試析暖通供熱鍋爐房的節能措施

（河北建筑工程學院，河北張家口市，075000）梁昱升祁甫王嘉澤

長期以來，我國存在較為嚴重的能源供應和能源利用效率受限的問題。國內供熱主要耗用燃煤等化石能源，考慮到能源不可再生性和耗用過程產生程度環境污染，大規模使用燃煤滿足集中供熱需求已經不再符合當代暖通供熱產業發展的實際需求。以往集中供熱通常是用在天氣比較嚴寒的北方城市，但是現在由于中國經濟社會的發達，在集中供熱技術已經不再受南北方的氣候影響，有不少的南方城市，也都進行了集中供熱。雖然集中供暖的好處也相當的大，可是卻增加了不少的能源消耗。在有較大規模供熱需求和重工業發達區域，通過對暖通供熱原料選擇、溫度控制、污染處置和新技術優化等環節的有效干預，設計適應節能高效和環境友好需求設計并應用符合節能要求的暖通供熱鍋爐，具有非常重要的現實意義。

1 暖通供熱鍋爐的工作原理

暖通供熱鍋爐的要功能就是供應熱源，一般來說，暖通供暖鍋爐的整個供暖流程都需要有如下三個過程構成。首先，把可燃原料運送到供暖鍋爐里面，當可燃原料被運送到供暖鍋爐里面以后，這種原料就會在鍋爐的里面進行激烈的燃燒，這是一種放熱的過程，會產生巨大的熱能。第二步，在對燃燒原材料進行焚燒以后,，所形成的各種焚燒產物會形成高溫煙氣，而這種高溫煙氣中包含了巨大的熱力，會沿著整個鍋爐設備不斷傳播，當經過整個鍋爐的不同部分的時候，熱力也就隨之傳播到了這些部分內，這整個過程就是供熱過程。第三步，由于高溫煙氣主要加熱的部分為水蒸氣，這些水蒸氣會進入到供熱鍋爐的外部供熱設備，將其中所含有的熱量傳輸給供熱鍋爐外部的保暖設備[1]。

2 供熱鍋爐節能管理主要影響因素

供熱鍋爐的高效使用對于節約燃煤資源和提升暖通工作效率具有重要意義，為此從業人員必須關注供熱鍋爐爐型、供熱鍋爐熱負荷和供熱鍋爐的容量臺數三類要點，在充分理解暖通供熱鍋爐運行范式的基礎上找到與節能管理目標相適應的改進要點。

2.1 供熱鍋爐的選擇

暖通供熱的供熱鍋爐選擇主要涉及爐型選擇和規模選擇。

從爐型選擇來看，供熱鍋爐的爐型對于其能源利用效率和污染排放情況會產生重要影響。從供暖的熱效率來看，供熱鍋爐的型號是最重要的影響因素。很多的城市在最初建立供暖系統的時候，由于在實現沒有對供熱系統進行遠期的規劃，相關的調查數據收集得也不夠充分，這就導致了選用的供熱鍋爐的型號不正確，無法適應實際的情況。一般而言，供熱鍋爐的爐型需要適應供熱對象和供熱規模的實際要求，選定符合國家標準和行業標準的專業鍋爐，運作過程中鍋爐的單體和整體熱效率均需要滿足高于68%的底線控制標準。因此從能源利用效率提升和環境友好發展的角度來看，暖通供熱鍋爐需要基于《供熱工程項目規范》（GB55010-2021）和《建筑技能與可再生能源利用通用規范》（GB55015-2021）等最新的國家和行業規范加強已有供熱鍋爐爐型優化管理并合理規劃新建供熱鍋爐的爐型條件[2]，選擇合適的供熱鍋爐以實現鍋爐的節能環保目標。

從供熱鍋爐的規模選擇來看，供熱鍋爐的容量和數量對于鍋爐的供熱效率能夠產生較為顯著的影響。從供熱鍋爐設計與應用規范來看，采暖用的鍋爐一般不用設計備用爐，但是實際應用層面備用爐多數難以發揮其設計作用，不僅占用較大的建筑面積，還存在日常維護不當和長期使用擱置等問題，導致發熱成本和運營成本等高企[3]。

2.2 供熱鍋爐熱負荷

供熱鍋爐的技術實質是一項能量轉換設備，通過燃煤等方式轉換、儲存并輸送熱能。在這一過程中，供熱鍋爐的管理必須重視熱負荷的控制，即通過動態監測各個集熱系統的熱負荷及時應對部分鍋爐熱負荷較高導致供暖成本提升的問題，以此保障供熱鍋爐在節能高效的環境下平穩運行。

當前供熱鍋爐行業主要采用三類熱負荷計算方法，分別為體積法、面積法以及統計法[4]。具體而言，體積法以及面積法只是計算出了基本形式下的熱負荷計算，很難明確單個建筑內的熱負荷，統計法能夠對比供熱鍋爐不同單體建筑區域內的熱負荷差異情況，因此統計法的計算精度較高且應用場景也較為廣泛。

2.3 供熱鍋爐的排煙量和溫度

供熱鍋爐的節能效率還受到鍋爐排煙量和溫度的影響。當前國內供熱鍋爐主要通過燃煤方式向鍋爐內部投放粉末狀煤炭材料燃燒轉化為熱能，最終形成巨量的高溫煙氣形成熱能傳遞[5]。在熱能轉化與傳遞的全流中，影響供熱鍋爐排煙量和溫度的主要因素有燃燒材料實現粉末化制備效率、溫度過程監控情況、通風條件和鍋爐型號等，各項因素和各個環節的有機組合能夠保障暖通供熱鍋爐的日常高效運轉，基于節能目標合理控制供熱鍋爐的排煙量和溫度需要重點關注兩大方面。

2.3.1 優化鍋爐的通風條件

經過節能改造的供熱鍋爐需要在為鍋爐燃燒供熱提供充分氧氣的同時，實現新風涌入助燃的節能效果，最終提高燃燒的完成率。

2.3.2 改造鍋爐排煙設備

供熱鍋爐的發熱傳輸主要借助高溫煙塵，但是在當前大量應用的傳統鍋爐之中，大量煙塵在鍋爐燃燒過程中排放，導致供熱鍋爐的最終發熱效率下降。針對這一痛點，供熱鍋爐的節能改造與設計要重點優化出煙管道設計，通過分流出入風口和延長煙塵排放管道等方式控制供熱鍋爐的排放損耗。

3 暖通供熱鍋爐房節能管理的策略建議

3.1 傳統暖通供熱鍋爐節能管理操作要點

3.1.1 優化鍋爐類型選擇與應用

目前使用的大量供熱鍋爐已經投產一定的時間，爐型選擇較為傳統，基于節能要求推進在用供熱鍋爐的爐型改造與新建鍋爐爐型選擇優化是開展暖通供熱鍋爐節能管理的首要環節。針對發熱和傳輸的實際需求，科學計算鍋爐的熱容量和整體數量，確定適合發熱和傳輸需求的熱負荷水平，避免出現熱負荷較高或者過程利用率不足的問題。近年來，基于節能管理要求的供熱鍋爐設計逐漸轉向了介質調整方向，即采用蒸汽取代熱水的方式，以處理高溫煙塵形成蒸汽向終端輸送的方式取代高溫煙塵將能量傳遞到水體中最后向終端輸送的供熱方式。這一傳送方式的轉變會直接影響供熱鍋爐的改造與設計要求，考慮到飽和度越高其安全系數和節能效果越好，供熱鍋爐的熱傳輸介質也逐漸向飽和度較高的方向轉變。

3.1.2 控制排煙溫度

控制供熱鍋爐的排煙量能夠有效改進供熱鍋爐的發熱效率。現有研究成果顯示，供熱鍋爐的煙塵排放溫度每上升18℃將會導致熱效率比例下降1%。為了有效控制高溫煙塵排放體量和排放溫度，需要從三方面加以改進。①冷凝技術處理吸收供熱鍋爐排放煙氣中的潛熱，具體操作是改變此前熱量向水體傳輸這一較為低效的熱量留存方式，直接吸收煙氣中部分的水蒸氣實現更高效率的熱效留存。②通過分離技術處理將鍋爐所排煙余熱回收，具體操作是使用接觸換熱器直接將所回收的氣體進行液化，在完成更高效率的熱能留存的同時進行有害氣體和固體排放物的處理。

3.2 應用新技術的節能管理操作要點

3.2.1 擴大冷凝燃氣低氮熱水鍋爐使用比例

冷凝燃氣熱水鍋爐具有熱效率高、升溫快、運行成本低、智能化操作、外形美觀等優勢，具有很大的節能環保優勢。暖通供熱行業的節能改造需要通過新建或改造的方式逐漸使用熱效率更高和更滿足環保管理要求的冷凝燃氣低氮熱水鍋爐替代傳統熱效率較低且環保負面影響嚴重的燃煤問題舊式供熱鍋爐。

從實際操作來看，冷凝燃氣低氮熱水鍋爐的燃料為氣體，主要是天然氣、煤氣、液化石油氣和沼氣等，現行使用比例較高的是天然氣。在應用過程中，冷凝燃氣低氮熱水鍋爐每個模塊獨立運行，可以安裝在熱水鍋爐中，采用冷凝原理和高性能比例燃燒系統，比如電磁燃氣閥，自動調節功能并能節省燃氣。

3.2.2 有條件應用云計算等信息技術

云技術不僅僅是現代技術的產物，同樣也是供熱鍋爐控制的重要內容，云技術可以實現對運行體系的安全維護、故障修復，還對運行體系的效率提升有著重要的作用。云技術可以通過自身所攜帶的掃描軟件來對鍋爐運行時產生的一系列數據進行反復的核對，可以及時的找出鍋爐在工作時一些工作人員難以發現的安全隱患，并且快速地做出相應的解決策略來對出現故障的部位進行修復。云

3.2.3 創新測量技術手段

在不斷創造良好的計量工作環境的過程中，供熱企業及其相關部門的工作人員必須創新在線計量和處理技術。從具體操作來看，整個暖通供熱鍋爐房連續燃燒的正常運行環境是工程設計中要求較多內容的工作環境，工作人員必須掌握更加多樣化的在線測量技術，及時獲得更加準確的測量數據分析信息。通過嚴格執行計量系統的內容，工作人員可以順利的進行計量工作，保證整個鍋爐的正常運行，大大提高效率。當然，還必須根據實際工況及時采用可行的在線測量技術。

4 結語

綜上所述，目前我國供熱企業在暖通供熱鍋爐房設備運行管理過程中仍然面臨著一些影響節能效率的問題，難以為供熱鍋爐帶來更大的經濟效益。供熱鍋爐的從業者與主導機構必須要及時做好準備工作，善于充分運用一些科學化的信息化和技術手段等來實現對暖通供熱鍋爐房運行的實時優化，包括通過優化鍋爐類型選擇與應用和控制排煙溫度兩大供熱鍋爐傳統節能管理操作要點，以及擴大冷凝燃氣低氮熱水鍋爐使用比例、有條件應用云計算等信息技術和創新測量技術手段等新技術手段提升供熱鍋爐的節能管理效率，以此有效降低鍋爐熱能源的損失，達到實現暖通供熱鍋爐房節能低碳減排的最大目標。