（中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司，陕西西安 710018）

0.引言

近些年来，随着人们环保意识的逐渐增加，“煤改气”已经成为主要的清洁供热形式，因此北方区域采暖供热的主要材料为天然气。但是结合现状分析，燃气供热仍存在一些不足，如成本较高、供热气荒等，并且烟气排放大量氮氧化物及水蒸气，因此需要降低成本，提取烟气中的水蒸气成为解决上述问题的主要措施。目前冷凝式换热器与空气预热器是主要的烟气余热回收装置。前者将城市热网回水作为冷源，温度不适宜，无法有效回收烟气中的潜热；后者只能回收显热，因为比热容较低，只能收集部分烟气热。采用两种设施组合使用的方法，也就是先使烟气在冷凝式换热器和热网水换热，之后进行空气换热，有效提高余热利用能力，但是其提高程度取决于热网回水温度。这一方法无法从根本上解决问题，同时设备表面存在严重的金属腐蚀问题[1]。为了探索一种有效的方法解决冷源温度较低、无法深度收集烟气冷凝热以及换热器腐蚀等相关问题，需要采取新型烟气余热回收技术。

1.城市燃气锅炉概述

城市燃气锅炉房的主要类型为燃气开水锅炉、热水锅炉以及蒸汽锅炉等。热水锅炉也就是采暖锅炉和洗浴锅炉。燃气锅炉主要指将燃气作为主要燃料的锅炉，同燃油锅炉以及电锅炉相比优势明显，具有经济性和实用性的优点。因此目前越来越多的人开始使用燃气锅炉，将其作为蒸汽、采暖以及洗浴使用的主要锅炉设备。锅炉也指通过各种燃料、电源或者其他能源，将盛放在其中的液体进行加热，到一定参数后向外界输送热能的设备。相关规定对其范围进行界定，主要为容积≥30L的蒸汽锅炉，出口水压≥0.1MPa，额定功率≥0.1MW，属于一种有机热载体锅炉。

根据其燃料性质可以将燃气锅炉进行分类，主要为天然气锅炉、城市煤气锅炉、焦炉煤气锅炉、液化石油气锅炉以及沼气锅炉等[2]。根据其功能可将其划分为开水锅炉、热水锅炉以及蒸汽锅炉等。根据其构造可将其划分为立式锅炉、卧式锅炉。根据烟气程序可将其划分为单回程燃气锅炉和三回程燃气锅炉。上述类型中，天然气锅炉因为其占地面积较小、投资成本较低、实用性强以及施工周期较短，得到了广泛应用。在“煤改气”广泛实施后，能够有效减少煤场经济费用，天然气得到充分燃烧，降低煤渣排放成本，有效减少排烟热损失，使锅炉热效率得到显著提升。

城市燃气锅炉的主要优势体现在几个方面：（1）对保温结构进行分析，其主要材料为玻璃棉，形成通体式保温模式，质量较轻，保温性能佳，有助于减少散热损失。同时多采取白色彩板对其进行包装，具有良好的美观性、封闭性以及耐腐蚀性。因为实现了机电一体化，所以不会占据较大空间，操作简便。（2）其结构为典型的锅壳式顺流三回程结构，在燃烧室中保证火焰的正压燃烧，实现全部伸展，燃烧热负荷较低，毒害物质的排出量非常少。火管中插入阻燃扰流片，使排烟速率明显下降，促进换热，烟室排出烟气的温度较低，避免热损失，节约燃料。（3）具有良好的自动化程度。根据控制器发布的指令进行自动化吹扫，电子自动化点火及燃烧，实现对风油比例的自动化调节，有效提高设备的安全性和稳定性，具备一定的燃烧效果。同时配备了专门的熄火自动保护装置，确保设备始终处于安全稳定的运行状态下。全部功能均存储于运行芯片上，一键开机，自动定时、定温运行，用户能够对开启和关闭时间进行设置，操作简便。（4）控制系统结合水温度控制循环泵开启或关停，如果炉火超出上限水温热水循环泵开启，反之热水循环泵关闭。运行自动化，操作简便，具备自动调节火焰及自动监测功能以及水位低限自动预警功能等。

2.余热利用新技术

余热利用新技术主要指基于直接接触换热烟气余热深度回收技术，图1所示技术的详细流程。首先需要在锅炉房中设置吸收式热泵和烟气―水直接接触式换热器。其中前者通过天然气提供动力，也可以结合锅炉具体运行情况进行热水驱动或者蒸汽驱动的配置。该系统能够实现对预热机组形成低温冷水的充分利用，进而在换热器中通烟气形成直接接触，提高换热效果，之后将其带入余热机组；机组通过驱动能源的热量以及烟气热量对热网回水进行有效加热，完成烟气余热回收任务[3]。整个流程中，是相对中介水的自动化处理，有助于减少腐蚀风险。

图1 余热利用新技术流程示意图

相关研究显示使用余热利用新技术余热回收率约为11%左右。本文以58MW燃气锅炉为研究对象，分析该项技术取得的经济指标：对单台机组来说，其余热回收量超过6MW，系统的整体排烟温度低于30℃，余热回收热泵机组的COP值超过1.65，氮氧化物排放治疗浓度低于30mg/Nm3，热泵机组负荷调节范围在20%～110%，燃烧器燃烧效率超过99%并且配套设备的氮氧化物排放治疗浓度低于30mg/Nm3，热泵机组负荷调节范围在20%～110%，对设备整体使用寿命进行评估，超过20年。本文通过回收余热6MW展开计算，通过该项技术能够水后余热量150MW，使供热面积得到显著增加，具有非常好的环保效益和经济效益。如果选择天然气动吸收式热泵，有助于提高烟气余热回收设备的供热性能，其总供热能力高达350MW，先祖增加供热面积。因为在受到凝结作用的影响，水蒸气会吸收烟气中部分氮氧化物与二氧化硫，有效减少烟气中一些毒害物质的排放量，解决污染问题，具有良好的节能环保作用。

3.结语

近些年来燃气逐渐取代燃煤，成为北方大多数城市供热的主要能源，同时城市燃气锅炉房逐渐成为城市供热的主要方式，促进燃气锅炉房的发展符合可持续发展战略，有助于解决环境污染问题，实现对能源结构的全面优化。基于对城市燃气锅炉房供热能力及余热利用的而分析，燃气锅炉房对城市供热来说具有重要意义，采取基于直接接触换热烟气余热深度回收技术有效提高了经济效益和环保效益。该项技术属于一系统性节能技术，操作并不复杂，只需要将烟气侧改造便可，具有分期施工的特点，是保证燃气锅炉烟气余热深度回收的重要手段。但是该项技术的投资成本较高，因此可以通过合同能源管理模式加强与设备供应商合作，互利共赢。