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      高效低氮冷凝燃氣鍋爐技術(shù)分析

      2018-11-26 11:33:20劉林沖
      重慶建筑 2018年11期
      關(guān)鍵詞:燃氣鍋爐風井氮氧化物

      劉林沖

      (山東新熱源城市供熱管理有限公司,山東鄒城 273500)

      0 引言

      隨著國家對大氣污染治理的持續(xù)推進,公共機構(gòu)對節(jié)能減排的重視,各省市將具體工作任務(wù)細化到了每個點,文件更是逐年得到加強和落實,重點支持燃氣鍋爐低氮改造[1],鼓勵發(fā)展低氮節(jié)能的技術(shù)路線。本文結(jié)合京津冀大氣污染傳輸通道2+26城市中的鄒城市進行實例分析。

      1 全預(yù)混概述

      全預(yù)混[2]是將所需空氣和天然氣預(yù)先按比例混合好,再送入燃燒室的燃燒方式(圖1),是目前最安全、環(huán)保、節(jié)能的燃燒方式,其特點是火焰短,燃燒充分;熱效率高達105%以上,熱損失小;排煙溫度低于60℃,PVC管材排煙,美國和加拿大有這方面相關(guān)標準(ANSI/ASTM/D1785 或D2665,ULC-S636);結(jié)構(gòu)緊湊,爐內(nèi)水容積少,不足百升;整機設(shè)計小巧(圖2),約是常規(guī)燃氣鍋爐占地面積的1/5,2萬m2供熱面積,只需約12m2鍋爐房,噪音低于55dB。

      圖1 全預(yù)混變頻

      全預(yù)混技術(shù)描述如下:

      (1)關(guān)于全預(yù)混燃燒幾種不同的結(jié)構(gòu)形式,常用的有多孔陶瓷板、雙金屬網(wǎng)、金屬纖維燃燒器。

      (2)關(guān)于全預(yù)混金屬纖維燃燒器,是全預(yù)混后的空氣和天然氣進入燃燒室之后進行燃燒的器具,該燃氣器具有安全無回火、熱慣性小、耐高溫、冷卻快等優(yōu)勢,可以使天然氣在充分燃燒的同時,降低空氣的需求量,提高煙氣的露點,使煙氣盡早進入冷凝階段,以進一步提高燃燒效率。

      (3)關(guān)于利用金屬纖維表面燃燒的藍焰效應(yīng)(圖3),將火焰溫度控制在850℃左右,可大幅度減少熱力型氮氧化物產(chǎn)生;由于火焰徑向燃燒,火焰長度小于100mm,燃燒速度極快,基本杜絕了快速型氮氧化物的產(chǎn)生,從而促使氮氧化物排放低于30mg/m2。

      圖2 冷凝鍋爐

      圖3 藍焰效應(yīng)

      我國一方面需要大量能源來保持經(jīng)濟的高速發(fā)展,一方面又要應(yīng)對空氣污染和氣候變化。我國正努力保持兩者之間的平衡關(guān)系。為應(yīng)對全球氣候變化,在1992年聯(lián)合國大會通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》。在近幾年,我國更進一步細化了相關(guān)標準規(guī)程,針對大氣污染治理的內(nèi)容更加明細,比如燃煤治理方面:燃煤鍋爐改造、散煤治理、煤炭清潔利用等;比如燃氣鍋爐治理方面:低氮改造等等。

      2 高效變頻在燃氣鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

      目前高效變頻有四大特點:通過智能控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)火焰大小來滿足實際熱負荷需求,根據(jù)負載的不同自動調(diào)整進入燃燒室的燃氣和空氣量[3],比例精準地自動跟蹤負載使燃燒過程保持最佳狀態(tài),輸出從5%至100%實現(xiàn)曲線輸出貼近實際需求。因此,在設(shè)定供熱出水溫度時,高效變頻控制系統(tǒng)可以滿足燃氣鍋爐頻繁啟停的要求,而不會卡頓,這對于供熱企業(yè)具有很高的可行性。具體的應(yīng)用包括以下幾個方面:

      2.1通過智能控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)火焰大小來滿足實際熱負荷需求

      當熱用戶短時間需要快速升溫時,回水溫度傳感器會給到變頻控制系統(tǒng)一個信號;變頻系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出功率,以求在最合理的時間內(nèi)滿足熱用戶供熱需求。

      2017年1月16日夜,山東省鄒城市室外溫度驟降至零下9℃,某敬老院供熱(圖4、圖5)系統(tǒng)需要盡快提溫,由于供熱面積1萬m2圍護結(jié)構(gòu)保溫性差,原有設(shè)定供水溫度55℃已經(jīng)不能滿足使用,辦公室人員第一時間在控制面板調(diào)整出水溫度至65℃,在調(diào)整完溫度以后20min的時間里,回水溫度由30℃飆升至45℃,保證了室溫不低于20℃的要求。

      圖4 敬老院供熱安裝前

      圖5 敬老院供熱安裝中

      正是因為變頻系統(tǒng)響應(yīng)迅速,同時較普通燃氣鍋爐水容積少,才使得末端用戶升溫快。

      2.2根據(jù)負載的不同自動調(diào)整進入燃燒室的燃氣和空氣量

      進入燃燒室的空氣量不足或過多、天然氣量不足或過多,都會引起點不著火或者點著立馬就滅等情況出現(xiàn),對此類情況就需要通過控制系統(tǒng)后臺程序調(diào)整混合比,從而達到正常比例。

      2016年12月25日,某中學鍋爐操作面板顯示故障代碼5,多次調(diào)整混合比后,點火正常,但是火焰一直處于小火燃燒。當詢問燃氣公司后,得知天然氣出現(xiàn)流量不足,不能滿足使用,需要等幾個小時(冬季氣荒),該設(shè)備在遇到燃氣流量低時具有可調(diào)節(jié)性。

      2.3比例精準地自動跟蹤負載使燃燒過程保持最佳狀態(tài)

      在實際供熱中,由于氣溫是發(fā)生著變化的,所以鍋爐回水溫度也會發(fā)生變化,回水溫控器會時刻給控制器傳輸信號,讓其溫度時刻保持在設(shè)定溫度值。溫度發(fā)生變化的過程,控制也隨之調(diào)整,同步進行。

      2.4輸出從5%至100%實現(xiàn)曲線輸出貼近實際需求

      回水溫度與控制器之間聯(lián)動,進而輸出功率呈現(xiàn)高低曲線的變化,這種變化對于天然氣的消耗量起到了節(jié)能的作用。輸出功率曲線如圖6。

      圖6 輸出功率曲線變化

      3 氮氧化物危害及低氮技術(shù)

      氮氧化物對環(huán)境有那些影響?NOx自身的污染、臭氧(O3)污染、酸沉降等問題,對人身健康、生產(chǎn)生活以及環(huán)境產(chǎn)生影響。作為生成臭氧(O3)的重要物質(zhì)之一,與臭氧(O3)濃度和光化學污染緊密相關(guān),排入大氣中的氮氧化物(NOx)和二氧化硫會導致酸雨。酸雨落在地表,滲透到地下水,造成地表水和地下水富營養(yǎng)化、土壤酸化等生態(tài)系統(tǒng)失衡。在氮氧化物排放時要保證清潔生產(chǎn)生活,還要統(tǒng)籌考慮到環(huán)境保護。

      3.1低氮技術(shù)

      低氮技術(shù)主要包括:低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。

      低氮燃燒技術(shù)主要包括全預(yù)混表面燃燒、分級燃燒和煙氣再循環(huán)等。

      煙氣脫硝技術(shù)主要包括選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)等。

      4 冷凝技術(shù)及實例

      具有獨特熱利用原理,充分利用燃燒過程中的顯熱和煙氣中水蒸氣凝結(jié)所釋放的氣化潛熱,以提高鍋爐整體熱利用率,節(jié)約天然氣,高效冷凝換熱器是一些發(fā)達國家冷凝鍋爐的主流配置。使排煙溫度降至60℃以下,從原理上有效回收煙氣中高溫水蒸氣的熱量,鍋爐熱效率隨冷凝排煙溫度變化,熱效率曲線變化如圖7。

      圖7 鍋爐熱效率曲線變化

      4.1天然氣熱值

      天然氣燃燒有兩個熱值,即高熱值和低熱值。低熱值等于顯熱加潛熱,顯熱是天然氣燃燒時直接加熱的熱量,潛熱是高溫(高于100℃)煙氣對從板換側(cè)或房間側(cè)循環(huán)回水預(yù)熱釋放的熱量。如果100℃的排煙溫度被鍋爐低溫循環(huán)回水吸收至低于60℃以下,所能釋放的潛熱是:水的比熱容是4200J,即溫度下降1℃,所釋放4200J能量,100℃降低到60℃,所釋放4200×(100-60)=168000J,約占熱效率的5%~8%,由于采用的是全預(yù)混燃燒技術(shù),進而熱效率即105%~108%[4]。普通燃氣鍋爐雖然具備低氮排放,但是由于不具備高效冷凝技術(shù),在實際的供熱運營中企業(yè)會因氣價波動而面臨虧損的風險。

      4.2實例

      以一臺1MW鍋爐為例:在相同一座城市,在相近的時間段,以出水溫度為50℃,回水溫度30℃,末端設(shè)施為風機盤管,帶有燃氣表的是排煙溫度105℃,帶有文字每天記錄的是排煙溫度55℃。圖8燃氣表中描述的是2016年10月5日9點36分至10點30分所消耗的燃氣量為3359-3310=49方/時,圖9文字記錄描述的是2016年9月22日20點30分至22點所消耗燃氣量為354-332=22方/時。前者是排煙溫度過高,造成能源浪費;后者高效低氮冷凝是近三五年在中國市場出現(xiàn)的,該產(chǎn)品技術(shù)的出現(xiàn)是因為中國大面積的“煤改氣”,供熱運營企業(yè)在滿足環(huán)保排放的情況下,還要考慮盈利,所以嘗試接納新技術(shù)新材料,安全高效節(jié)能的環(huán)保設(shè)備才得以推廣應(yīng)用。

      圖8 燃氣表描述燃氣量

      圖9 文字描述燃氣量

      5 在供熱運營中的應(yīng)用

      高效低氮冷凝鍋爐可單臺供熱,也可多臺組網(wǎng)供熱,還可以接入云端遠程,做到精細化管理。比如建筑面積3萬m2以下的節(jié)能建筑可以采用單臺供熱,如果是對一個區(qū)域?qū)嵭泄峋鸵M網(wǎng)供熱,實現(xiàn)多臺鍋爐聯(lián)控運行,采用循環(huán)模式和順序平均模式,保證每臺鍋爐運行時間和運行功率相等,延長整體使用壽命。組網(wǎng)運行狀態(tài)下,系統(tǒng)可完全自動開啟和關(guān)閉,也可與原有供熱設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運行,大大降低了供熱企業(yè)運營費用。

      6 高效低氮冷凝鍋爐在實際運行中存在的不足

      從燃煤到燃氣,由于能源結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,國內(nèi)一時還沒有低氮冷凝燃氣鍋爐幾大配件供應(yīng)企業(yè),主要配件依賴于進口,有個別配件即使國內(nèi)能生產(chǎn)但是產(chǎn)品質(zhì)量與國外進口產(chǎn)品還存在一定差距,現(xiàn)總結(jié)部分不足如下:

      (1)控制程序沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,將會給現(xiàn)場操作人員帶來溝通障礙。

      (2)針對國內(nèi)天然氣壓力不穩(wěn),比如由于該設(shè)備瞬間點火需要較高的用氣量,點火時經(jīng)常會因為瞬間抽空管道內(nèi)的天然氣,燃氣安全閥鎖死而無法點著火。

      (3)該設(shè)備為常壓,不能承壓,所以要增加板換這一費用。

      7 結(jié)語

      通過以上分析,高效低氮冷凝燃氣鍋爐較常規(guī)燃氣鍋爐具有以下優(yōu)勢:

      (1)采用世界先進的冷凝換熱器,可將排煙溫度控制在60℃以下,PVC管材排煙較不銹鋼管排煙可節(jié)省初投資;

      (2)采用全預(yù)混技術(shù),實現(xiàn)天然氣與空氣100%全預(yù)混,避免空氣過量(冷空氣吸收熱量后直接排出)或燃氣過量(燃燒不完全造成能源浪費)造成的燃料、熱量浪費,有效提高燃料利用率,提高鍋爐綜合效率,降低氮氧化物排放;

      (3)采用先進的智能控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)火焰大小,輸出比例由5%至100%實現(xiàn)曲線輸出,避免檔位式輸出造成的能量過?;虿蛔愕膯栴},較15%至100%的調(diào)節(jié)更加機動靈活,響應(yīng)迅速,能有效提高鍋爐效率,節(jié)約天然氣,提高收益。綜合節(jié)能約30%,節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯。

      高層建筑風井施工六注意

      工程主體驗收時,出現(xiàn)未經(jīng)設(shè)計單位出具正式變更單,施工單位便隨意變更風井材料的情況。這種做法嚴重影響人員疏散,甚至危及疏散人員生命。因此,建議施工單位進行風井施工時須注意以下6點。

      (1)熟讀各專業(yè)圖紙,認真領(lǐng)會風井尺寸和材料等設(shè)計要求。

      (2)因施工地點購買設(shè)計材料存在困難等情況,需變更設(shè)計材料時,應(yīng)在圖紙會審時及時向設(shè)計人員提出。特別注意不應(yīng)僅向建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員提出變更申請,也要向通風專業(yè)設(shè)計人員提出變更申請,經(jīng)各專業(yè)設(shè)計人員對截面尺寸、風井內(nèi)壁摩阻、材料耐火等級和強度等級等綜合考慮后,出具正式設(shè)計變更方案。

      (3)須搞好風井井道竣工前清理,以免堵塞或降低風井截面尺寸,認真填寫通風道檢查記錄,施工單位切不可忽視此項工作。

      (4)風井井壁材料的接縫及材料與梁板之間的縫隙必須保證填塞密實,以保證有組織地送風。

      (5)對于塊材砌筑風井,必須嚴格按照設(shè)計要求進行井內(nèi)壁抹灰,不得隨意增加抹灰層厚度,以免減小通風道截面積,并確保井內(nèi)壁抹灰光滑平整。

      (6)注意搜集并保存設(shè)計變更、材料合格證、材料試驗報告、施工記錄和通風道檢查記錄等技術(shù)資料。

      (摘自:《建筑工人》)

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