热力站燃气供暖热水炉调峰效果及污染物排放

王毅松

身份证号：132428197505250437

摘要：评价的基本思路是，首先建立一个基于输入量的测量模型，使其输出等于问题的解决，然后利用计算机生成服从输入量概率密度函数的大样本随机阵列，用测量模型计算输出，并对输出结果进行统计分析，最终得到最佳估计值、标准不确定度和输出置信区间。本文对热力站燃气供暖热水炉调峰效果及污染物排放进行分析，以供参考。

关键词：燃气供暖热水炉;热力站调峰;热效率

引言

燃气供暖热水炉(以下简称热水炉)是一种利用燃气燃烧产生的热量，直接加热换热器中的水环境，形成高温热水，并利用热水加热房间或供暖和生活热水的燃气设备。近年来，随着南方供暖需求的增加和北方煤炭加工政策的推进，热水器市场销量逐年稳步增长。以燃气分局专业委员会2019年对中国土木工程学会燃气分局热水器产品销售市场的调查数据为基础，对现阶段国内热水器市场现状进行分析，并详细解读细分市场的情况。

1概述

燃气供暖热水炉(以下简称热水炉)具有热效率高、调节灵活、噪声低、安全性高、占空间小等优势。国内相关学者提出由大型燃煤锅炉、热电厂承担基础负荷，在热力站设调峰热源对二级管网供水进行二次加热，以满足供热需求的调峰措施。对供热能力不足情况下热力站增设的6台热水炉(用于调峰)的热效率、调峰效果、氮氧化物排放量进行实测计算与评价。

2燃气供暖热水炉热负荷测量不确定度

2012年，国家质量监督检验检疫总局发布了测量技术标准JJF 1059.1 - 2012测量不确定度的评定和表示(以下简称JF 1059.1 - 2012)和JF 1059.2 - 2012评定JJF1059.1—2012规定的测量不确定度评定方法可称为GUM法，JF1059.2—2012规定的蒙特卡罗法可称为MCM法。MCM方法特别适用于测量模型明显非线性的情况，扩大和补充了不确定性的评估范围，能有效解决GUM方法遇到的困难，并能验证GUM方法的适用性。MCM方法本质上是一种概率传播方法，其基础是首先为输入量建立概率密度函数，然后从中进行离散采样，得到输出值，对输出值进行统计分析，得到最佳估计值、标准不确定度和输出置信区间。家用燃气燃烧器主要包括家用燃气灶、燃气快速热水器、燃气供暖热水器等。目前，家用燃气装置热负荷、氮氧化物排放、热效率测试结果的不确定度评定主要采用GUM法。但是，热负荷、热效率、氮氧化物排放量的计算模型是非线性的，其不确定性用GUM法估算，可能导致失真。本文以燃气热水器(以下简称热水器)热负荷为例，采用MCM法和GUM法对热水器热负荷测量的不确定度进行评定，采用MCM法和GUM法验证了GUM法对热负荷测量不确定度评定的适用性。

3热水炉细分市场分析

随着国家发改委、国家能源局、财政部等十部委于2017年底共同起草了《2100能源改造文件》，名为《北方地区冬季清洁供暖规划(2017 - 2021年)》，重点煤炭加工区成为热水器市场的重要区域，2019年与碳水化合物市场集中分布的特点不同，碳水化合物市场除了传统的取暖需求市场，如碳水化合物开发重点地区和西北地区，还拥有华东地区、、等非传统取暖需求市场40%以上的市场份额在品牌市场分布方面，国内品牌销售总额主要集中在煤炭加工重点领域，进口品牌遍布全国，以华东地区和煤炭加工重点领域为主，西南地区、华中地区、西北地区多点开花，品牌产品遍布全国以华东地区、华中地区和西南地区为代表的新兴“南方供暖”市场，进口品牌销售市场份额分别达到94%、86%、79%；而且在东北地区和华北地区(主要指内蒙古)，进口品牌的销售市场份额也处于绝对优势，尤其是非发酵天然气市场领域，以零售渠道和工程项目为主开拓全国各地区市场。因此，与国内以煤炭加工为基础的市场布局为重点的品牌相比，进口品牌已经进驻全国各大市场，市场面向以南方供暖市场为主要发展方向的长江流域地区。未来，随着煤炭加工政策红利的消失，国内品牌的市场布局需要重新思考方向。

4测试

4.1方案

测试时间为10:30—13:30，室外最低温度已降至供暖室外计算温度，6台热水炉全部开启。温度、流量测点见图1。测点1、2测量一级管网供回水温度、流量，测点3、4测量换热器进出水温度、流量，测点5、6测量热水炉环路进出水温度、流量，测点7测量混水温度、流量。此外，对热水炉烟气温度、组成、含氧量等以及入炉空气温度进行了测量。热水温度由红外线测温仪测量，流量由超声波流量计测量。烟气温度、组成、含氧量等由烟气分析仪测量，烟气分析仪的探头设置在排烟总管的均匀流段。入炉空气温度由多通道热电偶测温仪测量。每隔15min记录1次数据。

4.2水流量波动引起的温度变化

设置了燃气采暖热水器10L初始进水流量，在热水温度达到稳定温度到目标温度后，流量迅速变化到7L，温度趋于稳定后，再水流量迅速参考10L，记录整个周期热水排出温度的变化。目前，国内广泛采用PID控制方法，并采用模糊控制算法，其控制原理是根据出水温度变化趋势与温差来调节输出控制或控制参数，对调节过程的稳定性有很好的影响，但由于恒温系统具有非线性和滞后的特点，尤其受到控制系统离散性和换热器热惯性的影响，PID参数 对于燃气热水炉的启停和水流量的大波动，反应时间长，因此一个恒温控制程序可以改善加热时间和水温的超调小。

4.3采用内置储水罐方案分析

将燃气热水器从启动减少到恒温缓慢加热的整个过程，可以通过在燃气热水器内部添加少量盘管式储水罐进行储水换热，当储水罐内部水温低于启动温度时，采暖燃气热水器处于外部采暖状态，通过电热三通将采暖水切换到储水罐盘管回路。达到设定温度后，自动进入外围供暖，当检测到生活热水存在，且储水罐水温低于启动温度时，燃气热水器优先加热卫生用水。鉴于储水罐中盘管面积小，加热能力有限，因此该机正常利用生活热水通过板式换热器进行换热。该模型最大优点是提供热水和恒温水，减少了从燃气供暖热水器启动到整个恒温缓慢加热过程的时间，单位使用少量热水时，可以直接从储水罐中排出少量水来满足需求，无需启动供暖热水器，避免了频繁启动机器，降低了能耗。这种燃气热水器所采用的储水罐的容积通常为25升- 30升，进水流量波动和末端水启停引起的温度变化，水流经过储水罐后进行缓冲混合，因此对进水温度变化有很好的过滤效果，出水温度控制在≤±2℃，由于增加了储水罐，整机体积增加接近1倍，占用较大安装空间。

4.4热效率

1～6号热水炉正平衡热效率。6台热水炉正平衡热效率的范围为95．62%～96．12%。1～6号热水炉反平衡热效率。6台热水炉反平衡热效率的范围为96．70%～96．83%。由以上分析可知，热水炉正平衡热效率、反平衡热效率非常接近，说明测量方法合理，准确性比较高。

结束语

通过以上测试分析对常规燃气采暖热水炉从自身结构及外部系统优化，结果表明各项解决方案在不同程度的改善热水舒适性，①热水炉正平衡热效率范围为95.62%～96.12%，反平衡热效率范围为96.70%～96.83%，二者非常接近。②混水温度达到设计要求，说明热水炉的调峰效果良好。③基准含氧量下一氧化氮质量浓度为18．75mg/m3，低于DB37/2374—2018《锅炉大气污染物排放标准》规定的排放限值。

参考文献

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