醫(yī)院供熱節(jié)能減排改造方案淺析

文_鄒禹 天津市南開醫(yī)院

1 醫(yī)院供熱改造的必要性

近年來，伴隨著醫(yī)院的功能健全和規(guī)模擴充，能耗也隨之逐年增加，同時在能效管理方面也暴露出諸多問題，如能耗指標偏高、用能管理不當、成本支出難以控制、能源安全難以保障等，對醫(yī)院后勤管理水平提出了更高的要求，同時也成為制約醫(yī)院現(xiàn)代化發(fā)展亟待解決的問題。以某醫(yī)院為例，該醫(yī)院冬季采暖及衛(wèi)生熱水每年的能源成本支出在300萬元左右，占到醫(yī)院總能源成本的25%以上，因此將原有的市政集中供暖改為了燃氣鍋爐采暖，將原不符合排放標準的燃氣鍋爐進行超低氮改造，降低了碳排放，增加了經(jīng)濟效益。為更多的醫(yī)院供熱節(jié)能改造提供了可行性依據(jù)。

2 本改造方案的可行性分析

提高能源利用率最易實現(xiàn)的方式就是熱回收。鑒于醫(yī)院的能源消耗環(huán)境，從經(jīng)濟效益的角度分析，為了提高余熱利用效率，熱回收設(shè)計方案應(yīng)當與熱源的生產(chǎn)系統(tǒng)方案相結(jié)合，將煙氣余熱在不改變其熱能形式下，用合理的技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為所需熱量，避免大量因為轉(zhuǎn)換熱量形式造成的熱損失，因此，直接進行煙氣熱回收的換熱技術(shù)是一種應(yīng)用最廣泛，成本較低，經(jīng)濟效益突出的技術(shù)手段。

本方案是利用板式熱交換器結(jié)構(gòu)，回收煙氣余熱并通過熱傳導(dǎo)的方式加熱熱水。經(jīng)科學(xué)測算，方案所使用的板式熱交換器煙道側(cè)和循環(huán)水側(cè)的流體阻力相差近20倍。因而在科學(xué)合理的布局下，低阻力側(cè)通過體積、流量大的煙氣用以提供熱源；而流量遠遠小于煙氣的循環(huán)水將降低流速，緩慢通過裝置的高阻力側(cè)，經(jīng)過科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，增大了單位時間內(nèi)煙氣和水的熱傳遞面積，換熱壓力損失較小。該板式熱交換器同時具有體積小、煙氣阻力低，熱回收效率高，不影響鍋爐系統(tǒng)和水泵工況運行等特點。

該裝置的構(gòu)造簡單巧妙，具有眾多優(yōu)點。一是導(dǎo)熱效率高，換熱面積大；二是體積相對較小，方便安裝，且內(nèi)部構(gòu)造簡單，沒有運動部件，利于后期維護；三是該裝置的冷凝系統(tǒng)完美解決蒸汽排放問題和冷凝水循環(huán)利用問題。

3 實現(xiàn)本方案的方法

3.1 安裝方法

將該裝置安裝在水平煙道處，煙道離裝置距離盡可能縮短以免造成煙氣熱損失，裝置凝水口應(yīng)朝下，充分利用高度勢能排放。裝置由吊鉤或者支架承重，煙道與裝置處由薄法蘭連接，煙氣出口側(cè)宜采用不銹鋼材料，防止煙氣腐蝕。煙道末端應(yīng)確保1～2m長度，向下坡度不小于1%，并在最低處設(shè)置集污裝置，集污裝置末端接凝水管，一并接入排水溝。裝置后煙道坡度應(yīng)恢復(fù)正常，可以不設(shè)煙氣旁通，進、出水管上均需設(shè)置閥門，水流方向為低進高出，電氣部分不需要改動，詳細結(jié)構(gòu)切面見圖1。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)切面

該裝置接入供熱和自來水系統(tǒng)后，可以長期在給醫(yī)院供熱的同時提供衛(wèi)生熱水，且無需大量人力投入，同時減小了電力資源投入，系統(tǒng)詳情見圖2。

圖2 煙氣熱回收系統(tǒng)接入圖

3.2 連接方法

與熱水系統(tǒng)補水管路駁接，或根據(jù)不同用戶的熱水負荷特性采取靈活的管路駁接方式，具體并管方式見表1。

表1 煙氣熱回收并管方式

4 節(jié)能改造達到的效果

4.1 系統(tǒng)各部分基本參數(shù)

4.1.1 鍋爐技術(shù)參數(shù)

制熱量為907kW，衛(wèi)生熱水所需熱量為430kW，制冷耗氣量為80.6m3/h，制熱耗氣量為105.5m3/h，衛(wèi)生熱水耗氣量為46.9m3/h，排煙溫度為160℃，煙道截面長×寬為600mm×250mm。

4.1.2 天然氣組成

市區(qū)常用天然氣中各組分的體積分數(shù)見表2。

表2 天然氣中各組分的體積分數(shù) （%）

4.1.3 燃燒特性參數(shù)

經(jīng)查閱，煙氣中CO2、N2、水蒸氣的體積分數(shù)分別為9.1%、73.2%、15.3%，煙氣的相對分子質(zhì)量M為18.4，天然氣燃燒的理論空氣量V0為0.07m3/m3，平均空氣系數(shù)為1.2，實際煙氣量Vf為13.24m3/m3。標準狀態(tài)下煙氣密度為1.26kg/m3。

4.2 余熱回收計算

4.2.1 單位時間產(chǎn)生的煙氣

4.2.2 單位體積煙氣的理論焓

4.2.3 單位體積煙氣的實際焓

4.2.4 煙氣余熱回收量

4.2.5 余熱回收量折合成的天然氣消耗量

4.2.6 余熱回收創(chuàng)造的價值

式中 C—單位時間余熱回收創(chuàng)造的價值，元/h；Cg—天然氣價格，元/m3。

4.3 經(jīng)濟性分析

4.3.1 設(shè)備造價

鍋爐最大燃燒量109.5m3/h（960kW），其市場價格為5萬元，改造衛(wèi)生熱水系統(tǒng)價格為2000元，余熱回收系統(tǒng)所使用的水泵總價為1000元，因此整套余熱回收系統(tǒng)設(shè)備造價為53000元。

4.3.2 余熱回收系統(tǒng)的年運行費用

鍋爐運行時間按10h/d計，運行時間為1500h/a，電價按1元/（kWh）計。經(jīng)計算可得，年燃料消耗為86490m3，則年運行費用為30.01萬元/a。

4.3.3 余熱回收系統(tǒng)創(chuàng)造的經(jīng)濟效益

經(jīng)計算，煙氣余熱回收系統(tǒng)年節(jié)省的燃料為9673 m3/a，凈收益為33725.71元/a，投資回收期為1.7a。

5 結(jié)語

對于有衛(wèi)生熱水及采暖需求的用戶，在鍋爐煙道上安裝煙氣余熱回收換熱器后，經(jīng)計算，此裝置預(yù)計能夠達到10%及以上的熱能回收率，可進一步提高熱源（鍋爐）的一次能源利用率。而且應(yīng)用規(guī)模越大、負荷越大，節(jié)能效果越驚人，投資回報期越短，尤其在醫(yī)院這樣的使用環(huán)境，值得大力推廣。