天然气供暖及其节能措施

王栋

陕西燃气集团新能源发展股份有限公司；陕西省西安市；710000

摘要

    为了响应国家节能减排的号召以及进一步提高能源的利用效率，在保证用户供暖需求的同时，对供热系统进行节能降耗显得尤为重要，本文分析了天然气供暖及其特点，探讨了燃气锅炉房节能减排等技术，根据燃气锅炉房节能潜力分析，采取气候补偿系统，提高运行控制水平、降低排烟热损失、保证供暖系统水力平衡、以及降低热水锅炉系统补水率和耗电量有一定的节能潜力，值得关注和引起一定的重视。

关键字：天然气；供暖；节能

一、天然气集中供暖方式及特点

随着人民生活水平的提高，人们对环境质量的要求越来越高，由于以往对煤炭的不合理利用，造成了城市环境的污染，“治污减霾，保卫蓝天”成为我国各大城市的主要任务，因此，大力发展天然气供暖成为各个城市改善空气质量的主要政策方向，天然气作为一种供热热源的燃料与燃煤相比，明显节能环保，天然气供暖方式主要有天然气集中供暖方式以及新建小规模燃气锅炉房供暖方式，由于管网热损失以及管网建造费用，使得较小规模天然气供暖热能利用率高、经济性好、易于水力平衡和调节。

天然气是一种清洁能源，天然气燃烧后较煤炭燃烧后，具有无粉尘、少硫化物及氮化物，对烟气净化要求不高等优点，但是与燃煤电厂集中供暖相比，其燃料成本较高，所以在供热过程中，应该有效且高效的利用，在燃烧过程中应该尽可能的减少不必要的热损失，积极探索天然气供热节能技术。

二 、燃气供热节能技术

2.1气候补偿系统

    建筑物的耗热量因受室外气温、太阳辐射、空气湿度、风向和风速等因素的影响时刻都在变化。在上述条件因素的变化下，为了维持室内温度恒定（如18℃±2℃）或者满足二次侧用户端的需求，供热系统的供回水温度就应在整个供暖期间根据室外气象条件的变化进行调节，这样便可以使锅炉供热量、散热设备的放热量和建筑物的需热量相一致，防止用户室内发生室温过低或过高等不适现象。通过及时而有效的运行调节可以做到在保证供暖质量的前提下，达到最大限度的节能。室外温度的变化决定了建筑物需热量的大小，随之也决定了能耗的高低，运行参数必须随室外温度的变化每时每刻进行调整，始终保证锅炉房的供热量与建筑物的需热量相一致，只有这样才能实现真正意义上的节能减耗。而气候补偿系统恰恰是给锅炉房提供了这样一种最佳运行曲线。

    气候补偿系统即当室外气候发生变化时，布置在建筑室外的温度传感器将室外温度信息传递给气候补偿器，气候补偿器根据其中固有的不同情况下的调节关系曲线，输出调节信号到三通阀，改变供回水混合比例，使其输出符合调节曲线水温。气候补偿节能控制系统依据室外环境温度变化，以及实际检测供/回水温度与用户设定温度的偏差,通过PI/PID方式输出DC0-10V信号控制阀门的开度。即通过调节一次侧冷、热媒流量达到控制二次侧供回水温度的目的，自动调整一次侧供水流量，间接控制二次侧供水温度，通过“量”调节来达到“质”调节的目的，最大化的节约能源，克服室外环境温度变化造成的室内温度波动，达到节能、舒适之目的。　　

2.2烟气冷凝热能回收系统

燃料	天然气	油	煤
烟气中水蒸气所占比例	20％	12％	4％

   表一  水蒸气在各种燃料的烟气成分中所占的比例

    由于天然气的主要成分是甲烷（CH4），由于其含有大量的氢元素，燃烧时与氧结合，产生了大量的水蒸气。所以以天然气为原料的供热系统，烟气中水蒸气所占比例最大。1kg水蒸气所携带的热量约为2400KJ，0.7MW的锅炉每小时产生水蒸气30～40kg,大致相当于25～33小时带走0.7MW的热量。因此热损失是很大的，通过对这部分热量的回收，不仅提高了锅炉热效率，还降低了燃气耗量。

　　烟气的露点温度大约是58℃左右，其只要接触到低于露点温度的介质，就会冷凝成水，释放出大量的热量。其热量是由两部分组成：（一）物理显热：通过降低烟温来实现，排烟温度可控制在70～80℃。经过测试，降低烟温20～50℃，可提高锅炉热效率1～3％；（二）汽化潜热：通过水蒸气冷凝成水的相变来实现，经过测试可提高锅炉热效率3～5％。两者综合可提高锅炉热效率3～8％。

    所以采用烟气冷凝热能回收系统，在不影响锅炉本身热效率的前提下，再提高锅炉热效率3～8％，将是一种投入最低、收益最大的节能方式。因此在烟道中加装烟气余热回收装置将是提高效率的一种方法。

    此外，如果过量空气系数α过大，会造成烟气量增加，带走更多的热量，所以应在保证锅炉燃烧效率的前提下尽可能地降低过量空气系数，可通过合理地配置燃烧器、严格的运行调试，使其与锅炉本体的结构特点，燃料的种类和特性相匹配，以确保火焰在炉胆中充满，使燃料充分燃烧。选择具有比例调节功能的燃烧器，能够随着供热负荷的变化自动调节燃气的供应及空气的配比，使燃气锅炉在负荷变化范围内，始终保持在较高的燃烧效率的同时，保证合理的过量空气系统，降低排烟热损失提高锅炉热效率。

2.3供暖系统水力平衡

　　供热系统能耗的高低，不仅取决于热源，而且与整个管网系统有关。在供暖系统中，普遍存在着水力失调的问题，水力失调造成系统冷热不均，距离热源较近的用户，室内温度较高，距离远的用户室内温度偏低。为保证远端用户室内温度，不得不提高管网供水温度和加大循环水量，不但很难保证供暖质量，而且造成巨大浪费。通过实际测试，往往近端用户单位流量是远端用户单位流量的数倍，为使远端用户达到16℃，近端用户室温已经超过20℃，甚至开窗户造成能源浪费。要解决热网系统中的水力失调问题，可通过在管道系统中增设静态平衡阀对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡，通过在管道系统中增设动态水力平衡设备（流量调节器或压差调节器），当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。经过水力平衡调试可以节约能源10％左右。

2.4 运行控制水平

    提高运行控制水平, 就是要达到精确的控制, 实现供需平衡、按需供热, 达到节约能源、降低成本的目的。锅炉房采用微机监控系统可及时检测参数, 并根据热需求自动调整锅炉运行工况。要实现该目的, 就需要在锅炉房系统设计时, 根据不同供热单位的性质、热负荷情况、主机设备特点等，设计和选择与之相适应的系统型式和自控模式。通常小区燃气锅炉房提供采暖负荷、空调通风负荷和生活热水负荷等。因此, 锅炉房监控系统要根据不同的热负荷情况, 采取不同的控制方式, 满足用户的要求。对于采暖系统就要采取根据室外温度的变化, 锅炉房监控系统调节锅炉房的出水温度这种控制方式。同时针对不同用热性质的热用户, 锅炉房监控系统应在锅炉房出水温度控制回路中再加入时间程序、假日程序等控制方式, 以达到节约能源的目的。

2.5系统循环水泵变频技术

系统循环水泵变频(调速)技术是一项根据用户用热需求变化来改变(通常是降低频率)循环水泵电机频率，进而改变系统循环水量(通常是减少循环水量)，有效节省循环水泵输配电耗的节能(电)技术。该技术主要是通过控制系统压差、压力或供水温度等来实现循环水泵的变频运行。由流体力学理论可知，循环水泵的循环水量Q与水泵转速n成正比、循环水泵扬程H与水泵转速n的平方成正比、而轴功率等于流量与压力的乘积，故循环水泵的轴功率ps与水泵转速n的三次方成正比(即与电源频率的三次方成正比)。因此，采用水泵变频技术，通过降低循环水泵转速可明显降低水泵功耗。

结论

近几年由于治污减霾工作力度的不断加大，西安市燃煤锅炉改造工作的快速推进，为解决居民采暖问题，天然气锅炉的建设可谓一个较为行之有效的解决办法。基于上述节能减排措施，以及政府在气源保障、气价及上网电价等各项优惠补贴政策完善的情况下，天然气供暖方式将会得到更大的发展。

参考文献：

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