浅析燃气锅炉的节能控制张新华

浅析燃气锅炉的节能控制张新华

张新华

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司能源环保部）

摘要：随着工业的发展，燃气锅炉的应用已经十分广泛，如何提高燃气锅炉的使用效率和减少有害气体的排放有着重要的意义。在燃气锅炉的实际使用过程中，系统所需要的总热量时刻在发生着变化，就如何提高燃气锅炉效率，对其节能运行控制优化进行研究。能源是人类生存和发展的重要物质基础，其供需矛盾已成为亟待解决的问题。文章指出了燃气锅炉供热现存问题及原因，并简单的介绍了几种节能技术。

关键词：燃气锅炉；供热；节能技术

引言

近十几年来，我国国民经济发展迅速，随着工业的发展，燃气锅炉的应用已经十分广泛。燃气锅炉的体积要比燃煤锅炉小得多，而且可以更加容易的进行自动化控制。燃气锅炉在应用方面具有更加广阔的前景。目前，我国正处于能源结构调整阶段。开发和利用天然气已成为能源使用和决策的重要课题。由此可见，燃气锅炉的推广使用和发展已经进入一个全新的发展阶段。

一、燃气锅炉供热存在问题

1）燃气锅炉普遍存在冷凝水腐蚀锅炉、缩短炉龄的问题。

2）燃气锅炉供热单位面积耗气量偏高，且高、低差别很大。如单位面积耗气量低的为9m3/m2~10m3/m2，高的为14m3/m2~15m3/m2。

3）燃气锅炉供热的质量有所下降。

二、燃气锅炉供热存在问题的原因

1）对燃气锅炉供热的特点不十分熟悉。调查中发现，设计人员和运行人员常常习惯按照燃煤锅炉的做法设计和运行燃气锅炉，未完全认清燃煤和燃气锅炉的不同点。下面列举几项二者的不同之处：①锅炉效率与负荷率的关系不同。燃煤锅炉低负荷时效率低，如当负荷率为40%时，效率为38%。燃气锅炉，当采用比例调节燃烧机，在调试好的情况下，在30%~100%的负荷下，锅炉效率接近额定效率；②锅炉升降温过程的快慢不同。以往非微机自控的燃煤锅炉，在定流量、质调节情况下，运行中习惯于控制回水温度。实际上，回水温度是滞后的。当供水温度升高4℃~5℃，回水温度可能才改变1℃~2℃。如按回水温度控制，往往达不到在保证供暖基础上最大限度节能的目的。如果说，燃煤不得不如此，而燃气锅炉完全是自动控制，只要采用气候补偿系统，很容易实现控制供水温度；③锅炉额定效率与锅炉容量的关系不同。对于燃煤锅炉，容量为0.7~46MW（1~65t/h），其额定效率为72%~82%，且锅炉容量越大，效率越高。对于燃气锅炉，容量为0.7~29MW（1~40t/h），其额定效率为86%~92%，但锅炉效率随容量的变化，比燃煤锅炉要小得多。

2）在实施“煤改燃”的四个环节（方案论证、设计、施工验收和运行）中皆存在问题：①设计时未采用燃气锅炉供热的节能技术。设计时未采用燃气锅炉供热的节能技术，必然会给后续的运行节能带来先天不足的缺憾；②运行人员不能有效实施燃气锅炉的自动控制。调查中发现，很多运行人员对燃气锅炉供热的规律还没有完全掌握，但为了节约用气，往往凭主观想法运行锅炉，其结果，燃气没有省下来，供热质量反而下降了；③施工验收过程中存在忽视调试的问题。无论是燃气工业锅炉还是模块式组合锅炉，为了有效地提高锅炉的平均运行效率，都必须做好调试工作。但甲方一般不熟悉此情况，往往忽视调试工作。此外，有些厂家的调试水平不高，也对运行节能不利。

三、燃气锅炉供热节能的关键

众所周知，提高燃煤供热供暖系统的两个效率（即锅炉效率和管网输送效率）是落实节能的关键。燃气锅炉供热的节能，也应遵循此原则。

1）提高燃气锅炉效率。这里所说的效率不是单台锅炉的额定效率，而是锅炉组（群）的季节效率。为了提高季节效率，要从两个方面努力。

要尽量减少供暖期内各锅炉的启、停次数和待机时间。因每次锅炉启、停都要经过吹扫，消耗燃气；而待机时间内，锅炉就相当一个大散热器，也要损失热量。

为提高锅炉组（群）的季节效率，设计的选型配置至关重要，选型时需要考虑以下两点：一是使锅炉的组合具有较好的变负荷调节能力；二是锅炉的最小出力尽量与最低负荷相匹配。同时还应注意：燃气锅炉不宜在满负荷工况下运行，因为此时排烟温度高，热损失大，反而多耗气；燃气锅炉出现的故障一般为非机械故障，抢修比燃煤锅炉简单些，可以考虑不用设备锅炉。

要提高每台锅炉的平均运行效率。为此，最好选配比例调节燃烧机，同时要求厂家的调试工作一定要规范、到位，并以测试报告为依据，只有这样才能保证在30%~100%负荷工况下，锅炉平均运行效率接近额定效率。

2）提高管网输送效率。影响管网输送效率的因素有三个，即保温、泄漏和水力失调造成的热损失（而国外基本上是保温损失），其中因外管网水平失调和供暖系统垂直失调而造成的热损失十分可观。外管网的水平失调和室内供暖系统的垂直失调损失的热量所占比例很大，必须改进。如今“煤改燃”，燃气的成本高，减少管网失调热损失显得十分重要。为减少管网热损失，应采用水力平衡系统和室温调控系统。

四、燃气锅炉供热节能技术简析

1）气候补偿技术。气候补偿技术是在传统锅炉房供暖系统上应用一套气候补偿系统，该气候补偿系统主要由气候补偿器、电动调节阀、室外温度传感器、供水温度传感器等几部分组成。通过在气候补偿器中预设定锅炉供暖运行调节参数（曲线），并根据室外温度传感器反馈回的室外温度（变化），气候补偿器可计算出当前较为合理的供水温度，并依据该温度控制调节电动调节阀的开度（即调节供暖系统回水量与锅炉供水量的混合比例），从而调节系统的总供水温度，使锅炉房供暖系统可以根据室外温度变化实现“按需供热”。

2）系统循环水泵变频技术。系统循环水泵变频（调速）技术是一项根据用户用热需求变化来改变（通常是降低频率）循环水泵电机频率，进而改变系统循环水量（通常是减少循环水量），有效节省循环水泵输配电耗的节能（电）技术。该技术主要是通过控制系统压差、压力或供水温度等来实现循环水泵的变频运行。由流体力学理论可知，循环水泵的循环水量Q与水泵转速n的一次方成正比、循环水泵扬程H与水泵转速n的平方成正比、循环水泵的轴功率Ps与水泵转速n的三次方成正比。因此，采用水泵变频技术，通过降低循环水泵转速可明显降低水泵功耗。虽然在水泵的实际运行中，水泵的轴功率Ps与转速n不一定成三次方的关系，但据相关实测研究可知，其节电效果也相当显著。

3）烟气冷凝回收技术。烟气冷凝回收技术是一项利用烟气冷凝回收装置回收燃气锅炉排烟余热的节能技术，应用烟气冷凝回收装置可将温度较高的锅炉排烟与温度较低的供暖系统回水进行热交换。一方面，低温的供暖系统回水可以降低高温烟气可回收烟气中的显热；另一方面，低温供暖系统回水将高温烟气中的水蒸气冷凝成水，回收水蒸气的相变潜热。相关研究资料表明，烟气冷凝回收装置可提高燃气锅炉实际运行效率达3%～8%。

4）室外供热管网水力平衡技术。室外供热管网水力平衡技术通过室外供热管网各支路上的水力平衡装置来调节整个管网的水力工况，是一项解决供热管网系统水力失调的节能技术。室外供热管网水力失调分为静态水力失调与动态水力失调。静态水力失调主要是因为设计、施工、管路的管材管件等因素会影响管网各支路的管道阻力系数，致使管网各支路之间的实际管道阻力系数比值与设计值不一致，反映到流量上则表现为管网各支路用户的实际流量与设计流量不一致，产生水力失调。水力失调直接导致热力失调，表现为实际流量值大于设计值的用户。

室温偏高和实际流量值小于设计流量值的用户，室温偏低。静态水力失调是供热系统自身存在的问题，可通过安装并调试静态水力平衡阀加以解决。动态水力失调主要是因为管网系统部分支路热用户通过调节系统阀门改变系统流量，即调节供热量以适应其用热需求的变化。该部分支路热用户流量变化直接影响到管网其他支路热用户的流量，产生水力失调。动态水力失调是供热系统在运行过程中产生的问题，可通过应用自力式压差控制阀与自力式流量控制阀加以解决。

结束语

燃气锅炉采用的是清洁的能源，对保护大气环境，减少污染物的排放和保护人们的身体健康有着重要的意义。随着我市“煤改气”进程的不断加快，对燃气锅炉的需求也将会进入快速增长的阶段。燃气锅炉在节能运行控制上的不断创新和进步也将带动自身的发展。

参考文献：

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[3]美国制冷空调工程师学会，徐伟，等，译.地源热泵工程技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.