOX和SOX等有害气体有一定的吸纳作用，因此，可提高能源利用率，并减少排烟对环境的污染。

烟气冷凝余热回收器，利用温度较低的水或空气与烟气进行换热。靠近换热面区域，烟气中水蒸气冷凝，同时实现烟气显热释放和水蒸气凝结潜热释放，而换热器内的水或空气吸热而被加热，回送锅炉或换热器后，即可实现热能回收利用，提高锅炉热效率，减少燃气耗量。天然气锅炉排烟热能回收方式，针对常压锅炉和压力锅炉，分为两种类型。

2.1.1 常压锅炉烟气排放的回收方式 在图1中可以看到，供暖热水的回水全部进入烟气热能回收器内与烟气进行换热，将温度提高后，再进锅炉加热，以降低燃气耗量。

图1 常压锅炉烟气排放的回收方式示意图

2.1.2 压力锅炉烟气排放的回收方式 在图2中可以看到，供暖热水的回水全部进入烟气热能回收器内与烟气进行换热，将温度提高后，再进换热器与热媒换热，从而降低燃气耗量。

图2 压力锅炉烟气排放的回收方式示意图

冷凝式余热回收器可将烟气热量回收，回收的热量根据需要可用作锅炉补水或生活用水，或加热空气可用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用，减少废气排放，节能环保一举两得。

2.1.3 冷凝式余热回收器特点

（1）可靠性高：采用高效换热元件、耐腐蚀钢制造，使用寿命长，锅炉低温部位的烟囱中，普遍会遇到燃料中含硫量偏高，在露点温度下形成硫酸而造成设备腐蚀的问题，称之为“硫酸露点腐蚀”现象。用普通钢制作的锅炉低温部件，由于其耐硫酸露点腐蚀性能很差，腐蚀严重，使用寿命很短。特种材料耐腐蚀钢耐腐蚀性强，设备使用寿命大大延长。

（2）节省燃料：可有效利用烟气中的潜热，使锅炉排烟温度由180℃降至80℃左右，燃料热能利用率可提高8%～15%，有效提高了锅炉热效率，节约能源，降低运行费用。以一台2.80 MW燃气锅炉为例，每小时可节约天然气25 m3～45 m3，一个供暖期就可节约燃气费用5.9～10.7万元（计算依据：一个供暖季120 d、每天运行10 h、天然气价格为1.98元/立方米）。

（3）环保：有效降低烟气中氮氧化合物排放浓度，使所排放烟气更能达到环保要求。

（4）安装便利：结构紧凑，安装方便，设备整体出厂，施工周期短。

（5）产品多样化：可根据用户实际情况进行设计、定做非标产品，同时本公司还竭诚为用户供暖系统进行优化改造。

2.2 循环水泵节能技术

2.2.1 阀门控制流量的功率损失 阀门控制法的实质是：水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小来改变供水的能力（反映为供水流量），以适应用户对流量的需求。这时，管路特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。供水功率与面积成正比。

2.2.2 变频控制循环水泵 通过改变水泵的全扬程来适应用户对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。对循环泵采用变频控制，可调整系统最佳流量。实现热力系统的变负荷运行。

2.2.3 循环泵增压装置 该装置的技术特点是，利用水泵富裕扬程，使部分循环水进入增压装置，在水泵出口等压混合。由于部分循环水无需循环泵增压，降低了循环泵电力能耗。

2.3 燃气锅炉监控系统

该系统是一套数字化的燃气锅炉节能监控系统，通过对供热负荷、环境温度以及系统运行参数的监测，动态调节锅炉的运行模式和火力配置，同时对烟气余热回收、循环水泵变频运行等部分进行自动监控。

系统具有丰富的组态功能，实时显示锅炉运行状态、气候补偿数据、变频水泵状态、燃气消耗等相关运行参数，动态仿真地描述供暖系统各辅机的实时运行状态（运行、停止或故障），全中文界面，操作简单、参数实用，动画逼真。

2.3.1 基本功能

（1）通过闭环控制，实时跟踪供热负荷和环境温度变化，控制锅炉变负荷运行以及变流量循环。通过监控系统的运算得出最佳运行方式，控制并联运行锅炉投入台数、火力大小的自动配合，实现锅炉变负荷运行。

（2）监测热源（燃气）用量、二次网循环热量以及二次网补水量。此参数用于分析供热系统的运行工况及热力系统的流量分配情况，同时可实现EAOC（能效分析与运行优化控制）。

（3）智能温控技术：可随户外温度的变化，自动调节循环水温度，通过控制系统的“质调控”使系统处于最佳状态，最大限度地节约能源。

（4）自动排污、自动泄压：回水管道上安装过滤装置和手动排污阀，可通过判断过滤装置前后压差，实现自动排污或手动排污，减小系统运行阻力。同时，随着水温的升高，回水压力超过设定压力，系统会自动打开电动阀泄压，并维持正常压力。

（5）二次网漏量的监测：通过监测补水出口流量的变化，捕捉大流量时段，分析判断二次网的漏量情况。

（6）报警保护：系统检测到下列故障后，通过声光报警提醒管理人员排除故障：①二次网漏量大；②循环泵故障停泵；③循环泵变频器故障；④系统安全故障报警（超压或失压）。

（7）补水失压保护：换热站在运行过程中如果系统严重失水或补水压力过低，系统能够自动停机并发出报警，当补水压力恢复正常时又能够自动投入运行。

（8）供水超压保护：换热站在运行过程中如果二次网出口压力严重超压，系统将自动停机并发出报警，当二次网出口压力恢复正常时能自动投入运行。

系统软件为中文界面显示，操作简单。在线显示实时运行参数，包括：热媒流量、热媒温度、热媒压力、供热量、室外温度、供/回水温度、供/回水压力、二次网漏量等，并能调阅、打印实时及历史数据曲线。

3 经济效益

KT-RQ燃气锅炉节能系统的运行，通过烟气余热回收、循环水泵降耗、锅炉运行监控等三项节能技术，可实现降低燃气消耗8%～10%，降低电力消耗30%～50%的目标。

现以常压燃气锅炉供暖系统为例，说明采用KTRQ燃气锅炉及供热系统节能技术后的经济效益。

某小区换热站由6台2.45 MW燃气常压热水锅炉组成。

（1）供暖面积：150 000 m2左右。

（2）热水出/回水温：55℃/45℃。

（3）工作模式：6台2.45 MW锅炉并联间歇式运行，其中5台小火运行。

（4）锅炉烟道的排烟温度140℃。

（5）供暖期（120 d，平均每天开机16 h）天然气费用400～450万元。

其中单价取值：电费：0.49元/度；天然气：1.98元/立方米。节约电费3.5万元，较改造前节约天然气15%，共节约63.5万元

4 结论及建议

KT-RQ燃气锅炉节能系统，各组成单元可独立安装，发挥各自的节能作用。适应于下列场合：

（1）气-液式：从烟气中吸收热量，用来加热给水，被加热后的水可以返回锅炉（作为省煤器），也可单独使用（作为热水器），从而提高能源利用率，达到节能的目的。如常压燃气锅炉供暖系统、热水供应系统；压力燃气锅炉供暖系统、热水供应系统。

（2）气-气式：从烟气中吸收余热，加热助燃空气，以降低燃料消耗，改善燃烧工况，从而达到节能的目的；也可从烟气中吸收余热，用于加热其他气体介质如煤气等。对钢厂，石化厂及工业窑炉而言，这是一种有效的余热利用形式。

（3）其他应用场合：陶瓷窑炉、水泥工业、冶金工业，纺织工业、合成氨工业余热回收。

［1］ 邓新华.燃气锅炉供热系统节能技术与应用［J］.节能技术，2010，28（2）：178-181.

［2］ 马本金.论燃气供热锅炉房节能系统技术和应用［J］.中国高新技术企业，2008，（4）：94.

［3］ 杨超.燃气锅炉供热系统节能技术分析［J］.装备制造，2014，（9）：131+137.

［4］ 王弢，宋希博.节能技术在供暖系统中的应用［J］.高校后勤研究，2009，（5）：97-99.

Energy saving technology of gas fired boiler and heating system

WANG Yuping，LI Haoyu，YE Ye
（Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Shanxi 719000，China）

In the process of oil and gas gathering and transportation,the gas boiler is widely used in the heat supply system,which is formed by the heating of the gas boiler,and the problem of energy saving and environmental protection is very prominent.Yulin south KTRQ gas fired boiler and heating system energy saving technology,for gas boiler and takes as a heat source formed heating system,from the flue gas emissions of waste heat utilization,reduce the hot water circulating power consumption and boiler optimum operating control,provides a lower operating cost of the comprehensive treatment technology.

gas fired boiler；heating system

TE963

A

1673-5285（2017）07-0136-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.032

2017－06-13