燃氣鍋爐的節(jié)能運行與技術(shù)控制探析

李洪偉

（北京市熱力集團有限責(zé)任公司，北京 100028）

在當(dāng)前節(jié)能降耗理念的影響下，各行各業(yè)都在積極探索節(jié)能技術(shù)和節(jié)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(jié)能效果是值得考慮的。

1 燃氣鍋爐的節(jié)能措施

1.1 鍋爐定期保養(yǎng)，改進燃燒不完全現(xiàn)象

對于鍋爐來說，鍋爐需要定期地進行保養(yǎng)，如果鍋爐不進行定期保養(yǎng)輕則使鍋爐增大燃料消耗量，重則設(shè)備出現(xiàn)故障或是發(fā)生保障的情況。因為燃氣鍋爐在環(huán)境良好的情況下，可以完全燃燒，較少會產(chǎn)生資源浪費的現(xiàn)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(xiàn)象進行改良時，可以采用對鍋爐燃燒器加裝氧含量調(diào)節(jié)儀的方法，使得運行狀態(tài)達到最佳，從而有效地節(jié)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(xù)在最佳空燃比，以確保整個生產(chǎn)過程中最經(jīng)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(yōu)比值是動態(tài)變化的；（2）燃油中的成分比是動態(tài)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(tǒng)中，還需增加一個動態(tài)性能指標(biāo)，即煙氣含氧量指數(shù)。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(huán)控制來實現(xiàn)。增加一個以最佳煙氣含氧量為控制目標(biāo)的動態(tài)比例控制系統(tǒng)，即煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng)。對于燃氣鍋爐節(jié)能來說，我們可以添加煙氣余熱回收器，可以有效地節(jié)省燃料，可節(jié)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(qū)還是南方地區(qū)，燃氣鍋爐管道的保溫是非常重要的，在傳統(tǒng)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(tǒng)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(tài)下就能相應(yīng)的節(jié)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(zhì)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(zhì)與氧分子按一定比例混合；參與反應(yīng)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(nèi)力，即當(dāng)分子碰撞時，可以打破起始物質(zhì)的鍵，然后結(jié)合成穩(wěn)定的新鍵，最終導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的形成；需要一定的時間來確保反應(yīng)完成。從節(jié)能的角度來看，進入鍋爐系統(tǒng)的氣體釋放的總能量Q應(yīng)該等于鍋爐系統(tǒng)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(dāng)回水溫度或設(shè)定出口溫度的設(shè)定點(根據(jù)外部溫度變化)發(fā)生變化時，循環(huán)水的吸熱也隨之變化，所需的總熱值也隨之變化。因此，根據(jù)所需總熱量的變化，適當(dāng)調(diào)整燃氣和進氣量，可以使鍋爐運行更加經(jīng)濟有效。

2 燃氣鍋爐節(jié)能運行控制技術(shù)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(dāng)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(zhì)。當(dāng)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(zhì)為酸性，是不能正常使用的。因此，分離式的方法由于企業(yè)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(shè)備本身以及附屬的其他設(shè)備，風(fēng)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(shè)備本身進行改良，也可以通過對風(fēng)道進行改良設(shè)計，降低散熱損失，尤其針對保溫散熱系統(tǒng)進行改革等。

3 例談燃氣鍋爐節(jié)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(chǎn)品之一，具有很大的節(jié)能環(huán)保優(yōu)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(yōu)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(tǒng)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(shè)備的現(xiàn)場利用率。在繁華的黃金商業(yè)區(qū)，它為酒店、辦公樓和組織節(jié)省了空間，為熱水鍋爐節(jié)省了更多的土地投資和建設(shè)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(jié)省燃氣運行費用。采用冷凝原理，高性能比例燃燒系統(tǒng)，比如電磁燃氣閥，自動調(diào)節(jié)功能，節(jié)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(jié)省了客觀成本。

3.2 基于信息化物聯(lián)網(wǎng)的燃氣鍋爐遠程節(jié)能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

當(dāng)前，信息化技術(shù)手段已經(jīng)滲透進各行各業(yè)，對于燃氣鍋爐領(lǐng)域來說，研究基于信息化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段的燃氣鍋爐遠程節(jié)能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，也是一種新的思路。其基本理念在于解決溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)監(jiān)測；溫度調(diào)節(jié)儀通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定調(diào)節(jié)溫度和上下限數(shù)據(jù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障時及時得到報警反饋；通過手機隨時隨地監(jiān)測數(shù)據(jù)，減少操作人員巡檢次數(shù)，實現(xiàn)設(shè)備管理人員和操作人員同時多人監(jiān)測燃氣熱水鍋爐數(shù)據(jù)。遠程節(jié)能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的技術(shù)是基于modbus-rtu標(biāo)準通訊協(xié)議，利用4G物聯(lián)網(wǎng)路由器模塊，采用485總線通訊或rj45網(wǎng)絡(luò)通訊與PLC相連。在上述技術(shù)支持下，可實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)實時上傳，并在云平臺上直接同步。如現(xiàn)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(shù)據(jù)，設(shè)備管理人員和操作人員，可通過手機隨時隨地對現(xiàn)場鍋爐進行實時監(jiān)測和實時控制，減少了操作人員巡檢次數(shù)。根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，按經(jīng)驗值遠程設(shè)定條件溫度，對設(shè)備電源進行開啟或關(guān)閉，以及對各項溫度限值等參數(shù)的設(shè)定等。再經(jīng)由PLC調(diào)節(jié)程序精準控制熱水鍋爐的溫度，實現(xiàn)節(jié)能控制。在系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障時，能及時報警功能和同步反饋。同時，該系統(tǒng)可進行夜間節(jié)能運行模式設(shè)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(jié)冰即可，夏季夜間溫度可以更低。這樣至少可以節(jié)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(jié)省約180m3的天然氣。整個系統(tǒng)，每年運行可減少約20萬元的燃氣費。

4 結(jié)語

近年來，燃氣鍋爐逐漸取代燃煤鍋爐、燃油鍋爐被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，成為當(dāng)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(jīng)濟效益與社會效益，應(yīng)用前景十分廣闊，今后應(yīng)大力發(fā)展燃氣鍋爐，為可持續(xù)社會的建設(shè)和發(fā)展提供有力支持。綜上所述，在燃氣鍋爐的運行過程中，有關(guān)鍋爐的節(jié)能運行與技術(shù)控制占據(jù)了重要地位，燃氣鍋爐制造和運營企業(yè)應(yīng)結(jié)合鍋爐實際運行中所遇到的相關(guān)問題，結(jié)合當(dāng)前流行技術(shù)手段和技術(shù)發(fā)展方向，有針對性地進行節(jié)能技術(shù)的改造與運用，有力地推動燃氣能源利用效率的顯著提高。