16 基于新型一体式低氮燃烧冷凝燃气锅炉的智能供热控制技术
一、技术名称:基于新型一体式低氮燃烧冷凝燃气锅炉的智能供热控 制技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:建筑行业 民用建筑采暖、工业领域供热
四、该技术应用现状及产业化情况
燃气锅炉是我国民用建筑采暖和工业领域供热的重要设备,数量 约占我国锅炉总量的 10%左右,其中约 10%为冷凝式燃气锅炉。国内 冷凝式燃气锅炉多采用传统炉体配置节能器或冷凝器等方式回收烟气 显热和冷凝热,锅炉效率约在 94%~96%左右,与国外冷凝锅炉相比 仍有一定的差距,且冷凝器换热面易出现盐化结垢现象,致换热效率 逐年衰减。
新型燃气锅炉将锅炉与冷凝回收装置集于一体,可减少冷凝回收 装置二次换热造成的能量损失,极大回收烟气中约 8%的显热和 10%的 潜热,且换热面积更小,换热系数更大,因此热效率相比国内现有冷凝 燃气锅炉更高,热效率可提高 10%以上。同时,在新型燃气锅炉供热 基础上,对供热管网、供热环境、供热需求进行大数据采集分析,提供 管网供热运行策略和管网智能供热控制技术,可实现天然气供热综合 节能 30%以上,从源头上降低了二氧化碳的排放。目前,该技术已在 北京、山西、山东等地 20 多个供热项目上推广应用,累计供热面积近800 万 m2。
五、技术内容
1.技术原理
新型燃气锅炉将锅炉与冷凝回收装置集于一体,减少了冷凝回收 装置二次换热造成的能量损失,极大回收烟气中的显热和潜热。锅炉 采用特殊换热结构,使得烟气在换热过程中产生旋转、分流和汇合、收 缩和膨胀,从而打破对流换热边界层及层流边界层,提高了换热效率; 且由于烟气对换热面形成有效的冲刷,可使换热面持久洁净。此外,采 用大炉膛尺寸设计,确保了在不牺牲效率的前提下降低热力型氮氧化 物的产生。同时,以锅炉技术为核心,结合智能化供热控制技术,基于 对供热系统负荷、三级管网供热平衡、实时室温、历史气象及实时用热 需求的大数据分析,提出最优的供热策略。并采用智能化供热阀控技 术,实现对换热站、管网、楼宇热负荷的自动调节,最终实现对整个供 热系统热量的精准投放,实现高效高质供热。
2.关键技术
(1)一体式燃烧冷凝设计技术 新型燃气锅炉将锅炉与冷凝回收装置集于一体,烟气换热面采用特殊波纹结构设计,实现了强化传热,提升了换热效率;同时,烟气在 两组波纹结构中高速流动时形成冲刷作用,可确保换热面持久清洁。
(2)低氮炉体结构设计技术 采用单回程炉体结构设计,相比传统三回程炉体,可以在同样炉筒内安装更大尺寸的炉膛,可降低火焰温度进而减少热力型氮氧化物 生成,实现在采用同型号燃烧器条件下,氮氧化物排放量更低。
(3)智能供热控制技术
采用大数据方法,对供热系统负荷、三级管网供热平衡、实时室温、历史气象及实时用热需求进行分析,提出合理的供热策略。同时, 采用智能化供云控能量阀技术,集成流量、温度、压力测量及无线通信 远传功能,通过对换热站、管网、楼宇热负荷的自动调节,实现供热系 统热量的精准投放。
3.工艺流程
一体式冷凝燃气热水锅炉换热流程见图
六、主要技术指标
1.30℃回水时,锅炉满负荷热效率 106.7%,最小负荷热效率 109.5%;
2.40℃回水时,锅炉满负荷热效率 102.2%,最小负荷热效率 105.1%;
3.50℃回水时,锅炉满负荷热效率 98.5%,最小负荷热效率 100.5%;
4.系统综合节能率约 32.7%;
5.供暖室温波动范围:±0.5℃;
6.住宅供暖单季耗气量:5-7Nm³/m2;
7.系统综合节能率约 32.7%。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术已获得国家发明专利 7 项,实用新型专利 17 项,软件著作 权 1 项。2016 年先后获得江苏省特种设备安全监督检验研究院和中国特种设备检验研究院出具的能效和环保排放检测报告;2017 年入选国家发改委《国家重点节能低碳技术推荐目录》;2018 年入选国家发改委“ 双十佳 ” 建筑领域 10 项最佳节能十佳技术清单及国际能效合作组织(IPEEC)“双十佳”建筑领域 10 项最佳十佳节能技术清单。
八、典型用户及投资效益
典型用户:北京泰和明洋能源科技有限公司、济南大学
典型案例 1
案例名称:北京于辛庄“煤改气”工程
建设规模:“煤改气”集中供热改造工程,供暖面积 80 万平方米。
建设条件:原址改造,燃煤锅炉拆除、燃气锅炉及必要公辅设备安装。 主要建设内容:管网敷设,锅炉安装,800kW 变压器的安装建设,连 续出水量达每小时 70 方的用水井的建设,DN500 中压天然气管道的 铺设以及燃气调压箱安装对供热管网优化,增设了一套智能控制系统 对锅炉供热系统进行智能控制。主要设备:一体化冷凝锅炉、管网优化 设备、智能化供热控制系统。项目总投资 2838 万元,建设期为 3 年。 年碳减排量 4430tCO2,碳减排成本为 310~330 元/tCO2。年经济效益784 万元,投资回收期约 4 年。 典型案例 2 案例名称:济南大学供暖改造工程建设规模:原有燃气锅炉改造,用于 16.1 万平方米的学校宿舍、 教学楼等供暖。建设条件:原址改造,原燃气锅炉拆除,新燃气锅炉及 必要公辅设备安装。主要建设内容:安装一体式冷凝燃气锅炉、对供热 管网进行了优化,增设了一套智能控制系统对锅炉供热系统进行智能控制。主要设备:一体化冷凝锅炉、管网优化设备、智能化供热控制系统。项目总投资 679 万元,建设期为 1 年。年碳减排量 890tCO2,碳减 排成本为 370~390 元/tCO2。年经济效益 370 万元,投资回收期约 2 年。
九、推广前景和减排潜力
据统计,我国供暖市场面积共约 140 亿平方米。目前,已采用该 技术的供暖面积近 2000 万平方米,折合推广比例约为 0.14%。根据我 国天然气采暖比例的不断增加、城市化率的不断提高,预计未来 5 年, 该技术在供暖行业的推广比例将达到 1%,约 1.4 亿平方米。项目总投 资将达到 56 亿元,可形成年碳减排能力约 80 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理