郭 明

（大連大學 建筑工程學院，遼寧 大連 116622）

一、項目改造的背景

由于近年來冬季霧霾現(xiàn)象嚴重，為改善城市空氣環(huán)境質量，保障人民群眾身體健康，根據(jù)《中華人民共和國大氣污染防治法》《國務院關于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)[2013]37 號）等要求。大連市政府2016 年末出臺《大連市大氣污染防治行動計劃實施方案》，提出“加大非化石能源利用等措施替代燃煤”；所有使用高污染燃料的，全部限期改用天然氣、電等清潔能源或關停。2017年底前，大連市逐步取締熱電聯(lián)產(chǎn)范圍內具備條件的20 噸及以下燃煤鍋爐；2019 年底前，逐步取締熱電聯(lián)產(chǎn)范圍內具備條件的30 噸及以下燃煤鍋爐，從而加速能源結構向低碳的綠色能源結構轉變。

二、項目概況

本工程項目坐落于國家5A 級景區(qū)—大連金石灘國家旅游度假區(qū)，是集客房、餐飲、會議、別墅、康體娛樂于一體的綜合性旅游項目，總建筑面積5.7萬平方米。整個項目依地勢建設，錯落有致，融于青山大海之間，是我國東北地區(qū)首屈一指的五星級國際會議中心。

目前本項目采用兩臺額定制冷量為3 000 kW 的燃油型溴化鋰吸收式冷熱水機組做冷熱源，夏季制冷和冬季供暖[1]，使用的燃料是工業(yè)重油，熱值較低，運行費用高，煙囪排放污染大。根據(jù)大連市新的環(huán)保政策，這種溴化鋰吸收式冷熱水機組屬于被取締的對象，存在改造的必要性。

生活熱水的熱源由鍋爐房內的一臺2 噸的燃油型熱水鍋爐提供，燃油鍋爐產(chǎn)生的熱水經(jīng)兩臺板式換熱器換熱后，儲存在一個容積為18 m3的常壓方形保溫蓄熱水箱內，通過二次側熱水循環(huán)泵（一用一備）送到本園區(qū)內的四星級酒店客房、廚房等使用。

由于本項目紅線內有現(xiàn)成的管道天然氣供應，氣源充足，價格合適，本次熱源改造從熱源系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、可靠性、綠色環(huán)保等方面考慮，決定采用燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐+板式換熱器的形式作為改造的熱源，滿足本項目全年的冬季供暖+生活熱水的用熱需求。

另外，本項目坐落于金石灘五A 級旅游區(qū)內，夏季七、八、九3 個月是旅游高峰期，客流量大，冬季為淡季，客流量少。

本項目的熱源改造采用如下實施方案：夏季制冷采用電制冷，選用兩臺額定制冷量為800 RT 的離心式冷水機組作為夏季空調系統(tǒng)的冷源；冬季采用燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐作為空調系統(tǒng)的熱源，另外，全年的生活熱水的熱源也采用燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐。

三、熱源系統(tǒng)的改造

金石灘國際會議中心總的建筑面積為57 000 m2，2001 年開始投入運行，至今已使用19 年左右，各單體的保溫情況較差；而且本項目臨近海邊、冬季海風較大。本項目冬季供暖的熱負荷指標按70 W/m2計算，本次供暖熱源改造總的供暖熱負荷合計約為4 000 kW[2]。

考慮到本項目冬季客流量很小，入住率很低，冬季絕大部分時間可保持低溫運行狀態(tài)，保證大部分建筑處于值班采暖模式即可，以減少能源的運行成本，最大限度的節(jié)能。

鍋爐房是冬季采暖的熱源中心，根據(jù)燃氣鍋爐運行經(jīng)驗，供暖熱負荷在80%左右時鍋爐房的運行最為經(jīng)濟、節(jié)能；然而在采暖季的初期和末期熱負荷量小，僅占鍋爐房總熱負荷的20%～30%，再考慮到燃氣的價格因素，因此，選擇合適的鍋爐類型、臺數(shù)就顯得至關重要。

本項目選用威博特CQ 系列的燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐，這是一款高效的冷凝熱水鍋爐,最高效率可達106%，可根據(jù)供熱需求的不同，根據(jù)回水溫度的變化來自動調節(jié)燃燒的比例,做到最為經(jīng)濟、合理的運行。本項目選用的CQ-1400KW 型模塊式冷凝熱水鍋爐的技術參數(shù)為：額定輸出功率：1 400 kW，常壓，鍋爐最大效率106%，比例調節(jié)范圍：10%～100%，額定最高出水溫度：90 ℃，天然氣耗量：133.2 m3/h，天然氣壓力范圍：3 ～10 kPa，燃燒器的耗電功率：2.4 kW。鍋爐外形尺寸：2 185 mm×950 mm×2 390 mm(長×寬×高)，煙囪直徑：DN400 mm，供、回水管管徑：DN125 mm，鍋爐凈重：960 kg，鍋爐的水容量為：156 kg，鍋爐換熱器材質：304 不銹鋼，煙氣NOx 排放標準30 mg/m3，煙氣溫度＜60℃。本工程需要的臺數(shù)：3 臺

根據(jù)《民用建筑供熱通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB50736-2012）第8.11.8 條的要求：“鍋爐房及單臺鍋爐的設計容量與鍋爐臺數(shù)應符合下列規(guī)定：保證一臺鍋爐故障停止工作時，剩余的鍋爐的設計熱量應符合業(yè)主保障供熱量的要求，對于寒冷地區(qū)的供熱，剩余鍋爐的供熱量不應低于設計供熱量的65%[3]”。本項目配置3 臺冷凝熱水鍋爐，滿足規(guī)范要求。

威博特燃氣型冷凝熱水鍋爐采用了先進模塊化設計，為用戶提供不同規(guī)格型號的模塊冷凝鍋爐，鍋爐體積很小，威博特CQ-1400KW 型鍋爐占地面積僅2.00 m2，所需鍋爐房空間小，鍋爐房可設置于地下室，鍋爐可分期建設，靈活擴展，特別適合新建、改建和擴建的項目。

本項目熱力系統(tǒng)設計為燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐＋板式換熱器的形式，將鍋爐與采暖用戶側有效的分隔開來[4]，使得鍋爐側熱力系統(tǒng)結構簡單，便于后期鍋爐運行及日常維護保養(yǎng)。另外，鍋爐側采用常壓系統(tǒng)[5]，優(yōu)化了鍋爐的工作環(huán)境，可有效提高鍋爐的使用壽命，也可免除鍋爐報裝及年檢等相關手續(xù)、費用，大大簡化了鍋爐房供熱系統(tǒng)運作程序。由于原供暖系統(tǒng)有兩臺供暖循環(huán)泵，一用一備，本次熱源改造可使用，不予更換。

熱源系統(tǒng)需配置3 臺模塊式的燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐；一次側熱水循環(huán)泵，三臺，兩用一備，配變頻器；板式換熱器，兩臺，每臺負擔70%的總熱負荷；一個有效容積為1 m3的高位膨脹水箱，不銹鋼材質，帶保溫；其他的管道和閥門根據(jù)系統(tǒng)需要配置，其他的設備如軟水器、除污器、二次側供暖循環(huán)泵等全部利用原有設備。

原溴化鋰吸收式冷熱水機組需要拆除，配置兩臺離心式冷水機組，鍋爐房內有較大的富裕面積，可以增設三臺冷凝熱水鍋爐、一次側供暖循環(huán)泵、板式換熱器等。新增三臺熱水鍋爐的煙囪沿用原燃油型溴化鋰吸收式冷熱水機組的煙囪，煙囪的高度和直徑滿足新增鍋爐的排煙要求。在緊鄰鍋爐房外新建一個燃氣計量間，將天然氣系統(tǒng)的調壓、計量等一套閥組配置在計量間內，鍋爐房內的燃氣報警器、事故排風機、燃氣緊急關斷閥等的聯(lián)控都由燃氣公司統(tǒng)一設計、施工。

四、熱源系統(tǒng)改造的初投資和運行費用計算

本項目熱源改造總的初投資合計約為145 萬元左右，其中主要設備的采購費用合計約120 萬元，其他各項如管道、閥門、保溫、配電、施工費等合計約25 萬元。

改造后的熱源的年運行費用的計算如下：

（一）計算的條件

（1）一個供暖季按152 天計算。

（2）鍋爐和一次側循環(huán)水泵的運行時間一致，二次側循環(huán)水泵每天24 小時運行。

（3）天然氣冬季的平均價格（在標準狀態(tài)下1 m3天然氣價）：4 元；電價（每千瓦小時）：0.8 元。

（4）板式換熱器的熱損失按5%考慮。

（二）一個供暖季鍋爐的運行策略

由于本項目冬季的使用率低，游客和大型活動很少，這樣供暖系統(tǒng)可按部分負荷供應。

運行策略a：一個冬季，11 月5 日～11 月30 日，3 月1 日～4 月5 日，合計60 d，這兩個時間段室外氣溫較高，熱源每天運行5 h，可只開啟一臺鍋爐供暖；一次側循環(huán)泵一臺變頻運行即可。

運行策略b：冬季大部分時間內鍋爐房熱源按總負荷的40%供應。此時的供暖熱負荷為1 600 kW左右，此時需開啟2 臺鍋爐運行：其中一臺滿負荷運行，另一臺鍋爐部分負荷運行。一個供暖季的運行天數(shù)為85 d，熱源每天運行8 h；一次側循環(huán)泵運行一臺即可。

運行策略c：一個采暖季，最不利室外溫度情況下可三臺鍋爐同時運行，運行的天數(shù)為7 d，熱源每天運行8 h；一次側循環(huán)泵兩臺同時運行。

（三）年運行費用的計算

1 供暖季天然氣的費用

按上述方式運行，一冬季鍋爐天然氣的消耗量為174 596 m3/h，單價按4 元計，冬季的燃氣費為69.84 萬元。

2 供暖季的電力成本

（1）燃氣鍋爐耗電2.4 kW，按上述方式運行，一冬季鍋爐耗電量為4 387 kW/h，電價按單價0.8元計，冬季燃氣鍋爐耗電電費為0.35 萬元。

（2）一次側循環(huán)泵的電量為11 kW，按上述方式運行，冬季一次側循環(huán)泵耗電量為20 108 kW/h，電價按單價0.8 元計，冬季一次側循環(huán)泵耗電電費為1.61 萬元。

一個采暖季鍋爐房熱源部分的電力消耗合計為：0.35 萬元＋1.61 萬元=1.96 萬元。

由于熱源改造前后兩次側供暖循環(huán)水泵都需運行，此次熱源改造不計在運行成本內。

3 一個供暖季自建熱源的綜合運行成本（冬季供暖系統(tǒng)的補水量小，可忽略不計）

70 萬元（天然氣的費用）＋1.3 萬元（電力費用）=71.3 萬元

上述供暖季天然氣的費用和供暖季的電力成本兩項合計為71.8 萬元。

本項目原采用重油作為燃料，根據(jù)甲方提供的財務報表，冬季供暖的消耗的重油費用合計約為124 萬元左右。進行熱源改造后，改用清潔能源天然氣作為燃料，一個供暖季可節(jié)省供暖成本約52.2萬元。則本次熱源改造的初投資的回收年限為：145萬元÷52.2 萬元/年＝2.8 年＜3 年，說明這次熱源改造的案例優(yōu)。

五、燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐的介紹

目前市場上廣泛使用的燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐基本上都是模塊化設計，采用獨特的冷凝技術，最大限度利用燃燒產(chǎn)生的熱能[6]。

（一）高效低氮（NOX ＜30 mg/m3），全預混燃燒技術

真正的冷凝燃氣鍋爐，必須使用100%空氣全預混技術，此項技術對增加冷凝效果、提高鍋爐效率和降低NOX 的產(chǎn)生有著非常重要的作用。

通常空氣和燃料分別送入燃燒室燃燒，存在燃氣未完全燃燒或過量空氣系數(shù)太大的問題，影響燃燒效率。100%空氣預混技術是將空氣和燃料按比例完全混合后送入燃燒室，這樣可以降低空氣的需求量。

減少煙氣中NOX含量主要有兩條途徑，一是改進燃燒方法以減少其生成，二是設法清除煙氣中的NOX，使煙氣凈化到一定程度再行排出[7]。

第一條途徑是治本的方法，100%預混技術就是其中的一種，由于改善了燃氣與空氣的混合，降低了空氣過量系數(shù)，減少了燃氣周圍的氧含量，能夠使火焰面的厚度減薄，同時降低火焰溫度，在燃燒負荷不變的情況下，煙氣在火焰面即高溫區(qū)內停留時間縮短，因而使NOX的生成量降低。所以此項技術的推廣對于環(huán)境保護有著重大的意義。

同時，將100%空氣預混技術和比例調節(jié)技術與逆流布置冷凝換熱器完美地結合在一起，充分挖掘燃燒冷凝的潛能，使鍋爐的效率提高到107%（按天然氣低位發(fā)熱值計算），比普通鍋爐效率高20%～30%。冷凝燃氣鍋爐在高效節(jié)能的同時，由于燃燒器火焰溫度低，使NOX排放量小于30 mg/m3，環(huán)保效果顯著。

（二）不銹鋼材質冷凝鍋爐和一般鑄鋁材質冷凝鍋爐的比較

每立方米天然氣燃燒后可以產(chǎn)生1.55 kg 水蒸氣，這些水蒸氣冷凝成水時，將煙氣中的有害物質，尤其是NOX收集到水中，使冷凝水呈現(xiàn)弱酸性，PH 值通常為3 ～5，對鍋爐的殼體有很強的腐蝕作用。因此在設計冷凝燃氣鍋爐換熱器時，必須使用不銹鋼、鑄鋁等耐腐蝕材料，如果使用常用鋼板或鑄鐵等材料將嚴重縮短鍋爐的壽命。普通的非冷凝鍋爐，由于在設計時，將排煙溫度設計在150 ℃以上，不考慮吸收水蒸氣冷凝所釋放的潛熱，沒有冷凝水產(chǎn)生，因此不會涉及這類問題。

近日，南方地區(qū)多次出現(xiàn)強降水過程。李克強總理和汪洋副總理針對當前防汛抗洪工作作出重要批示。國家防總及時會商，科學研判，對防汛抗洪工作進行再安排再部署。一年一度的汛期是一場考驗政府和民眾智慧的戰(zhàn)場。面對每年嚴峻的防汛形勢，要奪取防汛抗洪和防災減災的勝利，需要我們不斷增強防災意識，切實提高應對能力。

從設計的角度看，兩種不同材質的鍋爐都進入了冷凝狀態(tài)，但還是有些區(qū)別的，具體區(qū)別如下：（1）不銹鋼冷凝鍋爐采用316 L 不銹鋼，比鑄鋁冷凝鍋爐更耐腐蝕；（2）不銹鋼表面光滑，具有自清洗功能，在煙側不會積灰；（3）在同樣出力下，不銹鋼冷凝鍋爐煙側換熱面積是鑄鋁冷凝鍋爐的1.5 倍，較大的換熱面積使效率提高2%左右；（4）不銹鋼冷凝鍋爐與鑄鋁冷凝鍋爐，在一般情況下，不銹鋼冷凝鍋爐在價格上略高于鑄鋁冷凝鍋爐，但從性價比上來說，抗腐蝕性、鍋爐熱效率、設有防煙氣回流裝置等設計明顯優(yōu)于鑄鋁鍋爐，對于用戶長期使用的特性，選擇不銹鋼冷凝鍋爐是用戶的最佳抉擇。

（三）煙管上外加冷凝器的燃氣鍋爐和一體式冷凝鍋爐（含二級換熱器）的比較

由于冷凝燃氣鍋爐的原理很簡單：只要將換熱面積增大到一定程度，使排出煙氣的溫度降到60 °C以下，即可實現(xiàn)冷凝效果。

傳統(tǒng)的燃氣鍋爐通常在煙氣管道上增加一個節(jié)能器或冷凝器，可部分降低排煙溫度，這是一種提高鍋爐效率的方法，但是對冷凝熱量回收潛力挖掘的不夠，熱效率只能提高大約5%，鍋爐排煙溫度不能長期穩(wěn)定在低溫，經(jīng)常超過60 °C，所以排煙管道必須選擇不銹鋼材質。另外，由于在煙道上加裝冷凝器的鍋爐，造成鍋爐的體積過于龐大、增加了鍋爐排煙的阻力，也增加了鍋爐房的面積或高度。（冷凝鍋爐為PVC 材質排煙管）

要設計節(jié)能高效的燃氣冷凝鍋爐，就必須把換熱器、燃燒系統(tǒng)和控制系統(tǒng)綜合在一起來考慮，把每個環(huán)節(jié)中能夠提高鍋爐效率的技術都優(yōu)化組合在一起，才能實現(xiàn)最大的冷凝效果，才能實現(xiàn)鍋爐最高的效率，這正是一體化冷凝鍋爐的構造優(yōu)點。

（四）智能控制，比例調節(jié)技術

冷凝燃氣鍋爐智能化程度很高，通過軟件可以采集室外溫度、供水溫度、回水溫度、系統(tǒng)溫度、煙感溫度等十幾個參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)自動調節(jié)風機的轉速，在確保維持燃氣量和空氣量最佳匹配的前提下，使鍋爐的功率與熱負荷相匹配，同時具有監(jiān)測火焰、空氣流量、燃氣流量、鍋爐水流量、冷凝水位等功能，保證鍋爐的安全高效運行。

智能化控制系統(tǒng)為無人值守鍋爐房的實施奠定了基礎。使用比例調節(jié)技術的優(yōu)勢是將傳統(tǒng)鍋爐以大火燃燒、頻繁啟停的狀態(tài)，改為鍋爐以低負荷出力，延長鍋爐的運行時間，減少啟停的次數(shù)，從而實現(xiàn)節(jié)能的效果。并且鍋爐以低負荷出力時冷凝效果更加顯著，鍋爐效率得到更大的提高。

六、結論

為切實改善空氣質量，2018 年中央提出堅持宜電則電、宜氣則氣的指導方針，以供定改，先立后破。加快清潔能源替代利用，鼓勵發(fā)展天然氣分布式能源等高效利用項目，推進天然氣價格形成機制改革。隨著“煤改氣”市政的持續(xù)升溫和國家的環(huán)保政策的要求和扶持，使得有實力的燃氣型鍋爐制造廠家都取得了很好的銷售業(yè)績。

大連金石灘國際會議中心位于5A 級景區(qū)，冬季為淡季，客流量少熱負荷較小。同時隨著室外氣溫和游客多少的變化，熱負荷變化也比較大。冷凝鍋爐負荷調節(jié)能力強，適合負荷變化大的場所。并且鍋爐以低負荷出力時冷凝效果更加顯著，鍋爐效率得到更大的提高。

冷凝鍋爐熱效率高，排煙溫度低，排出煙氣的溫度降到60 °C 以下，非常節(jié)能。

大連金石灘國際會議中心位于5A 級景區(qū)，對空氣質量要求高，對環(huán)境噪音要求高。冷凝鍋爐氮氧化物（NOX）排放低于30 mg/m3，超低噪音，滿足環(huán)境要求。

本項目原采用兩臺額定制冷量為3 000 kW 的燃油型溴化鋰吸收式冷熱水機組做冷熱源，夏季制冷和冬季供暖，使用的燃料是工業(yè)重油。原溴化鋰吸收式冷熱水機組拆除，配置兩臺離心式冷水機組，熱源系統(tǒng)需配置3 臺1 400 kW 模塊式的燃氣型常壓冷凝熱水鍋爐。熱源改造總的初投資合計約為145萬元，本項目原采用重油作為燃料，根據(jù)甲方提供的財務報表，冬季供暖的消耗的重油費用合計約為124 萬元左右。進行熱源改造后，改用清潔能源天然氣作為燃料，一個供暖季的燃氣和電力成本為71.8 萬元，一個供暖季可節(jié)省供暖成本約52.2 萬元。則本次熱源改造的初投資的回收年限為：145 萬元÷52.2 萬元/年＝2.8 年＜3 年，說明這次熱源改造的方案非常好，非常節(jié)能。

這個項目采用了目前市場上普遍使用的燃氣型冷凝熱水鍋爐作為改造的熱源，經(jīng)一個冬天的實際運行后，取得了很好的節(jié)能效果和供暖效果，經(jīng)濟效果理想，業(yè)主滿意。