燃氣鍋爐的節能降耗改造方案

戚祥平 季劍

摘要：燃氣鍋爐在我國生產生活中占有著十分重要的位置，但是由于傳入時間較晚。相關工作人員缺乏一定的經驗，導致燃氣鍋爐在一定程度上存在著燃氣效率低的情況，致使生產生活成本高。因此，本文將集合目前燃氣鍋爐中存在的一定問題，提出相應的建議，為增加其燃燒效率，向有關人員提供借鑒和參考。

關鍵詞：燃氣鍋爐；節能降耗；改造

秉承著“可持續發展”戰略的原則，近年來， 我國的經濟飛速發展的同時，也節省了大量的自然資源，為未來的經濟持續發展夯實了良好的基礎。因此，在燃氣鍋爐方面，我們需要進行不斷地研究和改進，在減少運行成本的情況下，盡可能的節約自然資源，采用清潔燃料和潔凈燃燒技術的高效、節能、低污染的燃氣鍋爐將是鍋爐產品發展的必然趨勢。

一、燃氣鍋爐所面臨的問題

（一） 散熱損失

散熱損失是指鍋爐圍護結構和鍋爐機組范圍內的氣、水管道以及煙風道等，受外部大氣對流冷卻和向外熱輻射所散失的熱量。它與周圍大氣的溫度（露天布置時的室外溫度、室內布置時的室內溫度）、風速、圍護結構的保溫情況以及散熱表面積的大小、形狀等有關，同時還與鍋爐的額定容量和運行負荷的大小有關。燃氣鍋爐在燃燒過程中，散熱損失是燃燒效率低的主要原因之一[1]。一般根據經驗數據和近似計算的辦法確定，一般情況下，燃氣鍋爐在工作工程中不可避免發生散熱損失0.5%-1.7%。相比較于其他燃燒設備，1.7%的散熱損失較大，如，在中小型燃氣鍋爐中，散熱系統能夠有效將鍋爐內部的空氣升高，相應的配套設備和管道也具有一定的提高熱量的功能。

（二） 燃料燃燒

通常而言，燃氣鍋爐使用的天然氣作為原料，燃燒率在99.5%左右。然而，還有近0.5%的天然氣無法進行充分燃燒，這就致使燃氣鍋爐的熱損率升高，導致燃燒不充分的問題更加嚴重。另一方面，使用天然氣作為原料的燃燒現象和其他燃料存在著一定的差別，天然氣的燃燒無法直接用肉眼觀看到相應的燃燒反應。因此，在出現熱損率升高的情況下，工作人員在第一時間內是無法進行發現和判斷的。衡量燃氣鍋爐是否充分燃燒的排放指標主要是：鍋爐排放的煙氣中的氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等成分含量，這就要求空氣風量和天然氣氣量要有一個適宜的配比。燃燒充分產生二氧化碳，燃燒不充分產生一氧化碳。由于，天然氣在爐膛內停留時間短，為確保燃料燒透燃燼，應設計配置較大的爐膛面積，從而，加大燃燒反應面積，強化與空氣混合效果，采用合適的較小的過量空氣系數，達到充分燃燒的目的。目前，如何保證充分燃燒，可采用在保證完全燃燒前提下的低空氣系數燃燒技術；充分利用排煙余熱預熱燃燒用空氣和燃料的技術；實現低空氣系數燃燒的方法有手動調節、用比例調節型燒嘴控制、在燒嘴前的燃料和空氣管路上分別裝有流量檢測和調節裝置、空氣預熱的空氣系數控制系統等。

（三） 排污熱損失

鍋爐排污是鍋爐運行中不可缺少的重要環節，鍋爐排污是保證水質達到標準要求和防止結垢的重要手段，采用正確的方法科學而合理地控制排污，對于節約能源、延長鍋爐使用壽命和避免發生鍋爐事故都起著至關重要的作用。

燃氣鍋爐需要進行一定量的排污措施。在進行排污措施中，熱損率的控制是目前工作人員需要注意的另外一種問題[2]。目前，大部分燃氣鍋爐中都沒有配備相應的排污余熱回收裝置，致使余熱就會通過鍋爐本身損失，高達5%的熱損率，使天然氣的損耗增量達到了2%左右。因此，工作人員需要對鍋爐進行合理改造，降低熱損率的同時，還要對余熱進行合理利用，才能夠節約成本，提高效率。

鍋爐的排污量一般為鍋爐水容量的3%-10%，由于鍋爐排污要損失一些熱量和水量。據測算，排污率每增加1%，會使燃料消耗量增加0.3%-1%左右，所以在保證鍋爐水、汽質量的前提下要盡量減少鍋爐排污率。鍋爐排污水溫度一般在60-95℃，可以將排污熱量回收到給水或軟化水中，提高水溫40-60℃，既達到節能目的，又提高鍋爐爐膛溫度，有利于天然氣燃料的充分燃燒，能夠提高鍋爐熱效率。

（四） 排煙熱損失

在燃氣鍋爐工作的工程中，排煙是十分重要的步驟之一，排煙中所損失的熱量也是燃氣鍋爐熱損率高的原因之一。在燃氣鍋爐中最主要的損失是排煙損失，它決定于排煙溫度和排煙量。對于一定的燃料，排煙量決定于過剩空氣系數的大小，而過剩空氣系數又是和燃燒狀況直接有關的。根據調查顯示，排煙管道每增加18℃，鍋爐的工作效率就會降低1%。此外，排煙量的大小和鍋爐的熱損失成正比。因此，為了降低排煙熱損失，可以采用冷凝技術，在燃氣鍋爐尾部排煙口連接余熱回收裝置-節能器或冷凝器，工作原理就是通過一定的裝置將鍋爐燃燒后排放的高溫煙氣（一般在160-250℃左右）中的能量進行回收，經回收后的排煙溫度只有50-60℃左右。也就是利用高效的煙氣冷凝余熱回收裝置來吸收鍋爐尾部排煙中的顯熱和水蒸汽凝結所釋放的潛熱，以達到提高鍋爐熱效率的目的。這樣熱效率大概提高了10%左右，降低了熱損率，自然就節約了大約10%的燃氣，同時在能量回收過程中，還能夠降低有害氣體的排放，減少環境污染。

二、燃氣鍋爐節能方式

（一） 設置燃燒器

作為燃燒鍋爐熱效率低的主要原因之一，排煙熱損失主要由排煙量和過量空氣系數的高低決定。根據相關的研究顯示，過量空氣系數和排煙量成正比，空氣過量系數越高，排煙量就越大，致使鍋爐的工作效率就會不斷降低。因此，工作人員需要設置燃燒器，輔助天然氣在鍋爐內進行充分燃燒，保證過量空氣系數維持在一個標準水平。衡量燃燒器的節能指標有兩個：一是完全燃燒的程度；二是達到完全燃燒所需的最小過剩空氣量。節能燃燒器類型選擇有3種：一是預混型（先混合后燃燒），燃氣預混技術，就是使燃氣與氧氣按一定比例充分混合后燃燒，能夠節能20%以上；二是預混型加后混型，能夠節能25%以上；三是預混預處理加后混型，能夠節能30%以上。

工業燃燒器要想達到完全燃燒，在理論的空氣條件下是不可能實現的。在實際工況下，燃燒器都是采用在自然狀態下空氣助燃的形式，采用合適的最小過剩空氣量，使得爐膛內火焰的溫度達到最高，增加爐內的輻射傳熱量，從而提高熱效率，降低了能源損耗。降低燃燒器附屬設備的電耗也能起到一定的節能作用。燃燒器對環境的污染主要是噪聲和燃燒產物中有害物質對空氣的污染，噪聲污染已通過采取隔聲箱和風道等措施得到了有效控制；燃燒產物中有害物質對空氣的污染應采用低氧化氮燃燒器和對排放物進行處理的雙重辦法才能解決環保的大問題。所以選擇節能型燃燒器的原則是環保節能，如何環保？應該選擇低氮、低碳、低噪的燃燒器；如何節能？應該選擇低氧、低耗、高效的燃燒器。

（二） 鍋水加熱系統

在燃燒鍋爐中設置相應的鍋水加熱系統，通過水蒸氣冷凝釋放熱量，鍋水加熱系統加熱成水，再冷凝釋放熱量的循環過程，實現熱能的再利用，提高燃燒鍋爐的熱效率。如圖（一）所示，在原有的基礎上，需要設置相應的并聯煙道、閥門、半冷凝不銹鋼轉換器、補水泵、保溫水箱。通過設置鍋水加熱系統，軟水池的水能夠不斷通過補水泵進行補充，在換熱器中進行冷凝和汽化的反復循環，儲存進行熱水箱中。這樣就能夠覆蓋鍋爐工作的全部過程，保證熱量的持續和穩定。

目前，蒸汽冷凝水回收是個比較忽視的環節，推廣冷凝水回收技術，需要對給水系統進行改造。將蒸汽冷凝水余熱回收利用于鍋爐給水，可以經濟效益和社會效益雙豐收，一是能源再利用，節約天然氣效果明顯，可以提高鍋爐給水溫度30-50℃；二是大大節約鍋爐軟水用量，既節約用水又節約用鹽，冷凝水回收量可以達到鍋爐補給水量的40%-80%；三是蒸汽冷凝水含鹽量較低，可以減少鍋爐排污量，提高了鍋爐熱效率。

（三） 余熱回收裝置

余熱回收裝置也是提高燃氣鍋爐燃燒效率之一的重要手段。余熱回收裝置的運行需要和電氣控制系統進行結合。當鍋爐進行工作時，將軟水池中的水進行加熱通過循環泵保存在熱水箱中，這一過程不斷循環的同時，根據燃氣鍋爐燃燒的程度，對補水泵的頻率進行合理的控制。當鍋爐需要補充水時，直接從熱水箱中進行補水，這樣就節約了燃氣鍋爐加熱水所單獨消耗的熱量。根據WNS10-2.5-Y.Q鍋殼式燃氣蒸汽鍋爐調查顯示，加裝余熱回收裝置前后，燃氣鍋爐的各項數據對比，如圖（二）所示。可以看到，加裝余熱回收裝置燃氣鍋爐的各項數據都有了非常明顯的降低，回收率達到了36.87%，大大降低了燃料的消耗。因此，大力推廣余熱回收裝置有著廣闊的市場需求，在燃氣鍋爐中盡可能的加裝此裝置，以達到我國環保節能、可持續發展的標準和原則。

三、結束語

隨著我國燃氣鍋爐使用量的不斷增加，節能減排改造需要從多角度入手。在理解目前燃氣鍋爐存在問題的同時，還需要不斷進行深入的技術創新研究和探索。將燃氣鍋爐的各個環節都進行分析、學習和改進，進一步降低燃料使用量和熱損率。此外，隨著經濟水平和科技技術的蓬勃發展，未來燃氣鍋爐一定會做到自動化和智能化，安全、環保、節能、高效的鍋爐發展理念也必將在不遠的將來能夠實現。

參考文獻：

[1]羅鵬.燃氣鍋爐的節能降耗改造方案[J].現代制造技術與裝備，2017（4）：130-131.

（作者單位：揚州正宇鍋爐有限公司）