燃氣鍋爐的節能運行與技術控制探析

李洪偉

（北京市熱力集團有限責任公司，北京 100028）

在當前節能降耗理念的影響下，各行各業都在積極探索節能技術和節能途徑。對于燃氣鍋爐來說，其在實際運行過程中需要消耗較大的能量，如何降低能耗，提升燃氣鍋爐的節能效果是值得考慮的。

1 燃氣鍋爐的節能措施

1.1 鍋爐定期保養，改進燃燒不完全現象

對于鍋爐來說，鍋爐需要定期地進行保養，如果鍋爐不進行定期保養輕則使鍋爐增大燃料消耗量，重則設備出現故障或是發生保障的情況。因為燃氣鍋爐在環境良好的情況下，可以完全燃燒，較少會產生資源浪費的現象，而不良情況下，燃氣未充分燃燒，會造成一定程度的熱浪費。因此，在對此現象進行改良時，可以采用對鍋爐燃燒器加裝氧含量調節儀的方法，使得運行狀態達到最佳，從而有效地節省燃氣，降低運行成本。實時保證空氣和燃料的配比，更充分燃燒，以避免燃料不完全燃燒造成熱量損失。

1.2 增加煙氣余熱回收器，降低排污損失

燃氣鍋爐通過在燃燒過程中控制燃燒流量和空氣流量持續在最佳空燃比，以確保整個生產過程中最經濟燃燒。但燃氣鍋爐具有非線性、變量多等特點，燃油的完全燃燒程度也直接影響燃氣鍋爐燃燒效率。（1）空燃比在不同負荷下的最優比值是動態變化的；（2）燃油中的成分比是動態變化；（3）受各種變量影響，流量測量也存在不準確因素。這些，都直接在不同程度上影響到鍋爐熱效能。因此在這個控制系統中，還需增加一個動態性能指標，即煙氣含氧量指數。保證供水溫度的同時，有效提高燃氣鍋爐運行中的燃燒效率，可通過增加對煙氣含氧量的閉環控制來實現。增加一個以最佳煙氣含氧量為控制目標的動態比例控制系統，即煙氣含氧量閉環控制系統。對于燃氣鍋爐節能來說，我們可以添加煙氣余熱回收器，可以有效地節省燃料，可節省3%～5%。鍋爐在進行排污時掌握好時機，一般在低負荷和高氣壓的情況下進行排污可以減少排污量。

1.3 進行有效保溫

不管是北方地區還是南方地區，燃氣鍋爐管道的保溫是非常重要的，在傳統的保溫措施里，所制作的燃氣鍋爐管道是巖棉外纏玻璃布。目前保溫措施有所提升，已將巖棉外包鐵皮替換原來的巖棉外纏玻璃布，并對燃氣鍋爐的管道系統進行升級。新能源的利用率明顯提高，同時也提升燃氣鍋爐管道的保溫功能。如果燃氣熱水鍋爐本體中的水在冷卻后再進行加熱，就會耗費更多的燃料，若是鍋爐本體中的水處于余溫狀態下就能相應的節約燃料，所以對于鍋爐本體來說，我們需要進行保溫，就好似熱水瓶，其目的就是減少熱水溫度的流失。

1.4 必須有可燃物質和足夠的氧氣進行燃燒

在工程實踐中，氧氣一般來自空氣。有足夠高的溫度。換句話說，燃燒的基本條件是：可燃物質與氧分子按一定比例混合；參與反應的分子必須有一定的能量儲備，即一定的溫度來克服分子間的內力，即當分子碰撞時，可以打破起始物質的鍵，然后結合成穩定的新鍵，最終導致反應產物的形成；需要一定的時間來確保反應完成。從節能的角度來看，進入鍋爐系統的氣體釋放的總能量Q應該等于鍋爐系統排出的總能量，包括鍋爐水q1的吸熱、不良水q2的吸熱、不完全燃燒損失q3、散熱q4和廢氣q5。即q=ql+q2+q3+q4+q5。當回水溫度或設定出口溫度的設定點(根據外部溫度變化)發生變化時，循環水的吸熱也隨之變化，所需的總熱值也隨之變化。因此，根據所需總熱量的變化，適當調整燃氣和進氣量，可以使鍋爐運行更加經濟有效。

2 燃氣鍋爐節能運行控制技術要點

燃氣鍋爐的排煙量越大，溫度越高，所損失的熱量就越多，所以我國致力于降低燃氣鍋爐的排煙熱量損失的研究，例如，當油煙的溫度上升18℃，再損失就會上升1%。主要分為2種方法：一種是冷凝式，利用燃氣鍋爐排放的煙氣中吸收水蒸氣在氣化時所生產的潛熱。一般使用的鍋爐會將煙氣中的大量熱量傳遞給水，可是冷凝式的燃氣鍋爐在吸收煙氣中部分的水蒸氣，還能冷卻氣化所產生的潛熱；另一種方法就是分離式的，可以將燃氣鍋爐所排煙余熱回收。此種方法可以高效率地回收燃氣鍋爐所排放的煙氣余熱，可是也存在一些缺點，例如，分離式的方法是利用接觸換熱器來實現氣體的液化過程，可是由于分離式能吸收煙氣中大量的有害物質。當接觸換熱器直接將所回收的氣體進行液化時，所液化出來的水質為酸性，是不能正常使用的。因此，分離式的方法由于企業條件的受限，不能使用該方法對所排放的煙氣中的余熱進行回收利用。

此外，鍋爐設備本身以及附屬的其他設備，風道等在散熱過程中會帶來較大程度的熱浪費，因此解決該類問題可以從設備本身進行改良，也可以通過對風道進行改良設計，降低散熱損失，尤其針對保溫散熱系統進行改革等。

3 例談燃氣鍋爐節能運行的新措施

3.1 冷凝燃氣低氮熱水鍋爐

冷凝燃氣低氮熱水鍋爐是目前市場上較為推崇的產品之一，具有很大的節能環保優勢，它的燃料為氣體，主要是天然氣、煤氣、液化石油氣和沼氣等，但使用最多的燃料是天然氣，所以我們也可以稱燃氣熱水鍋爐是天然氣鍋爐。作為燃氣熱水鍋爐的模塊爐熱效率高、升溫快、運行成本低、智能化操作、外形美觀等優勢。冷凝燃氣低氮熱水鍋爐每個模塊獨立運行，不影響整個系統運行時單個機組的故障，無須備用熱水鍋爐，占地面積小，可安裝在熱水鍋爐中。房屋的投資成本增加了地下室等小型設備的現場利用率。在繁華的黃金商業區，它為酒店、辦公樓和組織節省了空間，為熱水鍋爐節省了更多的土地投資和建設成本。熱水鍋爐可以無人值守，大大降低了管理成本和工人工資。能效高，可節省燃氣運行費用。采用冷凝原理，高性能比例燃燒系統，比如電磁燃氣閥，自動調節功能，節省燃氣，熱效率高達108.9%。這不僅延長了模塊化熱水鍋爐的使用壽命，而且還為用戶節省了客觀成本。

3.2 基于信息化物聯網的燃氣鍋爐遠程節能調節控制系統

當前，信息化技術手段已經滲透進各行各業，對于燃氣鍋爐領域來說，研究基于信息化物聯網技術手段的燃氣鍋爐遠程節能調節控制系統，也是一種新的思路。其基本理念在于解決溫度調節控制系統監測；溫度調節儀通過現場監測數據，根據監測數據經驗值設定調節溫度和上下限數據；監測數據出現故障時及時得到報警反饋；通過手機隨時隨地監測數據，減少操作人員巡檢次數，實現設備管理人員和操作人員同時多人監測燃氣熱水鍋爐數據。遠程節能調節控制系統的技術是基于modbus-rtu標準通訊協議，利用4G物聯網路由器模塊，采用485總線通訊或rj45網絡通訊與PLC相連。在上述技術支持下，可實現各項數據實時上傳，并在云平臺上直接同步。如現場鍋爐實時溫度、鍋爐溫度上下限值等。再通過4G手機實時同步數據，設備管理人員和操作人員，可通過手機隨時隨地對現場鍋爐進行實時監測和實時控制，減少了操作人員巡檢次數。根據實時監測數據，按經驗值遠程設定條件溫度，對設備電源進行開啟或關閉，以及對各項溫度限值等參數的設定等。再經由PLC調節程序精準控制熱水鍋爐的溫度，實現節能控制。在系統監測數據出現故障時，能及時報警功能和同步反饋。同時，該系統可進行夜間節能運行模式設定。每個熱水鍋爐供熱水的溫度50℃左右，正常冬季夜間，溫度控制在20℃不結冰即可，夏季夜間溫度可以更低。這樣至少可以節省30℃左右。1m3天然氣的熱量為3.5萬千焦，按50t熱水，其總熱量在630萬千焦，每日可節省約180m3的天然氣。整個系統，每年運行可減少約20萬元的燃氣費。

4 結語

近年來，燃氣鍋爐逐漸取代燃煤鍋爐、燃油鍋爐被廣泛應用在生產、生活的各個領域，成為當前社會的主流采暖工具。燃氣鍋爐解決了燃煤鍋爐污染嚴重、運行成本高昂等問題，具有顯著的經濟效益與社會效益，應用前景十分廣闊，今后應大力發展燃氣鍋爐，為可持續社會的建設和發展提供有力支持。綜上所述，在燃氣鍋爐的運行過程中，有關鍋爐的節能運行與技術控制占據了重要地位，燃氣鍋爐制造和運營企業應結合鍋爐實際運行中所遇到的相關問題，結合當前流行技術手段和技術發展方向，有針對性地進行節能技術的改造與運用，有力地推動燃氣能源利用效率的顯著提高。