杨永泉
济南市商河恒泰供热有限公司 山东济南 250000
摘要：近几年，在国内其它采暖的北方城市，如天津、西安等地也逐步进行锅炉房“煤改气”，或新建燃气锅炉房。燃气锅炉房在全国范围内得到比较快的发展，经过近20a的发展，燃气锅炉房在建设理念、节能环保、环境友好等方面取得了很大的进步。主要体现在以下几个方面。
关键词：城市燃气锅炉；房供热能力；余热利用
导言
近年来，随着环保要求的日益严格，“煤改气”作为一个主要的清洁供热方式，使得北方地区城市天然气很大程度上用于采暖供热。然而目前燃气供热主要存在供热成本高和供热气荒问题，同时烟气中仍排放大量的NOx及水蒸气，因此，降低天然气利用成本，提取烟气中水蒸气是缓解用气紧张、降低供热成本的主要出路。目前国内外的烟气余热回收装置主要是冷凝式换热器和空气预热器。其中冷凝式换热器利用城市热网回水做冷源，温度不够低，难以回收烟气中的潜热。空气预热器只能回收烟气的显热，由于比热容小，只能带走小部分烟气热。即使采用冷凝式换热器和空气预热器的组合方式，即先让烟气在冷凝式换热器与热网水换热，然后再与空气换热。回收烟气余热能力虽有所提高，但提高的幅度要看热网回水温度的高低。而且这种形式并没有从根本上解决冷源温度不够低的问题，且存在装置金属表面的腐蚀问题。
1 郑州市燃气热源现状及余热利用新技术
1.1 郑州市燃气热源现状
郑州市现阶段已建成6座燃气热水锅炉房，分别是：政七街燃气锅炉房、东明路燃气锅炉房、枣庄燃气锅炉房、北郊燃气锅炉房、郑东新区燃气锅炉房和航空港区燃气锅炉房，目前市区采暖供热已实现无燃煤锅炉房。炉型均为58MW燃气热水锅炉，供热能力如表1所示，其中供热面积按照45W/m2计算。从表1中可知：燃气锅炉房设计供热能力总计为1450MW，供热面积可达3210万m2，考虑到燃气供应短缺和成本较高，燃气锅炉烟气余热回收势在必行。通过燃气锅炉烟气余热回收，可进一步降低供热成本。
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表1燃气锅炉供热能力汇总表
1.2 基于直接接触换热的烟气余热深度回收技术
基于直接接触换热的烟气余热深度回收技术系统流程如图1所示，通过在锅炉房安装吸收式热泵和烟气-水直接接触式换热器，吸收式热泵可采用天然气驱动，也可根据供热锅炉实际运行方式配置热水或蒸汽驱动；系统利用余热机组产生的低温冷水在烟气换热器中与烟气直接接触换热，将烟气热量带入余热机组；机组利用驱动能源热量和烟气热量加热热网回水，从而实现回收烟气余热[6-8]。在这个过程中，自动对中介水进行水处理，防止对设备产生腐蚀。
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图1直接接触换热的烟气余热深度回收技术流程图
2 燃气锅炉供热能力及余热利用
根据文献中报道采用此技术余热回收的比例为11%[9-10]，针对58MW燃气锅炉余热回收主要的技术经济指标为：单台机组余热回收量≥6MW，系统排烟温度≤30℃，余热回收热泵机组COP≥1.65，NOx排放质量浓度（含氧量3%）≤30mg/Nm3，热泵机组负荷调节范围20%～110%，热泵燃烧器燃烧效率不低于99%且配套燃烧器NOx排放质量浓度≤30mg/Nm3，热泵机组负荷调节范围20%～110%，设备整体使用寿命＞20年。本文按照回收余热6MW进行计算，回收的余热量如表2所示。通过基于直接接触换热的烟气余热深度回收技术，可回收余热量150MW，可增加供热面积335万m2，具有显著节能效果和经济效益。如果采用天然气驱动吸收式热泵，烟气余热回收设备供热能力将达到14MW，烟气余热回收设备总供热能力达到350MW，可增加供热面积779万m2。由于水蒸汽在凝结过程中可吸收烟气中部分NOx和SO2，还能减少烟气中有害物质的排放量，同时减少甚至消除冒“白烟”现象，达到节能环保的效果。
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表2余热回收汇总表
3 烟气污染物排放指标逐步严格
3.1 采用低氮燃烧器（LNB）
通过特殊设计的燃烧器结构，将空气分级、燃料分级等抑制NOx生成的原理应用于燃烧器设计；同时炉膛的设计与燃烧器相配套，使燃烧器所喷射的空气和燃气能够充分混合，燃烧后所生成的烟气能够在炉膛内实现循环，以尽可能降低着火区的氧浓度，适当降低着火区的温度，最大限度地抑制NOx的生成。采用低氮燃烧器，可以将燃气锅炉的NOx排放浓度降低到60mg/m3（标准状态下）左右。
3.2 采用烟气再循环（FGR）
在采用低氮燃烧器的基础上，再采用烟气再循环技术—将锅炉出口烟气中的一部分与燃烧用空气混合后送入炉膛参与燃烧过程，可有效降低锅炉NOx的排放浓度，根据仿真技术模拟和实测数据，低氮燃烧器和烟气再循环联合使用，可将燃气锅炉的NOx排放浓度降低到30mg/m3（标准状态下）甚至更低水平。2014年北京市某锅炉房65t/h和40t/h燃气锅炉采用LNB和FGR组合技术低氮改造试点，经相关部门检测，其锅炉烟气NOx的排放浓度在标准状态下分别到达25mg/m3和19mg/m3。在采用烟气再循环技术时应注意以下2个问题:1）烟气再循环率，即再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比。烟气再循环率的增加有利于减少NOx的生成，当烟气再循环率增加到一定程度时，烟气中NOx的浓度下降速率变小；另一方面，烟气再循环率较高时，燃烧会趋于不稳定，不完全燃烧热损失会增加，锅炉的热效率会下降。综合考虑，燃气锅炉烟气再循环率一般通常控制在10%～20%，不宜超过30%。2）再循环烟气的温度在冬季，从室外吸取的温度较低的燃烧用空气，与含有大量水蒸汽（燃烧产物）的再循环烟气混合时，易产生冷凝水，严重的会造成鼓风机吸风口结冰。在设计中应根据室外温度、烟气再循环率等因素合理确定再循环烟气的温度，一般以混合后的气体温度高于其露点温度为原则，目前通常采用再循环烟气的温度在150℃左右。
4 结语
通过对郑州市燃气锅炉房供热能力和余热利用的分析，燃气锅炉房在城市供热中占据一定的作用，设计供热能力达到1450MW，供热面积可达3210万m2。随着基于直接接触换热的烟气余热深度回收技术的实施，燃气锅炉和余热回收装置的供热能力将达到1800MW，供热面积可达3210万m2。基于直接接触换热的烟气余热深度回收技术一个系统化的节能技术，只需在烟气侧进行改造即可，同时可以实现分期建设，是实现燃气锅炉烟气余热深度回收利用的可行方案。考虑到投资费用较高，建议采用合同能源管理的模式和设备供应商共同建设，共享收益。
参考文献：
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