醫院供熱節能減排改造方案淺析

文_鄒禹 天津市南開醫院

1 醫院供熱改造的必要性

近年來，伴隨著醫院的功能健全和規模擴充，能耗也隨之逐年增加，同時在能效管理方面也暴露出諸多問題，如能耗指標偏高、用能管理不當、成本支出難以控制、能源安全難以保障等，對醫院后勤管理水平提出了更高的要求，同時也成為制約醫院現代化發展亟待解決的問題。以某醫院為例，該醫院冬季采暖及衛生熱水每年的能源成本支出在300萬元左右，占到醫院總能源成本的25%以上，因此將原有的市政集中供暖改為了燃氣鍋爐采暖，將原不符合排放標準的燃氣鍋爐進行超低氮改造，降低了碳排放，增加了經濟效益。為更多的醫院供熱節能改造提供了可行性依據。

2 本改造方案的可行性分析

提高能源利用率最易實現的方式就是熱回收。鑒于醫院的能源消耗環境，從經濟效益的角度分析，為了提高余熱利用效率，熱回收設計方案應當與熱源的生產系統方案相結合，將煙氣余熱在不改變其熱能形式下，用合理的技術手段轉化為所需熱量，避免大量因為轉換熱量形式造成的熱損失，因此，直接進行煙氣熱回收的換熱技術是一種應用最廣泛，成本較低，經濟效益突出的技術手段。

本方案是利用板式熱交換器結構，回收煙氣余熱并通過熱傳導的方式加熱熱水。經科學測算，方案所使用的板式熱交換器煙道側和循環水側的流體阻力相差近20倍。因而在科學合理的布局下，低阻力側通過體積、流量大的煙氣用以提供熱源；而流量遠遠小于煙氣的循環水將降低流速，緩慢通過裝置的高阻力側，經過科學的結構設計，增大了單位時間內煙氣和水的熱傳遞面積，換熱壓力損失較小。該板式熱交換器同時具有體積小、煙氣阻力低，熱回收效率高，不影響鍋爐系統和水泵工況運行等特點。

該裝置的構造簡單巧妙，具有眾多優點。一是導熱效率高，換熱面積大；二是體積相對較小，方便安裝，且內部構造簡單，沒有運動部件，利于后期維護；三是該裝置的冷凝系統完美解決蒸汽排放問題和冷凝水循環利用問題。

3 實現本方案的方法

3.1 安裝方法

將該裝置安裝在水平煙道處，煙道離裝置距離盡可能縮短以免造成煙氣熱損失，裝置凝水口應朝下，充分利用高度勢能排放。裝置由吊鉤或者支架承重，煙道與裝置處由薄法蘭連接，煙氣出口側宜采用不銹鋼材料，防止煙氣腐蝕。煙道末端應確保1～2m長度，向下坡度不小于1%，并在最低處設置集污裝置，集污裝置末端接凝水管，一并接入排水溝。裝置后煙道坡度應恢復正常，可以不設煙氣旁通，進、出水管上均需設置閥門，水流方向為低進高出，電氣部分不需要改動，詳細結構切面見圖1。

圖1 裝置結構切面

該裝置接入供熱和自來水系統后，可以長期在給醫院供熱的同時提供衛生熱水，且無需大量人力投入，同時減小了電力資源投入，系統詳情見圖2。

圖2 煙氣熱回收系統接入圖

3.2 連接方法

與熱水系統補水管路駁接，或根據不同用戶的熱水負荷特性采取靈活的管路駁接方式，具體并管方式見表1。

表1 煙氣熱回收并管方式

4 節能改造達到的效果

4.1 系統各部分基本參數

4.1.1 鍋爐技術參數

制熱量為907kW，衛生熱水所需熱量為430kW，制冷耗氣量為80.6m3/h，制熱耗氣量為105.5m3/h，衛生熱水耗氣量為46.9m3/h，排煙溫度為160℃，煙道截面長×寬為600mm×250mm。

4.1.2 天然氣組成

市區常用天然氣中各組分的體積分數見表2。

表2 天然氣中各組分的體積分數 （%）

4.1.3 燃燒特性參數

經查閱，煙氣中CO2、N2、水蒸氣的體積分數分別為9.1%、73.2%、15.3%，煙氣的相對分子質量M為18.4，天然氣燃燒的理論空氣量V0為0.07m3/m3，平均空氣系數為1.2，實際煙氣量Vf為13.24m3/m3。標準狀態下煙氣密度為1.26kg/m3。

4.2 余熱回收計算

4.2.1 單位時間產生的煙氣

4.2.2 單位體積煙氣的理論焓

4.2.3 單位體積煙氣的實際焓

4.2.4 煙氣余熱回收量

4.2.5 余熱回收量折合成的天然氣消耗量

4.2.6 余熱回收創造的價值

式中 C—單位時間余熱回收創造的價值，元/h；Cg—天然氣價格，元/m3。

4.3 經濟性分析

4.3.1 設備造價

鍋爐最大燃燒量109.5m3/h（960kW），其市場價格為5萬元，改造衛生熱水系統價格為2000元，余熱回收系統所使用的水泵總價為1000元，因此整套余熱回收系統設備造價為53000元。

4.3.2 余熱回收系統的年運行費用

鍋爐運行時間按10h/d計，運行時間為1500h/a，電價按1元/（kWh）計。經計算可得，年燃料消耗為86490m3，則年運行費用為30.01萬元/a。

4.3.3 余熱回收系統創造的經濟效益

經計算，煙氣余熱回收系統年節省的燃料為9673 m3/a，凈收益為33725.71元/a，投資回收期為1.7a。

5 結語

對于有衛生熱水及采暖需求的用戶，在鍋爐煙道上安裝煙氣余熱回收換熱器后，經計算，此裝置預計能夠達到10%及以上的熱能回收率，可進一步提高熱源（鍋爐）的一次能源利用率。而且應用規模越大、負荷越大，節能效果越驚人，投資回報期越短，尤其在醫院這樣的使用環境，值得大力推廣。