CN211695140U - 一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，包括燃气锅炉、热网循环泵、节能器、烟囱、控制器、热网回水管、流量控制阀、余热旁通阀、余热出水阀、供水温度传感器、变频器、压差传感器、热网供水管、锅炉排烟管、节能器排烟管、室外环境温度传感器、室内温度传感器。本采暖系统的热网回水一部分先进入节能器进行预热，然后与另一部分热网回水汇合，再进入燃气锅炉进行加热并供至热用户。在冬季采暖工况，此采暖系统的控制器根据室外环境温度的变化及用户设定的不同时间对热网供水温度的要求进行自动控制调节，实现室外环境温度对采暖系统供水温度的自动气候补偿，利用节能器进一步实现燃气热水锅炉的节能降耗和环保运行。

Description

一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统

技术领域

本实用新型涉及一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，更具体的说，涉及一种适用于学校、医院、办公楼等公共建筑的具有精准供热、热网水变流量及烟气余热回收利用功能的节能型燃气热水锅炉直供采暖系统。

背景技术

目前，我国大型公共建筑面积占城镇建筑面积比例不到4％，但能耗却是建筑能耗的20％以上，蕴藏了巨大的节能潜力。我国北方采暖地区供热采暖能耗约占建筑总能耗的65％以上，个别地区甚至高达90％。大型公建单位面积能耗大约是普通居住建筑的5～10倍，因此降低公共建筑能耗对整个建筑节能有着至关重要的意义。

近年来，我国大型公共建筑的数量不断增加，随着天然气工业的迅速发展，利用燃气热水锅炉直供采暖的形式越来越多的出现在办公楼、学校、医院等建筑中，在满足人们室内采暖舒适性要求的同时，燃气热水锅炉也因其较大的耗气量成为公共建筑的主要耗能部分。天然气在燃气锅炉内燃烧后产生的大量水蒸气，粗略估计1Nm³天然气燃烧后可以产生1.55kg水蒸气，汽化潜热大约为3700kJ，占天然气的低位发热量的10％左右，燃烧产生的水蒸气和酸性物质随高温烟气排放到环境中，造成了能量的严重浪费，同时也对环境造成了不利的影响。

国内许多建筑的采暖系统都是按照最大热负荷设计。在实际运行过程中，当室外环境温度变化时，建筑物实际热负荷随之变化，每年只有很短的时间会达到最大热负荷，大部分时间在部分负荷工况运行，常常处于大流量小温差的状态。采暖系统无法实现供水温度和热网水流量及时随室外环境温度的变化进行调节，不能始终保持供热量与建筑物的实际热负荷相匹配，易出现大马拉小车的情况，导致热网循环泵能耗偏高、采暖系统整体运行效率低下、室内过热、管理人员调节操作频繁，造成严重的能源和人力资源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有精准供热、热网水变流量和烟气余热回收利用功能的节能型燃气热水锅炉直供采暖系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，其特征在于：包括燃气锅炉1、热网循环泵2、节能器3、烟囱4、控制器5、热网回水管6、流量控制阀7、余热旁通阀8、余热出水阀9、供水温度传感器10、变频器11、压差传感器12、热网供水管13、锅炉排烟管14、节能器排烟管15、室外环境温度传感器16和室内温度传感器17。

热网回水管6的一端连接至热网循环泵2的进水口，热网循环泵2的出水口分别连接至流量控制阀7的一端和余热旁通阀8的一端，流量控制阀7的另一端连接至节能器3的进水口，节能器3的出水口连接至余热出水阀9的一端，余热出水阀9的另一端分别连接至余热旁通阀8的另一端和燃气锅炉1的进水口，燃气锅炉1的出水口连接至热网供水管13的一端。热网供水管13上设置有供水温度传感器10，热网供水管13和热网回水管6之间设置有压差传感器12。

燃气锅炉1的排烟口与锅炉排烟管14的一端相连接，锅炉排烟管14的另一端与节能器3的进烟口连接，节能器3的排烟口与节能器排烟管15的一端连接，节能器排烟管15的另一端与烟囱4的进烟口相连接。

控制器5分别与压差传感器12、供水温度传感器10、室外环境温度传感器16和室内温度传感器17相连接，分别采集热网供回水压差、热网供水温度、室外环境温度和室内温度，控制器5与燃气锅炉1的通讯接口相连接，控制器5还与变频器11的进线端连接，变频器11的出线端与热网循环泵2的进线端相连接。

与现有技术相比较，本采暖系统的热网回水一部分先进入节能器进行预热，然后与另一部分热网回水汇合，再进入燃气锅炉进行加热并供至热用户。

在冬季采暖工况，此采暖系统的控制器根据室外环境温度的变化及用户设定的不同时间对热网供水温度的要求，按照控制器设定的气候补偿曲线求出恰当的热网供水温度，对燃气热水锅炉进行自动控制调节，实现室外环境温度对采暖系统供水温度的自动气候补偿，以及室内温度对气候补偿曲线的反复修正校核，最大化的节约资源，克服室外环境温度变化造成的室内温度波动，避免因过热而开启窗户的现象。当用户负荷波动导致热网供回水压差变化时，控制器通过热网供回水压差与设定值进行对比，经计算后给定输出控制信号，调节热网循环泵的频率，改变热网水流量，实现大温差小流量运行，提高供暖舒适度和系统效率，真正实现无人值守下的系统自动节能运行。利用节能器回收烟气余热来预热部分热网回水，降低锅炉燃气消耗量，减少排放烟气中水蒸气和酸性物质的含量，进一步实现燃气热水锅炉的节能降耗和环保运行。

附图说明

图1为本实用新型的节能型燃气热水锅炉直供采暖系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

系统运行流程及控制策略如下：

本采暖系统的热网回水一部分先进入节能器进行预热，然后与另一部分热网回水汇合，再进入燃气锅炉进行加热并供至热用户。具体运行流程及控制策略如下：

烟气余热回收利用运行流程及控制策略:

当处于冬季采暖工况初期时，按节能器设计工况设定流量控制阀的流量值，完全开启余热出水阀，将余热旁通阀的开度由100％逐渐关小，直至进入节能器的热网回水流量达到其设计值为止。在运行过程中，不管热负荷及系统热网水流量如何变化，通过流量控制阀可以保证进入节能器的热网回水流量值始终不变，使节能器能够持续做到最大程度的回收烟气余热。

热网回水管6经过热网循环泵增压后，一部分先进入节能器水路管道内进行预热，然后与另一部分旁通的热网回水管6混合后进入燃气锅炉，在燃气锅炉内加热至供水温度后通过热网供水管供出。

在燃气锅炉内，天然气燃烧放热后形成高温烟气，高温烟气由锅炉排烟管进入节能器的烟气通道内，并与水路管道内的热网回水进行热交换放热，放热过程中高温烟气的余热进入热网回水中被重新利用，放热后的烟气温度降低，经由节能器排烟管进入烟囱后排放。

采用此节能器对高温烟气余热进行回收利用，减少了燃气锅炉的天然气消耗量，降低了烟气排放温度。当换热后的烟气温度高于水蒸气的露点温度时，通过节能器仅能回收烟气中的显热部分。当换热后的烟气温度低于水蒸气的露点温度时，烟气中的水蒸气会形成冷凝水，水蒸气凝结过程中释放大量的汽化潜热，通过节能器将这部分汽化潜热和显热回收至热网回水中，同时烟气中的部分酸性物质被冷凝水吸收，冷凝水经过处理后排放。

气候补偿控制策略：

控制器内置了气候补偿曲线，气候补偿曲线由多组室外环境温度与热网供水温度的设定值拟合而成，可实现精确控制。精确控制分两步实现：首先，根据室外温度传感器测得的室外环境温度值，控制器计算出热网供水温度设定值，将供水温度传感器测得的热网供水温度实测值与设定值进行比较，计算出实测值与设定值的偏差，进行PID计算后输出调节信号至燃气锅炉，改变燃气锅炉的出力，调节热网供水温度达到设定值。其次，控制器将多个室内温度传感器测得的室内温度的平均值与室内温度采暖设计值进行比较，计算出室内温度实测值与其采暖设计值的偏差，进行模糊控制计算后对气候补偿曲线进行修正校核，重新计算并给出热网供水温度新的设定值，再次改变燃气锅炉出力，最终使热网供水温度达到新的设定值。如此循环往复，气候补偿曲线经过各种工况累计多次修正校核后，控制器仅根据室外环境温度即可实现对热网供水温度的精确控制。

具体地，当室外环境温度下降时，供热负荷增大，控制器判断出当前的热网实际供水温度低于计算出的供水温度设定值，就会调高热网供水温度设定值，控制燃气锅炉增大出力，提高热网供水温度，直至达到设定值；当室外环境温度升高时，供热负荷减小，控制器判断出当前的热网实际供水温度高于计算出的供水温度设定值，就会调低热网供水温度设定值，控制燃气锅炉减小出力，降低热网供水温度，直至达到设定值。

当室内温度实测值低于其采暖设计值时，控制器就会通过模糊控制计算对气候补偿曲线进行正向修正，提高当前室外环境温度下的热网供水温度设定值，增大燃气锅炉出力，提高热网供水温度，直至室内温度达到其采暖设计值；当室内温度实测值高于其采暖设计值时，控制器就会通过模糊控制计算对气候补偿曲线进行负向修正，降低当前室外环境温度下的热网供水温度设定值，减小燃气锅炉出力，降低热网供水温度，直至室内温度达到其采暖设计值。

热网变流量控制策略：

当用户负荷变化时，末端设备开启或关闭，会引起热网供回水压差变化。控制器将热网供回水压差实测值与设定值进行比较，根据比较结果调整变频器的输出频率，控制热网循环泵的转速，调节热网水流量和热网供回水压差，使供回水压差的运行值逐渐趋近并达到设定值。

具体地，当用户负荷减小时，末端设备部分运行或变流量运行时，系统阻力增大，导致热网供回水压差增大并高于设定压差值，控制器减小变频器输出频率，降低热网循环泵转速，进而减小热网水流量和热网供回水压差，直至使热网供回水压差恢复到设定值，系统进入稳定状态；当用户负荷增大时，末端设备运行数量增多，系统阻力减小，导致热网供回水压差减小并低于设定值，控制器增大变频器输出频率，提高热网循环泵转速，进而增大热网水流量和热网供回水压差，直至使热网供回水压差重新回到设定值，系统再次进入稳定状态。

通过以上运行流程及控制策略，此节能型燃气热水锅炉直供采暖系统可实现精准供热、热网水变流量、烟气余热回收利用等功能，准确控制，节能减排，经济效益和环保效益十分显著。

Claims (4)

1.一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，其特征在于：包括燃气锅炉(1)、热网循环泵(2)、节能器(3)、烟囱(4)、控制器(5)、热网回水管(6)、流量控制阀(7)、余热旁通阀(8)、余热出水阀(9)、供水温度传感器(10)、变频器(11)、压差传感器(12)、热网供水管(13)、锅炉排烟管(14)、节能器排烟管(15)、室外环境温度传感器(16)和室内温度传感器(17)；

热网回水管(6)的一端连接至热网循环泵(2)的进水口，热网循环泵(2)的出水口分别连接至流量控制阀(7)的一端和余热旁通阀(8)的一端，流量控制阀(7)的另一端连接至节能器(3)的进水口，节能器(3)的出水口连接至余热出水阀(9)的一端，余热出水阀(9)的另一端分别连接至余热旁通阀(8)的另一端和燃气锅炉(1)的进水口，燃气锅炉(1)的出水口连接至热网供水管(13)的一端；热网供水管(13)上设置有供水温度传感器(10)，热网供水管(13)和热网回水管(6)之间设置有压差传感器(12)；

燃气锅炉(1)的排烟口与锅炉排烟管(14)的一端相连接，锅炉排烟管(14)的另一端与节能器(3)的进烟口连接，节能器(3)的排烟口与节能器排烟管(15)的一端连接，节能器排烟管(15)的另一端与烟囱(4)的进烟口相连接；

控制器(5)分别与压差传感器(12)、供水温度传感器(10)、室外环境温度传感器(16)和室内温度传感器(17)相连接，分别采集热网供回水压差、热网供水温度、室外环境温度和室内温度，控制器(5)与燃气锅炉(1)的通讯接口相连接，控制器(5)还与变频器(11)的进线端连接，变频器(11)的出线端与热网循环泵(2)的进线端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，其特征在于：热网回水一部分先进入节能器(3)进行预热，然后另一部分与热网回水管(6)回水汇合，再进入燃气锅炉(1)进行加热并供至热用户。

3.根据权利要求1所述的一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，其特征在于：热网回水经过热网循环泵(2)增压后，一部分先进入节能器(3)的水路管道内进行预热，然后与另一部分旁通的热网回水混合后进入燃气锅炉(1)，在燃气锅炉(1)内加热至供水温度后通过热网供水管(13)供出。

4.根据权利要求1所述的一种节能型燃气热水锅炉直供采暖系统，其特征在于：在燃气锅炉(1)内，天然气燃烧放热后形成高温烟气，高温烟气由锅炉排烟管进入节能器(3)的烟气通道内，并与水路管道内的热网回水进行热交换放热，放热过程中高温烟气的余热进入热网回水中被重新利用，放热后的烟气温度降低，经由节能器排烟管(15)进入烟囱后排放。

Images