燃气锅炉的节能运行与技术控制探析

李洪伟

（北京市热力集团有限责任公司，北京 100028）

在当前节能降耗理念的影响下，各行各业都在积极探索节能技术和节能途径。对于燃气锅炉来说，其在实际运行过程中需要消耗较大的能量，如何降低能耗，提升燃气锅炉的节能效果是值得考虑的。

1 燃气锅炉的节能措施

1.1 锅炉定期保养，改进燃烧不完全现象

对于锅炉来说，锅炉需要定期地进行保养，如果锅炉不进行定期保养轻则使锅炉增大燃料消耗量，重则设备出现故障或是发生保障的情况。因为燃气锅炉在环境良好的情况下，可以完全燃烧，较少会产生资源浪费的现象，而不良情况下，燃气未充分燃烧，会造成一定程度的热浪费。因此，在对此现象进行改良时，可以采用对锅炉燃烧器加装氧含量调节仪的方法，使得运行状态达到最佳，从而有效地节省燃气，降低运行成本。实时保证空气和燃料的配比，更充分燃烧，以避免燃料不完全燃烧造成热量损失。

1.2 增加烟气余热回收器，降低排污损失

燃气锅炉通过在燃烧过程中控制燃烧流量和空气流量持续在最佳空燃比，以确保整个生产过程中最经济燃烧。但燃气锅炉具有非线性、变量多等特点，燃油的完全燃烧程度也直接影响燃气锅炉燃烧效率。（1）空燃比在不同负荷下的最优比值是动态变化的；（2）燃油中的成分比是动态变化；（3）受各种变量影响，流量测量也存在不准确因素。这些，都直接在不同程度上影响到锅炉热效能。因此在这个控制系统中，还需增加一个动态性能指标，即烟气含氧量指数。保证供水温度的同时，有效提高燃气锅炉运行中的燃烧效率，可通过增加对烟气含氧量的闭环控制来实现。增加一个以最佳烟气含氧量为控制目标的动态比例控制系统，即烟气含氧量闭环控制系统。对于燃气锅炉节能来说，我们可以添加烟气余热回收器，可以有效地节省燃料，可节省3%～5%。锅炉在进行排污时掌握好时机，一般在低负荷和高气压的情况下进行排污可以减少排污量。

1.3 进行有效保温

不管是北方地区还是南方地区，燃气锅炉管道的保温是非常重要的，在传统的保温措施里，所制作的燃气锅炉管道是岩棉外缠玻璃布。目前保温措施有所提升，已将岩棉外包铁皮替换原来的岩棉外缠玻璃布，并对燃气锅炉的管道系统进行升级。新能源的利用率明显提高，同时也提升燃气锅炉管道的保温功能。如果燃气热水锅炉本体中的水在冷却后再进行加热，就会耗费更多的燃料，若是锅炉本体中的水处于余温状态下就能相应的节约燃料，所以对于锅炉本体来说，我们需要进行保温，就好似热水瓶，其目的就是减少热水温度的流失。

1.4 必须有可燃物质和足够的氧气进行燃烧

在工程实践中，氧气一般来自空气。有足够高的温度。换句话说，燃烧的基本条件是：可燃物质与氧分子按一定比例混合；参与反应的分子必须有一定的能量储备，即一定的温度来克服分子间的内力，即当分子碰撞时，可以打破起始物质的键，然后结合成稳定的新键，最终导致反应产物的形成；需要一定的时间来确保反应完成。从节能的角度来看，进入锅炉系统的气体释放的总能量Q应该等于锅炉系统排出的总能量，包括锅炉水q1的吸热、不良水q2的吸热、不完全燃烧损失q3、散热q4和废气q5。即q=ql+q2+q3+q4+q5。当回水温度或设定出口温度的设定点(根据外部温度变化)发生变化时，循环水的吸热也随之变化，所需的总热值也随之变化。因此，根据所需总热量的变化，适当调整燃气和进气量，可以使锅炉运行更加经济有效。

2 燃气锅炉节能运行控制技术要点

燃气锅炉的排烟量越大，温度越高，所损失的热量就越多，所以我国致力于降低燃气锅炉的排烟热量损失的研究，例如，当油烟的温度上升18℃，再损失就会上升1%。主要分为2种方法：一种是冷凝式，利用燃气锅炉排放的烟气中吸收水蒸气在气化时所生产的潜热。一般使用的锅炉会将烟气中的大量热量传递给水，可是冷凝式的燃气锅炉在吸收烟气中部分的水蒸气，还能冷却气化所产生的潜热；另一种方法就是分离式的，可以将燃气锅炉所排烟余热回收。此种方法可以高效率地回收燃气锅炉所排放的烟气余热，可是也存在一些缺点，例如，分离式的方法是利用接触换热器来实现气体的液化过程，可是由于分离式能吸收烟气中大量的有害物质。当接触换热器直接将所回收的气体进行液化时，所液化出来的水质为酸性，是不能正常使用的。因此，分离式的方法由于企业条件的受限，不能使用该方法对所排放的烟气中的余热进行回收利用。

此外，锅炉设备本身以及附属的其他设备，风道等在散热过程中会带来较大程度的热浪费，因此解决该类问题可以从设备本身进行改良，也可以通过对风道进行改良设计，降低散热损失，尤其针对保温散热系统进行改革等。

3 例谈燃气锅炉节能运行的新措施

3.1 冷凝燃气低氮热水锅炉

冷凝燃气低氮热水锅炉是目前市场上较为推崇的产品之一，具有很大的节能环保优势，它的燃料为气体，主要是天然气、煤气、液化石油气和沼气等，但使用最多的燃料是天然气，所以我们也可以称燃气热水锅炉是天然气锅炉。作为燃气热水锅炉的模块炉热效率高、升温快、运行成本低、智能化操作、外形美观等优势。冷凝燃气低氮热水锅炉每个模块独立运行，不影响整个系统运行时单个机组的故障，无须备用热水锅炉，占地面积小，可安装在热水锅炉中。房屋的投资成本增加了地下室等小型设备的现场利用率。在繁华的黄金商业区，它为酒店、办公楼和组织节省了空间，为热水锅炉节省了更多的土地投资和建设成本。热水锅炉可以无人值守，大大降低了管理成本和工人工资。能效高，可节省燃气运行费用。采用冷凝原理，高性能比例燃烧系统，比如电磁燃气阀，自动调节功能，节省燃气，热效率高达108.9%。这不仅延长了模块化热水锅炉的使用寿命，而且还为用户节省了客观成本。

3.2 基于信息化物联网的燃气锅炉远程节能调节控制系统

当前，信息化技术手段已经渗透进各行各业，对于燃气锅炉领域来说，研究基于信息化物联网技术手段的燃气锅炉远程节能调节控制系统，也是一种新的思路。其基本理念在于解决温度调节控制系统监测；温度调节仪通过现场监测数据，根据监测数据经验值设定调节温度和上下限数据；监测数据出现故障时及时得到报警反馈；通过手机随时随地监测数据，减少操作人员巡检次数，实现设备管理人员和操作人员同时多人监测燃气热水锅炉数据。远程节能调节控制系统的技术是基于modbus-rtu标准通讯协议，利用4G物联网路由器模块，采用485总线通讯或rj45网络通讯与PLC相连。在上述技术支持下，可实现各项数据实时上传，并在云平台上直接同步。如现场锅炉实时温度、锅炉温度上下限值等。再通过4G手机实时同步数据，设备管理人员和操作人员，可通过手机随时随地对现场锅炉进行实时监测和实时控制，减少了操作人员巡检次数。根据实时监测数据，按经验值远程设定条件温度，对设备电源进行开启或关闭，以及对各项温度限值等参数的设定等。再经由PLC调节程序精准控制热水锅炉的温度，实现节能控制。在系统监测数据出现故障时，能及时报警功能和同步反馈。同时，该系统可进行夜间节能运行模式设定。每个热水锅炉供热水的温度50℃左右，正常冬季夜间，温度控制在20℃不结冰即可，夏季夜间温度可以更低。这样至少可以节省30℃左右。1m3天然气的热量为3.5万千焦，按50t热水，其总热量在630万千焦，每日可节省约180m3的天然气。整个系统，每年运行可减少约20万元的燃气费。

4 结语

近年来，燃气锅炉逐渐取代燃煤锅炉、燃油锅炉被广泛应用在生产、生活的各个领域，成为当前社会的主流采暖工具。燃气锅炉解决了燃煤锅炉污染严重、运行成本高昂等问题，具有显著的经济效益与社会效益，应用前景十分广阔，今后应大力发展燃气锅炉，为可持续社会的建设和发展提供有力支持。综上所述，在燃气锅炉的运行过程中，有关锅炉的节能运行与技术控制占据了重要地位，燃气锅炉制造和运营企业应结合锅炉实际运行中所遇到的相关问题，结合当前流行技术手段和技术发展方向，有针对性地进行节能技术的改造与运用，有力地推动燃气能源利用效率的显著提高。