燃氣鍋爐節能器應用的節能效益研究

丁亞偉

摘要：某油田的重點建設項目《敦煌基地東坪區域市政基礎設施建設工程》的綜合鍋爐房，總容量為35MW，共5臺WNS7-1.0/95/70-Q臥式內燃全自動燃氣熱水鍋爐，在此項目中，首次將鍋爐煙氣余熱裝置-節能器應用于某油田基地的集中供熱工程中，經過近幾個月的現場正常連續運行，取得很好效果，節能效果顯著，效益突出。

關鍵詞：節能器；煙氣余熱回收裝置；燃氣鍋爐房；節能；效益研究

引言

某油田敦煌基地東坪區域規劃設計住宅建筑3500套，其中一期2016年建成1176套，剩余按二期建設考慮，其中小區配套集中供熱鍋爐房一次設計建成。根據總體建設規模，鍋爐房總容量為35MW，東坪區域市政基礎設施建設工程綜合鍋爐房共設計5臺7MW燃氣熱水鍋爐，鍋爐為臥式內燃全自動燃氣熱水鍋爐，鍋爐型號為WNS7-1.0/95/70-Q。鍋爐房總供熱面積約為60×104m²。東坪鍋爐房供熱面積大于50×104m²，屬于城市供熱規劃中劃分的集中供熱。鍋爐房供熱面積詳見表1。

《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ26—2010）第5.2.8條散熱器采暖系統宜設煙氣余熱回收裝置；第5.2.4條規定，7MW的燃氣鍋爐最低設計效率不應低于89%。散熱器采暖系統應設煙氣余熱回收裝置，煙氣余熱回收裝置后的排煙溫度不應高于100%。《鍋爐節能技術監督管理規程》（TSGG0002-2010）燃氣鍋爐在額定工況下的熱效率目標值和限定值，當Q>1.4MW時，分別為94%和90%。根據鍋爐排煙溫度每下降12～15%，排煙熱損失減少1%，鍋爐熱效率可提高1%，則可使鍋爐熱效率提高9%～12%，使其達到95%或更高。在燃油燃氣鍋爐中最主要的熱損失是排煙熱損失，它決定于排煙溫度和過量空氣系數α。而過量空氣系數α又和燃燒直接有關，通過合理配風并輔以相應的監測措施，可控制α在1.05左右。降低爐內過量空氣系數可以降低煙氣露點，從而可以達到較低的排煙溫度，能夠較大地減少排煙熱損失。小型臥式內燃蒸汽鍋爐（如WNS型）由于無尾部受熱面，排煙溫度在250%以上，理論上排煙熱損失為8%以上。由于燃氣鍋爐排煙中水蒸氣的含量高，當燃油燃氣鍋爐在過量空氣系數和排煙溫度相同的情況下，燃氣鍋爐熱效率比燃油鍋爐約低1.5%左右。要提高燃氣鍋爐的熱效率必須進一步降低排煙溫度。

1影響排煙溫度的主要因素

傳統確定鍋爐排煙溫度的根源及指導思想是：如鍋爐排煙溫度過低，或更確切講，是為了防止鍋爐尾部受熱面的酸腐蝕，這也是國家標準的基礎。酸腐蝕是因為大多數燃煤鍋爐煤燃料含有S這一有害元素，其燃燒時生成SO2和H20反應后生成硫酸H2SO3，而對燃氣鍋爐，因一般天然氣燃料中含硫較少，所以燃氣鍋爐酸腐蝕相對較輕。

數據顯示：在使用柴達木盆地的不含硫的優質氣源的供熱燃氣鍋爐房設計中，因沒有鍋爐尾部受熱面的酸腐蝕問題，故可采取較低的鍋爐排煙溫度，從而實現較高的鍋爐的熱效率。調研顯示，一般燃氣鍋爐，不加煙氣余熱回收裝置一節能器時，排煙溫度在130～150%（敦煌石油基地現有的10座燃氣熱水鍋爐房鍋爐均未裝設節能器，鍋爐的排煙溫度平均約為140%）。

2節能器的實際使用效率統計測算

2.1使用節能器后鍋爐的實際運行參數鍋爐主要運行參數見表3

2.2使用節能器后鍋爐的實際效率提高率計算1）循環水側計算：節能器進水平均溫度為39.95%，節能器出水平均溫度為41.34℃，鍋爐平均供水溫度為62.08℃。按循環熱水升溫計算節能器熱效率為：節能器效率提高率11：（41.8-39.95）/（62.08-41.34）×100%=6.69%。2）節能器煙溫側計算：節能器煙溫進口平均溫度為142.28℃，出口平均溫度為56.67℃。按循節能器降溫計算節能器熱效率范圍為：節能器效率提高率：η1=（142.28-56.67）/12×100%=7.13%（按溫度下降12%，效率提高1%計）11 2=（142.28-56.67）/15×100%=5.71%（按溫度下降15℃，效率提高1%計）則節能器效率η=5.71%～7.13%.

3燃氣鍋爐節能器的節能量分析計算

3.1提高燃氣鍋爐效率的節能量

按0.7MW燃燒需80m3天然氣量計算，每年鍋爐運行1 80d，計算運行期按15年計。計算統計范圍為鍋爐負荷10%～100%時，節能器節能效率提高1%～14%，鍋爐節約天然氣值，見表3。

3.2敦煌基地供熱鍋爐房平均運行負荷統計分析

某油田敦煌基地現有的10座區域供熱鍋爐房2014年、2015年的天然氣消耗量見表5。從表5中分析計算結果為：1）實際鍋爐每MW平均運行消耗天然氣量為：212167÷180÷24=49.11m3；2）折合每t鍋爐平均運行負荷為49.11×0.7÷80=43%。當鍋爐平均運行負荷在43%和80%時，在不同的節約效率提高下的天然氣節約量見圖1。

結語

1）每臺鍋爐在壽命周期內節約天然氣折合人民幣價格為：1114560m3×1.26元/m3=1404345.6元～140萬元。2）節能器投資回收期為：5/140×15年=0.54年，節能器投資約5萬元/臺。3）鍋爐房預計節約天然氣為1114560m3×5=5572800m3，折合人民幣約為700萬元。4）考慮到節能器使用壽命較鍋爐短，按中間節能器更新1次考慮，節約人民幣為650萬元。5）如果節能器熱效率能進一步提升，相應節能效果更顯著，建議在燃氣鍋爐房設計中盡力增加節能器。