城市燃氣鍋爐房供熱能力和余熱利用

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司西安分公司，陜西西安 710018）

0.引言

近些年來，隨著人們環保意識的逐漸增加，“煤改氣”已經成為主要的清潔供熱形式，因此北方區域采暖供熱的主要材料為天然氣。但是結合現狀分析，燃氣供熱仍存在一些不足，如成本較高、供熱氣荒等，并且煙氣排放大量氮氧化物及水蒸氣，因此需要降低成本，提取煙氣中的水蒸氣成為解決上述問題的主要措施。目前冷凝式換熱器與空氣預熱器是主要的煙氣余熱回收裝置。前者將城市熱網回水作為冷源，溫度不適宜，無法有效回收煙氣中的潛熱；后者只能回收顯熱，因為比熱容較低，只能收集部分煙氣熱。采用兩種設施組合使用的方法，也就是先使煙氣在冷凝式換熱器和熱網水換熱，之后進行空氣換熱，有效提高余熱利用能力，但是其提高程度取決于熱網回水溫度。這一方法無法從根本上解決問題，同時設備表面存在嚴重的金屬腐蝕問題[1]。為了探索一種有效的方法解決冷源溫度較低、無法深度收集煙氣冷凝熱以及換熱器腐蝕等相關問題，需要采取新型煙氣余熱回收技術。

1.城市燃氣鍋爐概述

城市燃氣鍋爐房的主要類型為燃氣開水鍋爐、熱水鍋爐以及蒸汽鍋爐等。熱水鍋爐也就是采暖鍋爐和洗浴鍋爐。燃氣鍋爐主要指將燃氣作為主要燃料的鍋爐，同燃油鍋爐以及電鍋爐相比優勢明顯，具有經濟性和實用性的優點。因此目前越來越多的人開始使用燃氣鍋爐，將其作為蒸汽、采暖以及洗浴使用的主要鍋爐設備。鍋爐也指通過各種燃料、電源或者其他能源，將盛放在其中的液體進行加熱，到一定參數后向外界輸送熱能的設備。相關規定對其范圍進行界定，主要為容積≥30L的蒸汽鍋爐，出口水壓≥0.1MPa，額定功率≥0.1MW，屬于一種有機熱載體鍋爐。

根據其燃料性質可以將燃氣鍋爐進行分類，主要為天然氣鍋爐、城市煤氣鍋爐、焦爐煤氣鍋爐、液化石油氣鍋爐以及沼氣鍋爐等[2]。根據其功能可將其劃分為開水鍋爐、熱水鍋爐以及蒸汽鍋爐等。根據其構造可將其劃分為立式鍋爐、臥式鍋爐。根據煙氣程序可將其劃分為單回程燃氣鍋爐和三回程燃氣鍋爐。上述類型中，天然氣鍋爐因為其占地面積較小、投資成本較低、實用性強以及施工周期較短，得到了廣泛應用。在“煤改氣”廣泛實施后，能夠有效減少煤場經濟費用，天然氣得到充分燃燒，降低煤渣排放成本，有效減少排煙熱損失，使鍋爐熱效率得到顯著提升。

城市燃氣鍋爐的主要優勢體現在幾個方面：（1）對保溫結構進行分析，其主要材料為玻璃棉，形成通體式保溫模式，質量較輕，保溫性能佳，有助于減少散熱損失。同時多采取白色彩板對其進行包裝，具有良好的美觀性、封閉性以及耐腐蝕性。因為實現了機電一體化，所以不會占據較大空間，操作簡便。（2）其結構為典型的鍋殼式順流三回程結構，在燃燒室中保證火焰的正壓燃燒，實現全部伸展，燃燒熱負荷較低，毒害物質的排出量非常少?；鸸苤胁迦胱枞紨_流片，使排煙速率明顯下降，促進換熱，煙室排出煙氣的溫度較低，避免熱損失，節約燃料。（3）具有良好的自動化程度。根據控制器發布的指令進行自動化吹掃，電子自動化點火及燃燒，實現對風油比例的自動化調節，有效提高設備的安全性和穩定性，具備一定的燃燒效果。同時配備了專門的熄火自動保護裝置，確保設備始終處于安全穩定的運行狀態下。全部功能均存儲于運行芯片上，一鍵開機，自動定時、定溫運行，用戶能夠對開啟和關閉時間進行設置，操作簡便。（4）控制系統結合水溫度控制循環泵開啟或關停，如果爐火超出上限水溫熱水循環泵開啟，反之熱水循環泵關閉。運行自動化，操作簡便，具備自動調節火焰及自動監測功能以及水位低限自動預警功能等。

2.余熱利用新技術

余熱利用新技術主要指基于直接接觸換熱煙氣余熱深度回收技術，圖1所示技術的詳細流程。首先需要在鍋爐房中設置吸收式熱泵和煙氣―水直接接觸式換熱器。其中前者通過天然氣提供動力，也可以結合鍋爐具體運行情況進行熱水驅動或者蒸汽驅動的配置。該系統能夠實現對預熱機組形成低溫冷水的充分利用，進而在換熱器中通煙氣形成直接接觸，提高換熱效果，之后將其帶入余熱機組；機組通過驅動能源的熱量以及煙氣熱量對熱網回水進行有效加熱，完成煙氣余熱回收任務[3]。整個流程中，是相對中介水的自動化處理，有助于減少腐蝕風險。

圖1 余熱利用新技術流程示意圖

相關研究顯示使用余熱利用新技術余熱回收率約為11%左右。本文以58MW燃氣鍋爐為研究對象，分析該項技術取得的經濟指標：對單臺機組來說，其余熱回收量超過6MW，系統的整體排煙溫度低于30℃，余熱回收熱泵機組的COP值超過1.65，氮氧化物排放治療濃度低于30mg/Nm3，熱泵機組負荷調節范圍在20%～110%，燃燒器燃燒效率超過99%并且配套設備的氮氧化物排放治療濃度低于30mg/Nm3，熱泵機組負荷調節范圍在20%～110%，對設備整體使用壽命進行評估，超過20年。本文通過回收余熱6MW展開計算，通過該項技術能夠水后余熱量150MW，使供熱面積得到顯著增加，具有非常好的環保效益和經濟效益。如果選擇天然氣動吸收式熱泵，有助于提高煙氣余熱回收設備的供熱性能，其總供熱能力高達350MW，先祖增加供熱面積。因為在受到凝結作用的影響，水蒸氣會吸收煙氣中部分氮氧化物與二氧化硫，有效減少煙氣中一些毒害物質的排放量，解決污染問題，具有良好的節能環保作用。

3.結語

近些年來燃氣逐漸取代燃煤，成為北方大多數城市供熱的主要能源，同時城市燃氣鍋爐房逐漸成為城市供熱的主要方式，促進燃氣鍋爐房的發展符合可持續發展戰略，有助于解決環境污染問題，實現對能源結構的全面優化?；趯Τ鞘腥細忮仩t房供熱能力及余熱利用的而分析，燃氣鍋爐房對城市供熱來說具有重要意義，采取基于直接接觸換熱煙氣余熱深度回收技術有效提高了經濟效益和環保效益。該項技術屬于一系統性節能技術，操作并不復雜，只需要將煙氣側改造便可，具有分期施工的特點，是保證燃氣鍋爐煙氣余熱深度回收的重要手段。但是該項技術的投資成本較高，因此可以通過合同能源管理模式加強與設備供應商合作，互利共贏。