在环保压力下燃气锅炉的节能性如何提高

山东大西热能设备有限公司2023年10月11日整理发布：在使用蒸汽锅炉和天然气蒸汽发生器设备时，当下对环保要求更严格，大西热能-蒸汽发生器设备符合国内所有城市的环保要求（氮氧化物低于30毫克在15-20毫克之间），并且大西蒸汽发生器符合免报检年检要求，采用锅炉标准，低氮、贯流式、全预混、大型平板燃烧，耗气量上产每吨蒸汽的天然气消耗量在75-78方。

我国工业领域的发展与进步，提高了对燃气锅炉的应用需求。但是，燃气锅炉的运行，不仅会产生大量的能源消耗，还会排放出大量的有害气体，对空气产生污染。在国家大力倡导“节能降耗”“节能减排”等发展理念的形势下，加强燃气锅炉的节能运行控制，显得尤为重要。

关键词：环保；燃气锅炉；节能运行；燃气蒸汽发生器

在国民经济发展水平不断提高的形势下，大气污染问题却越来越严重，为了实现可持续发展，我国对于大气污染问题予以高度的重视，并提出了节能减排战略措施。燃气锅炉的运行，不仅需要消耗大量的天然气资源，还会排放出大量的有害气体，对空气产生污染。如何提高燃气锅炉的运行效率，减少燃气锅炉运行过程中的污染排放，受到人们的关注。

1.燃气锅炉的运行过程分析

在燃气锅炉的运行过程中，天然气是最主要的燃料。但是，要想保证天然气燃烧的充分性，必须要有充足的氧气供应。但是，就现阶段而言，绝大多数燃气锅炉运行过程中使用的氧气来自外界空气。当空气与天然气混合在一起之后，空气中的氧气分子就会与天然气分子混合在在一起。这两种分子都具有一定的温度。这些分子会带着自身储备的能量，参与到锅炉运行过程中。这些能量非常多，足够支撑他们完成整个反应过程，生成相应的产物。如果将燃气锅炉系统中的燃气释放能量设为q，理论层面上与锅炉系统排出的能量相同。如果将炉水吸热量设为q1，将循环水吸热量设为q2，将不完全燃烧损失设为q3，将排烟设为q4，根据能量守恒定律，可以得出q=q1+q2+q3+q4。针对整个燃气过程中，总热量值的变化，受到以下几种变化因素的影响：第一，燃气锅炉运行状态；第二，燃气锅炉回水温度；第三，燃气锅炉出水温度。要想提高天然气在锅炉系统内的燃烧效率，需要对燃气过程中的总热量变化予以重点考虑，并以此为基础对燃气和空气的输送量进行优化调整。

2.燃气锅炉运行过程中存在的问题及原因

（1）燃气锅炉运行过程中存在的问题。我国燃气锅炉的运行，主要存在着以下三方面的问题。首先，燃气锅炉的运行目的是通过能源的燃烧来实现能量的转化。但是，在能量转化的过程中，却会有大量的热量散发掉。当锅炉系统停止运行之后，锅炉壁逐渐冷却，遇到空气中的水分，就会形成一层冷凝水。而这些冷凝水，就会对锅炉烟管及管板产生腐蚀，使锅炉系统达不到预期的使用寿命。其次，燃气锅炉的运行过程，会产生巨大的能量损耗，能量转化率偏低。另外，锅炉系统的供热过程不同，其产生的能量消耗也存在较大差异，且普遍存在着能耗过大、能耗过小等问题，无法维持燃气锅炉供热效率的稳定性。最后，燃气锅炉的使用时间越长，其后期的供热质量就越差。

（2）燃气锅炉运行问题的原因。对燃气锅炉运行过程中存在的问题进行分析，主要与以下方面因素有关。技术方面的差异，使得操作人员无法对燃气锅炉进行熟练而准确的操作，甚至还会以传统的燃煤锅炉运行流程和规范来指导燃气锅炉的运行操作。这样不恰当的操作，会对燃气锅炉的运行效率产生较大的影响。部分设计人员对于燃气锅炉的运行过程认识十分有限，再加上没有较高的节能环保意识，没有对燃气锅炉进行针对性的节能优化设计。就会增大燃气锅炉系统运行过程中各种运行故障问题的发生几率。

3.环保视域下燃气锅炉的节能运行控制措施

（1）加强燃气锅炉排烟热损失的控制。在燃气锅炉的运行过程中，排烟温度越高，产生的排烟热损失就越大。燃气锅炉的排烟温度，每提高15℃，就会增加1%的排烟热损失。为了对这些热能进行充分的应用，需要在燃气锅炉系统中增加节能器、冷凝器或者空气预热器的设计，以此来加强系统末端热能的利用，加强排烟温度的控制，将排烟热损失控制到最低。为了将这部分热损失控制到最小，需要对燃气锅炉运行过程中的过剩空气系数进行调整。首先，可以利用一些方法对炉墙烟道各处的漏风点进行消除。其次，可以将二氧化碳或氧气分析仪加装到锅炉尾部，利用专业仪器的优势，对锅炉的过量空气系数进行分析，然后利用能够电子比例调节的燃烧器，对锅炉空气与燃气混合比进行控制，使其始终处于一个相对合理的低区间。这样，也能够将燃气锅炉运行过程中产生的排烟热损失控制到最小。

（2）加强燃气锅炉燃烧器启停频率的控制。在燃气锅炉系统的运行过程中，对燃烧器进行频繁的启动或者暂停操作，不仅会对燃气锅炉燃烧器的使用寿命产生影响，还会使燃气锅炉的运行产生更大的燃烧热损失。因为在启动燃气锅炉燃烧器的时候，炉膛内积存的可燃性气体就可能因为遇到明火而发生爆燃。无论各种型号的燃气锅炉，预吹扫与后吹扫时间多数控制在60～180s之间[1]。当燃气锅炉的火焰配比趋于稳定时，燃气锅炉内的燃气也无法在短时间内与空气形成最佳的配比。这不仅会让天然气处于低效燃烧状态，还有可能缩短锅炉的使用寿命。燃烧器的启动与暂停操作越频繁，天然气的燃烧效能就越低，天然气能源的浪费现象就越严重。所以，必须要对燃气锅炉燃烧器的启停频率进行严格的控制。对此，建议根据燃气锅炉的实际情况，选择适合的燃烧器设备，并对燃气锅炉的运行负荷进行严格的控制。

（3）加强燃气锅炉的定期保养与维护。要想使燃气锅炉达到预期的使用年限，不仅要对燃气锅炉进行规范化的操作，还需要安排专业的人员对其进行定期的保养与维护，将燃气锅炉系统运行过程中出现的安全隐患进行定期的消除，及时处理锅炉运行中的风险隐患和故障，使燃气锅炉保持最佳运行状态，降低燃气锅炉运行过程中的能量消耗。针对燃气锅炉的保养与维护，需要注意以下几方面。首先，维护保养工作要严格遵照相关规范，比如燃气锅炉维护手册和厂家的指导意见进行。对燃气锅炉的烟道及烟管进行定期的清理，以免灰尘积累过多，降低燃气锅炉的烟气系统换热效率。对燃气锅炉锅筒和汽水管道进行定期的清理，以免因为锅炉系统运行时间过长、进水质量变差、含钙镁离子硬度较高、药品投入量过少等原因，使锅筒和管壁结垢，影响锅炉烟气与水的换热效率。其次，燃气锅炉燃烧状态欠佳的时候，天然气处于不完全燃烧状态，也会使锅炉的积炭现象更为严重。再加上清洗频率过低等因素的影响，严重拉低了锅炉的热效率，从而使锅炉的运行效果达不到预期目标[2]。另外，锅炉燃烧器异常运行还会使燃烧器内的空气与天然气比例不合理，导致天然气燃烧不充分，造成运行经济效益低下的后果，或者因为过剩空气配比的增大，而降低锅炉设备的运行效率。

（4）加强燃气锅炉的低氮改造。根据国家的环保政策以及低碳经济要求，要想实现城市上空大气环境的整体性改善，对燃气锅炉进行低氮改造势在必行。对此，建议从以下两方面入手。首先，对燃气锅炉本体进行整体性优化和升级，扩大燃气锅炉的炉膛容量。这样不仅可以为天然气提供一个相对理想的燃烧环境，还能够对氮氧化物的产生进行抑制，将燃气锅炉系统运行过程中产生的氮氧化物排放量降到最低。其次，对燃气锅炉的燃烧器进行低氮改造。因为燃烧器是燃气锅炉系统中最重要的一个部件，燃烧器的优劣，对于燃气锅炉的氮氧化物排放与运行效率有着直接的影响。在对燃烧器改造的过程中，需要对用户的实际需求进行分析，对燃气锅炉本身的性能特点进行研究，然后选择出最适合的、质量有保障的指明品牌低氮燃烧器[3]。从本质上分析，低氮的燃烧环境就是有利于提升锅炉燃烧器内热效率的环境。实现低氮化燃烧，能够提升燃气锅炉的运行效率，降低燃气锅炉的运行能耗。

（5）加强空气的控制。所谓空气量，指的是在空气系数标准的条件下，干空气的质量。而气体燃烧的理论空气量，指的是燃烧1m3的气体，需要的空气量。在燃气锅炉的运行过程中，锅炉内的空气量就是真实提供的空气量，叫做实际空气量。结合以往的燃气锅炉运行经验，实际空气量通常都会大于理论空气量。而多出来的空气量数值，就是过量空气量。利用这三个数值，就可以整理出如下公式：

实际空气量=理论空气量+过量空气量

过量空气系数=实际空气量/理论空气量

通过以上两个公式，可知采用科学合理的方法手段，对空气进行控制，就相当于对过量空气系数进行了控制。因为，过量空气系数的大小，直接决定着燃气锅炉的运行效率。如果过量空气系数偏大，燃气锅炉运行过程中产生的热损失就较多；如果过量空气系数偏小，那么锅炉内的天然气就无法得到充分的燃烧，甚至还会引起严重的资源浪费现象[4]。只有对空气与燃气的混合比进行合理的控制，将过量空气系数的值维持在一个相对合理的区间内，才能够在保证天然气充分燃烧的同时，消耗的热量最低。

（6）加强后勤生活供气管道的优化设计。在燃气锅炉的日常运行过程中，锅炉系统的燃烧状态容易受到各方面因素的影响。为了保证工业生产中燃气锅炉的稳定运行，必须要对后勤生活的供气管道进行优化设计，并做好后期的检修与维护。首先，如果主管道的流速达到50m/s的时候，就可能出现管道共振现象，所以建议将主管道改造成小管。其次，流量的不可控制性使得“大温差小流量”的运行管理方式只能停留在理论层面，而将均流阀、差压阀和锁闭流量阀综合在一个燃气锅炉系统当中，就可以在锅炉运行过程中合理调整和控制流量。在这一燃气锅炉系统中，差压阀无需调整，锁闭流量阀上带有流量刻度。工作人员可以根据实际需求，对流量进行控制。另外，均流阀上设置了5个档位。在日常生产中，可以将其调整到3档，然后在后期运行过程中，再根据需求进行档位的增大或者减小。

（7）对燃气锅炉的出水温度进行合理的控制。外界环境的温度，对于燃气锅炉的运行影响也比较大，会引起锅炉供热地带热量的变化。要想提高燃气锅炉的运行效率，保证热量供应的及时性，就必须要使天然气处于充分燃烧状态。现阶段，我国针对燃气锅炉出水温度的调节，采用的是电子比例调节阀，即利用低氮燃烧器，对燃气锅炉的出水温度进行控制。另外，还要对燃料阀进行调整，确保燃气锅炉运行过程中有充足的氧气供应[5]。只有这样，才能够最大限度的提高燃气锅炉的燃烧效率，减少锅炉运行过程中有害气体的排放量。

（8）加强新型燃气锅炉节能运行技术的应用。加强新型燃气锅炉节能运行技术的应用，也能够有效提高燃气锅炉的节能效果。对此，建议对以下三种燃气锅炉节能技术进行合理的应用。

①气候补偿技术。主要优势是运用气候补偿器了解外界环境的温度变化，还可以结合用户设定的不同施加对锅炉设备运行环境温度的要求，对锅炉的供水温度进行有效的计算，并通过室外管网热水流量的自动化调节来实现室内燃气锅炉供水温度的调节，以免室内温度过高，增大锅炉燃烧过程中产生的热损失。气候补偿器的运行原理是：将电动调节阀门安装到板式换热器一次网的供水主管路上，利用室外传感器来获得外界温度的数值。根据工作人员提前设定好的室内温度需求，对阀门开度的大小进行调节，就可以对锅炉的供水温度进行自动化调节，使供热系统中的供水温度得到气候补偿。根据以往的工作经验，将气候补偿器安装到燃气锅炉的供暖系统中，可以在原有基础上减少20%的热量损失。

②锅炉群控技术。主要原理是运用计算机科学技术对锅炉运行中的相关参数进行实时监控，可以有效、及时地发现锅炉的运行状态，对异常情况能够第一时间进行处理。主要涉及锅炉房中燃气锅炉、辅机设备等的运行参数，进而提升锅炉产热量与实际用户需热量匹配度的节能运行技术。可以在有效减少锅炉启停次数的基础上，使锅炉的运行质量达到用户的实际需求[6]。另外，将现阶段最主流的网络通信能力应用到燃气锅炉的运行过程中，对各锅炉房的运行情况进行监控，将相关监测数据传输到总控制室，就可以为相关人员制定锅炉管理决策，提高锅炉系统运行质量，提供最有利的数据支持。在锅炉群控技术的支持下，供热系统主要由三部分组成：第一热源部分、第二热力网管、第三热用户。控制中心负责统一调配各锅炉的运行负荷，统一控制各锅炉的运行、供暖温度的气候补偿计算与控制。这样一来，锅炉房就转型成为具有节能功效的能源中心。

4.结语

在国家大力倡导环保、节能、可持续发展理念的情况下，提升燃气锅炉运行的节能效果，具有巨大的现实意义。对此，不仅要对燃气锅炉的排烟热损失、燃烧器启停频率、空气、出水温度等方面进行严格的控制，还要对燃气锅炉进行定期的保养与维护。同时，不断地探索更多先进的燃气锅炉节能运行技术，并借助先进技术的优势降低燃气锅炉运行过程中的污染排放与热量损失，提高燃气锅炉运行的节能效益。