燃气锅炉房供热系统的节能方法

燃气锅炉房供热系统的节能方法宝华集团程宝华 航空工业规划设计研究院姚荣佑

中国建筑科学研究院李先瑞 摘要 重要措施。

炉房供能系统的节能不仅能降低运行费，而且还是促进燃气供热发展的

有气炉效提，热统效提和能品应等 )燃锅能的高供系能的高节产的用。

关键词：天然气运行费锅炉能效节能系节能产品统一、 燃气锅炉房供热系统节能的意义

1节能是降低燃气锅炉房供热运行费的主要途径 .由于天然气具有高效、 洁净等特点，各级政府通过立法，大力促进燃气供热的发展，在节省供热和改善城市大气环境质量上取得了良好的效果。但由于天然气价格高，故燃气分散锅炉房供热的热价(单位面积的热费)约为3元扩 一 5耐 , 0/ a 3元产。高于城市

集供的价2:m 。中热热 4 2‘ T c/供热系统的运行费由固定费( 折旧费、保险、税等)和变动费(人工费、维修费、动力费、燃料费、水费和水处理费等)所组成。其中能量费用的影响很大，如在燃气锅炉房供热方式中，能量费用约占全部运行费的6%。 0影响能量费用的主要因素是不同能源的热源热效率( 1和能源价格(见表 )见表2。 )从表 1可知，燃气分散锅炉的热效率比燃煤锅炉高。从表2可知，燃气锅炉供热方式的比较价格约为02元 kh比燃煤锅炉高得 .2 w,多，是造成燃气锅炉供热方式运行费高的主要原因之一。裹 1不同供热方式和不同能橄的热效泉

分散锅炉煤天然气

集中供热锅炉7 5-8% 0 8 -8% 0 5 9 5-9% 9

热电厂>8% 5>8% 5

电

6%( 8节能措施后)8 -8% 0 5 9 5-9% 9

电锅炉电

电热膜热泵

9 -9 5 9% 3 0 -4% 5 -加 2 0 -3 0 5 0%

水源

空气

39 5

表 2能源价格比较表

能源

种类

发热量

供民用建筑 ( 单价)04元 k h . w 10元/ w . kh

比较价格元/ w热效率 kh0. 410 .

备注

电力

00/w家用 20 2V 10 w k h商业用 20 1 0 w/ wh 2V 0 0 k

10 01只！暇

天然气

陕甘宁进京天然气汽油

1元 N' . 7 . 1一2/ .〕旧 w N ' 20元/ ' . N .199/g 17w k 199/ 17w吨 160/ g 13 w k

0 18 .8 80.

2 2

9 09 0

石油

柴油燃料油

28/ 70元吨 29 38元/吨10 0 2元/吨

02 .6 02 .2 0. 1

9 0 9 0 9 0

比重 0 7 .9比重 0 7 .9比重 09 .3

城市集中供热

集中锅炉房热电厂

2 5 M采暖期 4 2 E/ 2元/ 4扩采暖期

从北京市近几年实际运行情况看， 分散燃气锅炉房供热方式的单位面积耗气量从

1 ' ' a 5' ,运管水较的为1 ' 。单面燃 0/ 至1/ a .m m扩其中行理平高约 O/。若位积 .扩气量降 m/ ,低2' a扩则能源费能降 .刃扩 (气价格1元 m)运行费约低3 6。天然 . 8 3,降低5 6 m 。由一 7 ' a此可知节能是降低燃气锅炉房的主要途径。 G/ 2节能是扩大天然气供热面积的重要措施 .天然气的供热能力与供气能力密不可分，北京市 1 9 20年、 0年全年供气量分 9年、 1 2 2 9 0) 0别为7 ' 0亿m '亿耐和1亿m, 1 8 3预计20年为4亿 m, 05 0 3天然气的用户见表3 0襄3天然气的用户〔05 20年〕单位：万澎项目

居民、公服84 1 09 1 .6 98

工业558 34 1.1 32

采暖15 5 4 793 .6 59

制冷58 42 14 .4

汽车17 0 91 48 .6

热电联产10 0 0 000 2 6 4. 7

供不应求455 0 30 10 0

用气量比例

从表3 若单位建筑面积采暖用气量为1m/ a则燃气锅炉供热面积约为可知， 5'扩， 91万扩， 77若单位建筑面积采暖用气量为1./ z:则供热面积为11万扩， 2 ' , . 24 6在相同供气量的条件下，燃气供热面积将增加22万扩。 49二、 燃气锅炉房供热系统的节能方法 1提高锅炉的能效 .表4 表示锅炉的节能措施，最主要的是设置空气预热器、其中节能器、凝结水回收、低 0燃烧、 2台数控制和转速控制等。30 6

表 4锅炉的节能措施

项目

减少排气损失 (废热回收)

减少散热损失

减少给水的损失 (回收废热水)减少蒸汽的损失

改善辅机的能效

节能措施锅炉大形化设置省能器设置空气预热器设置废热锅炉降低蒸汽温度降低热水温度低 O运行 Z锅炉本体的保温阀、管道的保温 O OF N一 F控制锅炉的燃烧停止时的通风锅炉房上部空气的利用台数的分散设置凝结水回收废热水的

回收蒸汽的回收背压透平的发电或驱动辅机转速控制使用节能电动机辅机的透平驱动台数控制

备注

加大传热面积回收废热

低压运行、真空锅炉减少燃烧用空气量保温越好，放热损失越少

FF D停止，燃烧空气管的风阀关闭回收热空气

维护、运行管理等提高效率

主要是防止主蒸气管的损失回水的热回收洗浴等废热水的回收通过除氧器和给水箱回收蒸汽用背压透平代替减压阀，驱动辅机根据负荷变化控制风机、水泵的转速改善辅机效率设置背压透平，驱动辅机台数控制，使锅炉在效率高的范围内工作

设置蓄能装置扫除清洗水侧的水垢

其它

设置除氧器

利用替代燃料 () 1各种锅炉的效率和部分负荷特性表5 表示各种锅炉在额定负荷时的效率。最近，即使锅炉容量较小，其效率仍较高，一般当负荷减少时，由于排气量的减少，使排气温度下降，从而减少了排气损失。从图 1可知，当负荷在5%一 0 0 7%时，效率最高。它的襄 5额定负荷时的各种锅炉效率%

吸收负荷变动，改善锅炉效率清扫传热面，改善效率管道清洗或酸洗方法清洗传热面减少加药量，防止锅炉和凝结水系统的腐蚀，防止省能器的腐蚀等废油、排气、工业废弃物的燃烧

。 R它失 t排气损失 L散热损失L眯损。锅炉效率” q c水管锅炉标准形(一0 h 4 4t )/水管锅炉节能形1. 0 5￣1 5 3. 4 5 . . -8 5

0 2一 . . 030. 2-0 3 .

0 8￣1 2 . . 0. 8-1 2 .

8 -8 5 8 9 0-9 2

3 61

a它失。锅炉效率、排气损失 L散热损失 L缄损 q t c

炉筒烟管锅炉标准形(. - 051th 0/ )

1 5￣1 . 0. 35 6 5 8 5 . - . 1. 0 5￣1 4 .

0. 3一0. 5

1 0￣1 5 . . 1 0￣1 5 . . 1 0￣1 5 . . 9 0 15 .

8 5一8 8 9 0-9 2 8 -8 3 7

炉筒烟管锅炉节能形多管直流锅炉标准形多管直流锅炉节能形

0 3一0 5 . . 0 5一1 0 . .1 0￣1 5 . . 10 .

75. . 0 5一1 0 .7 2￣1 . . 25

小容量锅炉(组合锅炉、真空锅炉)于亩裁蕊浮

8 -9 5 0

纽渊浏词萝一翻砚犷份

词叫州盟。1 2 3初犯印祖劝卯 10 0 0 0 0

锅炉负敷% 荷]

圈1锅炉效率特性曲线(

水，锅炉)

() 2台数控制和辅机的能耗在负荷变化大的地方， 例如，夜间或休息日的热负荷比稳定状态少得多时，若采用大容量的锅炉，则会处在效率不好的低负荷状态下工作，若使用小容量锅炉，则效率较高，节能效果明显。此外，在负荷变动较大，而且在一定时间内频萦地变化负荷的地方，可同时使用蓄热器，用蓄热器吸收变化负荷部分，使锅炉负荷一定。如：若需要9 h t蒸气，/比较运行 1 0 h台1水管锅炉或运行2台锅炉，/ t并包括辅机在内的综合效率。燕气条件：

8gc2蒸气熔i 61 k l g给水焙i 2. 1 g油的低位发热量H= k m饱和/" ./,= 9c k 6 a‘ 02c/,二 k k a u9 5 ka k o 70 cl g/

①燃料消耗量 9 h V40 x 19 2 . 50 6 .一 02 (69 5 x0 8 4 9 7 0 .

吮 3l

9 0 x 6 . 2 . ) 0 0 6 19一 0 2 (二 7. h45 h B二 6 6g,时，: 4 k/ . d B=, 9 5 xO 8 8 7 0 7 .

3gh k/ o

②耗电 V时，: 1.(D ) .(W ) .(O ) .(量9 h E二 85F F+ 0 F P+ 5 B P+ 5控制盘) 2. 6 0 0= 5 5w45 h E=35FF+ .(W ) 5B P+ .( k, d时，2 1.(D ) 0F P+ .(O ) 5控制盘) 1.。表 . 5 0 0= 5w 9k 1一6 1 1表示蒸发量9 h台和45 h台的一次能使用量。 Vx 1 . x d 2从表1一 6 1 1可知，从能效上看，台运行比1运行好。 2台裹6 V锅炉 I I h O台和45 h .V锅炉2台运行时的耗能.比较

蒸发量 x台数 9 h台 V x 1 45 h .V x 2台

耗油量(gh k )/6 4. 7 6 626 6.

辅机用电量(w ) kh2 . 55 3 9

一次能使用量(cl ) ka h/ 66 x . 16 4 06 5 x 6 .6 0 1

注：一次能换算：油的发热量95ka k, 70cl g电为25ka kh/ 40c/w o l

一 32一 6

() 3辅机的转速控制送风机和给水泵一般采用风阀或控制阀控制流量的方式， 在全闭状态下，轴功率仍为额定出力

的4 - 5它的出 0 5%,力与流量成正比关系，出力P-即，额定出力x 04 0 (. - . 5+ .一 .流量Q, 5 06 04 5 )当采用变频器的转速控制方法时，出力P=额定出流量Qo力x a图2表示风机(D ) F F转速控制时的节电量，图中斜线范围为节电量。例如， r锅炉的 2/ 0h送风机额定电功率为5k, 5w平均负荷为额定的6%, 0全年运行 70小时。风阀控制的 00耗电功率为4k, 6w转速控制的耗电功率为1. w若电价为 1 kh节电费用： 6 85, k元/w时， ( 4

一8 ) x=9 0元 a前，采用的 1 5 7 0 2 0/。目实际 . 1 0 1 5 x 0方法是转速控制和风阀控制相结合的方式。负荷到7%时为转速控制， 0之后采用风阀控制。

S O r妙蟹4) (卜

、<1\\\'

叶卜吐。

转速控制方式 (合用风阀)2 6 8 10 0 4 0 0 0 0

锅负率% ]炉荷1圈2

送风机(D ) F F转油控制的节电.

() 4排气损失排气热回收是一种有效改善效率的方式。图3表示锅炉效率和排气温度的关系。一般，常用锅炉的效率是8 -7排气温度是20 30设置空气预热器， 5 8%, 6一 0%。节能器回收排气热量后.排气温度下降到 1 - 0%, 4 20锅炉效率提高到9一 3 0 0 9%。95 90

铃橄象蛾75 70 80 85

10 20 0 0 30 0 40 0

排温 1] 气度1 c圈 3锅炉效率和排气沮度、空气比的关系一 33一 6

三、 燃气锅炉房供热系统的节能产品一全焊接板式烟气节能器

() 1全焊接板式烟气节能器的结构(见图4 )板壳式换热器是目 前国际上先进的高效、节能换热设备。板壳式换热器采用波纹板片作为传热元件，板束板片间采用先进的专用氢弧焊焊机进行焊接，全焊接式板束装在压力壳内。波纹板片具有“静搅拌”作用，能在很低的雷诺数下形成湍流，且污垢系数低，

传热效率是管壳式换热器的2 3在存在气、一倍。液两相(两相流)的应用场合中，板壳式换热器的“静搅拌”作用，克服了管壳式换热器由于介质折流“翻转”造成的气、液两相分离。“静搅拌”作用还大大降低了结垢，从而使设备的维护和清扫(如果需要的话)非

常方便。因板壳式换热器具有以上的优点， 所以全焊接板式烟气节能器也采用了相同的结构形式，可实现真正的“纯逆流”换热，与管壳式换热器相比，冷端及热端温差较小，可以多回收热量，从而可大大节约装置的操作费用。全焊接板式烟气节能器与管壳式换热器相比， 还具有结构紧凑的优点，因此，在完成

同样换热任务的情况下，全焊接板式烟气节能器的体积小、重量轻，从而可大大节约用户的设备安装空间及安装成本。

水外一板排气一板内

排一板气外水一板内

全烽接板式烟气节能器

全焊接板式烟气节能器的板束装在压力壳内， 提高了全焊接板式烟气节能器的安全可靠性，与管壳式换热器一样，除了受压力容器设计级别限制外，全焊接板式烟气节能器的使用压力没有绝对的限制。因此全焊接板式烟气节能器既具有传热效率高、结构紧凑、重量轻的优点，同时又继承了管壳式换热器耐高压及耐高温，密封性能好，安全可靠等优点。与管壳式换热器相比具有更加优异的结构特点。由不锈钢波纹板组成的板束安装在壳体中， 冷流由设备底部进人板束板程，由设备顶部流出；热流由设备上侧开口进人板束壳程，设备下侧开口流出，由两流体在板束中呈全逆流换热。同时，为解决热膨胀问题，在板束上下两端设置膨胀节。全焊接板式烟气节能器是由08 m不锈钢薄板压制成型后的板片叠合而成。首先 . m组焊两块成型好的板片组成板管，再将按设计要求数量的板管叠合组成板管束，在板束

一 34一 6

的两端焊接板管与板管间的横焊缝，最后将板束与分隔连接板焊接。() 2全焊接板式烟气节能器的原理天然气的主要成分是甲烷，与空气混合燃烧后产生的烟气中的主要成分是二氧化碳，水

蒸汽和未参加燃烧反应的过量空气。通常烟气中水蒸气的容积成分可达 1%一0燃 5 2%(油时为 1%, 2燃煤时为4。%) lg k水蒸汽所携带的热量是20U,.M 40 07 W锅炉每小时约产生蒸汽3一 0g即 0 4k, 8 0k, 4 0J 0说明热损失大，若能回收这部分热量，则能提高锅炉热效率，降低耗气量。水蒸汽的露点温度是5`当水蒸汽冷凝成水时， 8 C,将释放出大量的热量，其中一部分是显热，通过降低烟温来实现，排烟温度可降至7 - C 0 c。另一部分是潜热， 8 0

通过水蒸汽冷凝成水的相变来实现，两者综合效果可提高锅炉热效率3 8其中显热约为 1一%( - 3潜热约为3 5。%,一%)通过采用全焊接板式烟气节能器(板式烟气冷凝热能回收系统)使锅炉给水与烟气通过板壳式换热器的，热交换，实现烟气显热、潜热的回收，提高锅炉给水温度，是一种投人较少，收益较好的节能方式。除此之外，N型烟气冷凝热能回收装置和热管式热回收装置也是一种性能很好的 L热回收装置。

() 3燃气蒸汽锅炉尾部全焊接板式烟气节能器与热水供应接管系统图(见图5 )

圈5姗气燕汽钥炉月部全择接板式烟气节能.与热水供应接，系统圈

() 4燃气热水锅炉尾部全焊接板式烟气节能器与热水供应系统接管图(见图6 )

35 6

采暖用户

圈6烟气热水器锅炉尾部全烽接板式烟气节能器与热水供应系统接管圈

() 5燃气热水锅炉尾部全焊接板式烟气节能器与直供采暖系统接管图(见图7 )

采暖系统供水

圈，姗气热水锅炉尾部全娜接板式烟气节能翻与宜供采暖系统接，圈 四、小结

以 燃气锅炉房供热系统的节能方法是经北京市节能产品认证委员会认证上介绍的的节能产品、节能系统和节能方法，经实际应用说明，它们均具有较明显的节能效益和经济效益。36 6

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