天然氣鍋爐集中供暖節(jié)能技術及應用研究

王巖

摘 要：天然氣集中供暖是多個建筑共同使用一個天然氣鍋爐，可以滿足一定區(qū)域范圍內居民的供暖，這種供暖方式單位建設面積小，有助于集中管理，確保供熱的安全性和可靠性。然而由于我國各地天然氣供暖技術差異，在供暖過程中，一些供應商為了滿足遠端用戶的供暖需求，將天然氣鍋爐過度加熱，從而導致近端客戶供暖過熱，遠端供暖不足等問題，造成嚴重的資源浪費。為了提高天然氣集中供暖系統(tǒng)的熱效率，降低鍋爐熱損耗，達到節(jié)能、經濟性目標。本文就天然氣鍋爐集中供暖節(jié)能技術及應用進行了探討。

關鍵詞：天然氣鍋爐;集中供暖;節(jié)能技術

引言：

隨著世界性能源危機爆發(fā)以及生態(tài)環(huán)境惡化，嚴重威脅到人類生存發(fā)展。我國煤炭資源豐富，北方供暖、南方供電主要依靠煤炭能源，煤炭燃燒過程中釋放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害物質，是造成溫室效應的主要因素之一。天然氣作為公認的清潔能源，具有使用便利、安全可靠、改善效率等優(yōu)點，隨著生態(tài)文明建設的快速推進及國家《大氣污染防治行動計劃》《促進天然氣協(xié)調穩(wěn)定發(fā)展的若干意見》等政策意見出臺，各地加快了“煤改氣”、“油改氣”步伐。天然氣集中供暖技術逐漸成熟，使用安全、價格便宜、使用方便的特點。但是天然氣集中供暖采用全天候供暖，由于不同樓層導致溫度差異，造成暖氣資源浪費[1]。通過分析天然氣集中供暖節(jié)能結束，可以降低天然氣集中供暖的能源消費，達到節(jié)能目標。

1 天然氣鍋爐集中供暖節(jié)能技術

1.1冷凝技術

鍋爐燃燒后產生的煙氣經過冷凝器冷卻后恢復到原始的溫度，在冷凝過程中水蒸氣凝結成水排放出來的熱量稱之為高位發(fā)熱量，水蒸氣處于蒸汽狀態(tài)散發(fā)的熱量稱之為低位發(fā)熱量。高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之間的差值，就是水蒸氣氣化潛在熱量，由于不同燃料的熱值差異，所以導致水蒸氣的熱值存在一定的差異。天然氣中含有的氫元素比較多，燃燒后煙氣中的水蒸氣熱量比較大，通過冷凝技術可以將水蒸氣的潛在熱值利用起來，提高天然氣鍋爐的熱效率。傳統(tǒng)鍋爐煙氣溫度一般在160—250攝氏度范圍，讓燃料燃燒產生的煙氣水蒸氣處于過熱狀態(tài)，導致水蒸氣的熱量在煙囪中流失，降低鍋爐的熱效率[2]。通過冷凝技術，可以將鍋爐燃燒排放的煙氣冷凝回收熱能進行回收，經過回收處理后的煙氣溫度降低，尾部煙氣溫度降低到110—180攝氏度范圍，有助于充分吸收鍋爐尾部煙氣的水蒸氣潛在熱能，將鍋爐的燃燒效率提升到108%，可以節(jié)約10-20%的燃氣。在水蒸氣熱量回收過程中，可以降低鍋爐尾部排放煙氣量，達到節(jié)能減排的目的。在燃料耗值不變的條件下，鍋爐供熱系統(tǒng)的冷凝裝置回收的冷凝水越多，則回收的熱值越高，鍋爐熱效率也越高。

1.2變頻技術

變頻技術是將直流電逆變成為不同頻率的交流電，或者將交流電逆變成為不同頻率的直流電，是一種轉換技術。變頻裝置是微電子技術和變頻技術結合，通過改變電動機工作頻率達到控制交流電動機[3]。變頻裝置包括整流、濾波、逆變器、控制器、微處理單元等單元元件。整流單元將固定的交流電轉變?yōu)橹绷麟?，滿足變頻器運行要求;逆變器由大功率開關晶體管陣列構成的電子開關，直接將直流電轉化為不同頻率、寬度和幅度的方波?？刂破骺刂戚敵龅姆讲ê皖l率，疊加為近似正弦波的交流電，驅動交流電動機運行。微處理單元負責處理變頻裝置運行的各項數(shù)據(jù)信息。將變頻技術運用在燃氣鍋爐的引風機、鼓風機、水泵，可以改變傳統(tǒng)風機、水泵通過擋板或者閥門調節(jié)風量、水量，達到改變風量的目的，這種控制方式，造成大量的風量被放風閥門放出去，造成電能的損耗。變頻技術可以控制風機、水泵的運行速度，根據(jù)燃氣鍋爐集中供熱的運行負荷改變風機和水泵的運行速度，變頻器可以自動采集蒸汽傳感器的運行數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，自動調節(jié)風機轉速、水泵流量，讓整個鍋爐爐膛保持穩(wěn)定的壓力，從而降低整個鍋爐的耗電量。鍋爐水泵啟動后，需要向蒸汽管網供水，如果鍋爐用水量增加，則管網壓力下降，傳感裝置將壓力傳輸?shù)娇刂破?，控制器則可以改變電機的頻率和電壓，調節(jié)水泵的轉速，達到降低水泵能耗的目的。

1.3氣候補償器

氣候補償器是利用天氣變化自動補償相應的調節(jié)量，達到節(jié)能環(huán)保的目的。它根據(jù)天然氣鍋爐集中供熱系統(tǒng)的運行負荷和室內建筑采暖的需求，對整個供熱系統(tǒng)進行調節(jié)，如果室外的溫度比較高，則降低補償量，如果室外溫度低，則增加補償量。氣候補償器的控制系統(tǒng)可以根據(jù)室外溫度變化和實際鍋爐的供水系統(tǒng)溫度與用戶設定溫度的偏差，調節(jié)控制閥門的開度，讓一次側熱流量或者冷流量達到控制出水/送風溫度的要求，系統(tǒng)自動調節(jié)一次側供水流量和二次側供水溫度，避免由于天然氣鍋爐集中供熱系統(tǒng)由于樓層溫度差異不同，導致熱量的損失，為住戶提供一個舒適、安全居住環(huán)境。氣候補償器具有以下優(yōu)點：第一，根據(jù)太陽輻射溫度差異調節(jié)三通閥門的供水溫度，以免造成不同樓層溫度差異，導致住戶家中過熱造成開窗現(xiàn)象[4]。第二，氣候補償裝置可以設置時間，根據(jù)不同時間段用戶對室內的要求，調節(jié)室內的溫度。白天室內無人或者少人情況下，可以減少房間的供暖量，夜晚人多、氣溫下降比較低的時候，可以增加房間的供暖量。第三，氣候補償器的恒溫閥門可以從太陽、電器設備、人體等熱源獲得熱量，補充室內的供暖量，降低鍋爐供暖系統(tǒng)的熱量。

2 天然氣鍋爐集中供暖節(jié)能技術的應用

北方城市某天然氣鍋爐集中供熱系統(tǒng)為例，該鍋爐房占地1500平方米，住宅面積74萬平方米，實際供熱面積為78萬平方米。該鍋爐系統(tǒng)采用3臺20噸天然氣鍋爐，鼓風機將風量引入到天然氣熱水鍋爐，讓鍋爐內的天然氣充分燃燒，熱水加熱后輸送到換熱器，將一次測網路和二次測網絡的水進行交換，一次測回水網路被除污器進行除污過濾后送入到省煤器，與鍋爐部分煙氣進行熱量交換，降低鍋爐尾部煙氣的溫度。鍋爐回水吸收煙氣溫度后在此進行到鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)，完成一路側網路循環(huán)[5]。二次測網路與用戶側供暖裝置換熱后，通過除污器進出鍋爐除污，處理后通過循環(huán)水泵輸送到換熱器，進行二次熱量交換循環(huán)。由于太陽輻射在不同季節(jié)不同時間的差異不同，對天然氣鍋爐的總供熱負荷造成一定的影響。如果不能根據(jù)室內溫度變化進行調節(jié)供熱溫度，則會造成不同端客戶的室內溫度過熱，用戶開窗降溫的現(xiàn)象。在三臺天然氣鍋爐外部安裝氣候補償器，如果室外的太陽輻射溫度達到了鍋爐設定間斷供熱的溫度時，則天然氣鍋爐自動轉為停機狀態(tài)，通過外部熱量進行供熱;如果外界的溫度無法達到鍋爐供暖系統(tǒng)規(guī)定的熱量數(shù)值，則讓鍋爐處于滿負荷運行狀態(tài)，確保整個供熱范圍的供熱需求。

結束語：

隨著煤改氣項目的推進，天然氣鍋爐集中供暖將成為未來城市集中供熱的主要方式。受到不同端用戶的供熱需求，容易出現(xiàn)用戶熱量過多或者過少現(xiàn)象，造成能源浪費問題。根據(jù)天然氣鍋爐集中供暖系統(tǒng)的實際情況，選擇相應的節(jié)能技術，可以降低鍋爐的熱量損耗，達到節(jié)能減排的目標。

參考文獻：

[1]劉 亮. 天然氣鍋爐集中供暖節(jié)能技術探討[J]. 建筑工程技術與設計，2018（18）：4879-4879.

[2]胡德群. 清潔能源—— 一種綠色集中供暖的模式創(chuàng)新[J]. 城市管理與科技，2018，20（1）：60-63.

[3]許紅波，邱炳蔚. 北方地區(qū)供暖中低溫空氣源熱泵的應用[J]. 中國房地產業(yè)，2020（11）：236-236.