王玉萍，李浩玉，葉 曄

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

王玉萍，李浩玉，葉 曄

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

在石油天然氣集輸過(guò)程中，燃?xì)忮仩t應(yīng)用廣泛，以燃?xì)忮仩t供熱而形成的供熱系統(tǒng)，節(jié)能、環(huán)保運(yùn)行問(wèn)題十分突出。榆林南區(qū)KT-RQ燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，針對(duì)燃?xì)忮仩t及以此為熱源形成供熱系統(tǒng)，從煙氣排放余熱利用、降低熱水循環(huán)電耗以及鍋爐的最佳運(yùn)行控制等方面，提供了降低運(yùn)行成本的綜合治理技術(shù)。

燃?xì)忮仩t；供熱系統(tǒng)

1 天然氣鍋爐的節(jié)能潛力

1.1 煙氣節(jié)能潛力

為防止鍋爐尾部受熱面腐蝕和堵灰，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃?xì)忮仩t的排煙溫度一般不低于180℃，最高可達(dá)250℃。高溫?zé)煔馀欧旁斐纱罅繜崮芾速M(fèi)，同時(shí)也污染環(huán)境。

1 m3天然氣燃燒后會(huì)放出9 450 kcal的熱量，其中顯熱為8 500 kcal，水蒸氣含有的熱量（潛熱）為950 kcal。燃?xì)忮仩t可利用的熱能是8 500 kcal的顯熱。供熱行業(yè)中常規(guī)計(jì)算天然氣熱值一般以8 500 kcal/m3為基礎(chǔ)計(jì)算。這樣，天然氣的實(shí)際總發(fā)熱量9 450 kcal與天然氣的顯熱8 500 kcal比例關(guān)系以百分?jǐn)?shù)表示就是111%，其中顯熱部分占100%，潛熱部分占11%，對(duì)于傳統(tǒng)燃?xì)忮仩t來(lái)說(shuō)，潛熱部分的熱量在運(yùn)行中實(shí)際上被全部浪費(fèi)。高溫?zé)煔馀欧旁斐傻呐艧煙釗p失，主要為煙氣顯熱和蒸汽潛熱。

（1）1 m3天然氣燃燒，產(chǎn)生理論煙氣量約10.3 m3（大約12.5 kg），以過(guò)量空氣系數(shù)1.3計(jì)，產(chǎn)生煙氣14 m3（大約 16.6 kg）。

（2）由于天然氣燃料中含有氫元素，每1 m3天然氣燃燒后可產(chǎn)生1.55 kg水蒸氣。在排煙溫度較高時(shí)，煙氣中的水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)，不能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱，而是隨煙氣排放，汽化潛熱被浪費(fèi)。鍋爐熱效率一般只能達(dá)到70%～85%，約20%的熱能從爐體表面散發(fā)和通過(guò)煙氣排空而浪費(fèi)。

取煙氣溫度200℃降低至70℃，1 m3天然氣燃燒后的排煙中，可放出物理顯熱約1 600 kJ，水蒸氣冷凝率取50%，可放出汽化潛熱約1 850 kJ，即總計(jì)放熱達(dá)3 450 kJ。這正是燃?xì)忮仩t節(jié)能的潛力所在。

1.2 循環(huán)水泵的節(jié)能潛力

在以燃?xì)忮仩t為熱源組成的供熱系統(tǒng)中，水泵的揚(yáng)程、電機(jī)功率與實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)的負(fù)荷需求之間差別較大，加之管路水阻測(cè)算上的誤差，使得水泵“大馬拉小車“現(xiàn)象比較普遍。水泵工作在非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，功耗較大。

供暖現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水量的調(diào)節(jié)通常是通過(guò)控制閥門開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種控制方式，是以犧牲電機(jī)功率為代價(jià)的節(jié)流控制方式。在循環(huán)水泵的運(yùn)行中有30%～50%的電機(jī)功率被浪費(fèi)。

1.3 并聯(lián)運(yùn)行的燃?xì)忮仩t

為節(jié)省燃?xì)赓M(fèi)用，往往采用多臺(tái)燃?xì)忮仩t并聯(lián)間歇式運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式，鍋爐的出力在大火和小火兩種工況之間調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)火力的能力較差，不能滿足供熱負(fù)荷變化的需求，在節(jié)省燃?xì)夥矫娴男Ч⒉焕硐?。綜上所述，燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)，在排煙余熱損耗、電力消耗、運(yùn)行方式等方面，存在著可觀的節(jié)能潛力。

2 KT-RQ燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

提高燃?xì)忮仩t熱效率的主要途徑是：提高燃燒系統(tǒng)的燃燒效率，優(yōu)化鍋爐運(yùn)行模式；提高排煙熱能利用率。

KT-RQ燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，通過(guò)煙氣余熱回收、循環(huán)水泵節(jié)能、鍋爐運(yùn)行方式控制等多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)高效利用燃?xì)?、減少環(huán)境污染的目的。各項(xiàng)技術(shù)相對(duì)獨(dú)立，即可單獨(dú)應(yīng)用其中一項(xiàng)，也可掛接在鍋爐運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)中自動(dòng)運(yùn)行[1-4]。

2.1 排煙余熱回收

燃燒條件一定時(shí)，提高排煙熱能利用率，是高效利用天然氣、減少環(huán)境污染的有效途徑。在天然氣燃燒設(shè)備的尾部增設(shè)冷凝式換熱器，將排煙溫度降到煙氣露度以下，不僅可以回收利用排煙顯熱，還可以利用天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量水蒸氣凝結(jié)時(shí)放出的潛熱。同時(shí)凝結(jié)液對(duì)煙氣中的CO2、NOX和SOX等有害氣體有一定的吸納作用，因此，可提高能源利用率，并減少排煙對(duì)環(huán)境的污染。

煙氣冷凝余熱回收器，利用溫度較低的水或空氣與煙氣進(jìn)行換熱。靠近換熱面區(qū)域，煙氣中水蒸氣冷凝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣顯熱釋放和水蒸氣凝結(jié)潛熱釋放，而換熱器內(nèi)的水或空氣吸熱而被加熱，回送鍋爐或換熱器后，即可實(shí)現(xiàn)熱能回收利用，提高鍋爐熱效率，減少燃?xì)夂牧?。天然氣鍋爐排煙熱能回收方式，針對(duì)常壓鍋爐和壓力鍋爐，分為兩種類型。

2.1.1 常壓鍋爐煙氣排放的回收方式 在圖1中可以看到，供暖熱水的回水全部進(jìn)入煙氣熱能回收器內(nèi)與煙氣進(jìn)行換熱，將溫度提高后，再進(jìn)鍋爐加熱，以降低燃?xì)夂牧俊?/p>

圖1 常壓鍋爐煙氣排放的回收方式示意圖

2.1.2 壓力鍋爐煙氣排放的回收方式 在圖2中可以看到，供暖熱水的回水全部進(jìn)入煙氣熱能回收器內(nèi)與煙氣進(jìn)行換熱，將溫度提高后，再進(jìn)換熱器與熱媒換熱，從而降低燃?xì)夂牧俊?/p>

圖2 壓力鍋爐煙氣排放的回收方式示意圖

冷凝式余熱回收器可將煙氣熱量回收，回收的熱量根據(jù)需要可用作鍋爐補(bǔ)水或生活用水，或加熱空氣可用作鍋爐助燃風(fēng)或干燥物料。節(jié)省燃料費(fèi)用，減少?gòu)U氣排放，節(jié)能環(huán)保一舉兩得。

2.1.3 冷凝式余熱回收器特點(diǎn)

（1）可靠性高：采用高效換熱元件、耐腐蝕鋼制造，使用壽命長(zhǎng)，鍋爐低溫部位的煙囪中，普遍會(huì)遇到燃料中含硫量偏高，在露點(diǎn)溫度下形成硫酸而造成設(shè)備腐蝕的問(wèn)題，稱之為“硫酸露點(diǎn)腐蝕”現(xiàn)象。用普通鋼制作的鍋爐低溫部件，由于其耐硫酸露點(diǎn)腐蝕性能很差，腐蝕嚴(yán)重，使用壽命很短。特種材料耐腐蝕鋼耐腐蝕性強(qiáng)，設(shè)備使用壽命大大延長(zhǎng)。

（2）節(jié)省燃料：可有效利用煙氣中的潛熱，使鍋爐排煙溫度由180℃降至80℃左右，燃料熱能利用率可提高8%～15%，有效提高了鍋爐熱效率，節(jié)約能源，降低運(yùn)行費(fèi)用。以一臺(tái)2.80 MW燃?xì)忮仩t為例，每小時(shí)可節(jié)約天然氣25 m3～45 m3，一個(gè)供暖期就可節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用5.9～10.7萬(wàn)元（計(jì)算依據(jù)：一個(gè)供暖季120 d、每天運(yùn)行10 h、天然氣價(jià)格為1.98元/立方米）。

（3）環(huán)保：有效降低煙氣中氮氧化合物排放濃度，使所排放煙氣更能達(dá)到環(huán)保要求。

（4）安裝便利：結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，設(shè)備整體出廠，施工周期短。

（5）產(chǎn)品多樣化：可根據(jù)用戶實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)、定做非標(biāo)產(chǎn)品，同時(shí)本公司還竭誠(chéng)為用戶供暖系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

2.2 循環(huán)水泵節(jié)能技術(shù)

2.2.1 閥門控制流量的功率損失 閥門控制法的實(shí)質(zhì)是：水泵本身的供水能力不變，而是通過(guò)改變水路中的阻力大小來(lái)改變供水的能力（反映為供水流量），以適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求。這時(shí)，管路特性將隨閥門開(kāi)度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。供水功率與面積成正比。

2.2.2 變頻控制循環(huán)水泵 通過(guò)改變水泵的全揚(yáng)程來(lái)適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。對(duì)循環(huán)泵采用變頻控制，可調(diào)整系統(tǒng)最佳流量。實(shí)現(xiàn)熱力系統(tǒng)的變負(fù)荷運(yùn)行。

2.2.3 循環(huán)泵增壓裝置 該裝置的技術(shù)特點(diǎn)是，利用水泵富裕揚(yáng)程，使部分循環(huán)水進(jìn)入增壓裝置，在水泵出口等壓混合。由于部分循環(huán)水無(wú)需循環(huán)泵增壓，降低了循環(huán)泵電力能耗。

2.3 燃?xì)忮仩t監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一套數(shù)字化的燃?xì)忮仩t節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)供熱負(fù)荷、環(huán)境溫度以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)鍋爐的運(yùn)行模式和火力配置，同時(shí)對(duì)煙氣余熱回收、循環(huán)水泵變頻運(yùn)行等部分進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。

系統(tǒng)具有豐富的組態(tài)功能，實(shí)時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、氣候補(bǔ)償數(shù)據(jù)、變頻水泵狀態(tài)、燃?xì)庀牡认嚓P(guān)運(yùn)行參數(shù)，動(dòng)態(tài)仿真地描述供暖系統(tǒng)各輔機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、停止或故障），全中文界面，操作簡(jiǎn)單、參數(shù)實(shí)用，動(dòng)畫(huà)逼真。

2.3.1 基本功能

（1）通過(guò)閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)跟蹤供熱負(fù)荷和環(huán)境溫度變化，控制鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行以及變流量循環(huán)。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)算得出最佳運(yùn)行方式，控制并聯(lián)運(yùn)行鍋爐投入臺(tái)數(shù)、火力大小的自動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行。

（2）監(jiān)測(cè)熱源（燃?xì)猓┯昧俊⒍尉W(wǎng)循環(huán)熱量以及二次網(wǎng)補(bǔ)水量。此參數(shù)用于分析供熱系統(tǒng)的運(yùn)行工況及熱力系統(tǒng)的流量分配情況，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)EAOC（能效分析與運(yùn)行優(yōu)化控制）。

（3）智能溫控技術(shù)：可隨戶外溫度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度，通過(guò)控制系統(tǒng)的“質(zhì)調(diào)控”使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，最大限度地節(jié)約能源。

（4）自動(dòng)排污、自動(dòng)泄壓：回水管道上安裝過(guò)濾裝置和手動(dòng)排污閥，可通過(guò)判斷過(guò)濾裝置前后壓差，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排污或手動(dòng)排污，減小系統(tǒng)運(yùn)行阻力。同時(shí)，隨著水溫的升高，回水壓力超過(guò)設(shè)定壓力，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)電動(dòng)閥泄壓，并維持正常壓力。

（5）二次網(wǎng)漏量的監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)補(bǔ)水出口流量的變化，捕捉大流量時(shí)段，分析判斷二次網(wǎng)的漏量情況。

（6）報(bào)警保護(hù)：系統(tǒng)檢測(cè)到下列故障后，通過(guò)聲光報(bào)警提醒管理人員排除故障：①二次網(wǎng)漏量大；②循環(huán)泵故障停泵；③循環(huán)泵變頻器故障；④系統(tǒng)安全故障報(bào)警（超壓或失壓）。

（7）補(bǔ)水失壓保護(hù)：換熱站在運(yùn)行過(guò)程中如果系統(tǒng)嚴(yán)重失水或補(bǔ)水壓力過(guò)低，系統(tǒng)能夠自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警，當(dāng)補(bǔ)水壓力恢復(fù)正常時(shí)又能夠自動(dòng)投入運(yùn)行。

（8）供水超壓保護(hù)：換熱站在運(yùn)行過(guò)程中如果二次網(wǎng)出口壓力嚴(yán)重超壓，系統(tǒng)將自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警，當(dāng)二次網(wǎng)出口壓力恢復(fù)正常時(shí)能自動(dòng)投入運(yùn)行。

系統(tǒng)軟件為中文界面顯示，操作簡(jiǎn)單。在線顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，包括：熱媒流量、熱媒溫度、熱媒壓力、供熱量、室外溫度、供/回水溫度、供/回水壓力、二次網(wǎng)漏量等，并能調(diào)閱、打印實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)曲線。

3 經(jīng)濟(jì)效益

KT-RQ燃?xì)忮仩t節(jié)能系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)煙氣余熱回收、循環(huán)水泵降耗、鍋爐運(yùn)行監(jiān)控等三項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)降低燃?xì)庀?%～10%，降低電力消耗30%～50%的目標(biāo)。

現(xiàn)以常壓燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)為例，說(shuō)明采用KTRQ燃?xì)忮仩t及供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)后的經(jīng)濟(jì)效益。

某小區(qū)換熱站由6臺(tái)2.45 MW燃?xì)獬簾崴仩t組成。

（1）供暖面積：150 000 m2左右。

（2）熱水出/回水溫：55℃/45℃。

（3）工作模式：6臺(tái)2.45 MW鍋爐并聯(lián)間歇式運(yùn)行，其中5臺(tái)小火運(yùn)行。

（4）鍋爐煙道的排煙溫度140℃。

（5）供暖期（120 d，平均每天開(kāi)機(jī)16 h）天然氣費(fèi)用400～450萬(wàn)元。

其中單價(jià)取值：電費(fèi)：0.49元/度；天然氣：1.98元/立方米。節(jié)約電費(fèi)3.5萬(wàn)元，較改造前節(jié)約天然氣15%，共節(jié)約63.5萬(wàn)元

4 結(jié)論及建議

KT-RQ燃?xì)忮仩t節(jié)能系統(tǒng)，各組成單元可獨(dú)立安裝，發(fā)揮各自的節(jié)能作用。適應(yīng)于下列場(chǎng)合：

（1）氣-液式：從煙氣中吸收熱量，用來(lái)加熱給水，被加熱后的水可以返回鍋爐（作為省煤器），也可單獨(dú)使用（作為熱水器），從而提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能的目的。如常壓燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)；壓力燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)。

（2）氣-氣式：從煙氣中吸收余熱，加熱助燃空氣，以降低燃料消耗，改善燃燒工況，從而達(dá)到節(jié)能的目的；也可從煙氣中吸收余熱，用于加熱其他氣體介質(zhì)如煤氣等。對(duì)鋼廠，石化廠及工業(yè)窯爐而言，這是一種有效的余熱利用形式。

（3）其他應(yīng)用場(chǎng)合：陶瓷窯爐、水泥工業(yè)、冶金工業(yè)，紡織工業(yè)、合成氨工業(yè)余熱回收。

［1］ 鄧新華.燃?xì)忮仩t供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28（2）：178-181.

［2］ 馬本金.論燃?xì)夤徨仩t房節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008，（4）：94.

［3］ 楊超.燃?xì)忮仩t供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)分析［J］.裝備制造，2014，（9）：131+137.

［4］ 王弢，宋希博.節(jié)能技術(shù)在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.高校后勤研究，2009，（5）：97-99.

Energy saving technology of gas fired boiler and heating system

WANG Yuping，LI Haoyu，YE Ye
（Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Shanxi 719000，China）

In the process of oil and gas gathering and transportation,the gas boiler is widely used in the heat supply system,which is formed by the heating of the gas boiler,and the problem of energy saving and environmental protection is very prominent.Yulin south KTRQ gas fired boiler and heating system energy saving technology,for gas boiler and takes as a heat source formed heating system,from the flue gas emissions of waste heat utilization,reduce the hot water circulating power consumption and boiler optimum operating control,provides a lower operating cost of the comprehensive treatment technology.

gas fired boiler；heating system

TE963

A

1673-5285（2017）07-0136-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.032

2017－06-13