中小型工業(yè)鍋爐節(jié)能改造技術(shù)淺談

張海英　劉國華　曾　斌

[摘要]針對我國中小工業(yè)鍋爐熱效率低等現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)有節(jié)能改造技術(shù)，對分層燃燒技術(shù)、煤粉復(fù)合燃燒技術(shù)、煤氣化燃燒技術(shù)和循環(huán)流化床燃燒技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有中小工業(yè)鍋爐改造進(jìn)行簡要的論述。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)鍋爐 節(jié)能改造技術(shù)

中圖分類號：F40文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310106－02

一、前言

能源是人們生產(chǎn)和生活賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有足夠的能源供應(yīng)，就沒有生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源相對不足的矛盾日趨尖銳。我國能源總方針是開發(fā)和節(jié)約并重，把節(jié)能放在首位。目前我國單位能耗所創(chuàng)造的國民經(jīng)濟(jì)收入比工業(yè)發(fā)達(dá)國家低得多，因而如何提高能源利用率是各行各業(yè)面臨的共同問題。

二、我國工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀

作為能源消耗大戶的工業(yè)鍋爐，年耗煤炭占煤炭總產(chǎn)量的三分之一左右。其中中小型燃煤工業(yè)鍋爐量大面廣，占工業(yè)鍋爐總臺數(shù)的80%以上，由于普遍存在熱效率低，能源浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，已被列為《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》部署的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之首。根據(jù)筆者數(shù)年的節(jié)能服務(wù)工作發(fā)現(xiàn)：我國燃煤工業(yè)鍋爐的燃燒方式以層燃為主；用戶的大多企業(yè)老板只要求鍋爐出汽，主管人員只要鍋爐不壞，安全地在運(yùn)行；操作人員的文化素質(zhì)有限，只知其然，而不知其所以然；大多數(shù)用戶對鍋爐煤耗統(tǒng)計(jì)、管理工作不能進(jìn)行科學(xué)分析，以至造成能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．熱效率低。我國工業(yè)鍋爐的主體是層燃爐，實(shí)際運(yùn)行中由于忽視鍋爐尾部受熱面的水垢、煙垢、集灰、漏風(fēng)等現(xiàn)象，造成受熱面熱阻大，傳熱效果差，導(dǎo)致排煙溫度高，有的甚至超過250℃，過量空氣系數(shù)達(dá)到2以上，排煙熱損失達(dá)到20％以上；爐膛燃燒狀況不穩(wěn)定是中小型工業(yè)鍋爐普遍存在的問題，有的甚至正壓燃燒，爐膛內(nèi)煙氣流動紊亂，化學(xué)不完全燃燒熱損失大大超標(biāo)。除了上述原因外，后面敘及的情況也是造成熱效率低下的重要影響因素，從而導(dǎo)致鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率比設(shè)計(jì)效率低20％±，平均只有60％左右，有的還不到50％。

2．設(shè)備整體技術(shù)水平低。主要表現(xiàn)在：（1）運(yùn)行調(diào)節(jié)智能化程度低，燃燒過程不能實(shí)現(xiàn)自動檢測，自動調(diào)節(jié)，特別是1t／h以下小型燃煤鍋爐，加煤、調(diào)風(fēng)、除渣、給水、排污等過程調(diào)節(jié)完全憑司爐工經(jīng)驗(yàn)手工操作。（2）節(jié)能、環(huán)保技術(shù)落后，包括燃燒與換熱、水處理、除塵脫硫，余熱回收和灰渣綜合利用等。（3）主輔機(jī)不配套，大馬拉小車，輔機(jī)性能差、效率低。

3．運(yùn)行管理水平低。設(shè)備完好率低，未經(jīng)培訓(xùn)和無證上崗的現(xiàn)象比較普遍。

4．燃料市場環(huán)境對工業(yè)鍋爐運(yùn)行的影響不利。燃煤工業(yè)鍋爐通常都是按Ⅱ、Ⅲ類煙煤設(shè)計(jì)。我國燃煤供應(yīng)目前仍是賣方市場，一般都是直接供應(yīng)原煤，沒有根據(jù)煤質(zhì)及粒度情況進(jìn)行加工分類，用戶難以做到按需購買，且煤質(zhì)多變，造成運(yùn)行調(diào)整困難，機(jī)械不完全燃燒增加，熱效率下降。

三、我國中小型工業(yè)鍋爐現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)

由于上述諸多因數(shù)，造成鍋爐熱效率低下，結(jié)果是能源消耗量過大，甚至不能滿足生產(chǎn)要求。由于在用的工業(yè)鍋爐采用鏈條爐排鍋爐居多，當(dāng)前推廣應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)大部分也是針對鏈條爐排鍋爐。節(jié)能改造技術(shù)主要包括鍋爐結(jié)構(gòu)改造、燃燒方式優(yōu)化、運(yùn)行管理完善和配套系統(tǒng)優(yōu)化等。結(jié)合筆者從事鍋爐節(jié)能改造工作的實(shí)際應(yīng)用，本文從影響熱效率的關(guān)鍵因數(shù)強(qiáng)化燃燒出發(fā)，對我國目前幾種常用的節(jié)能改造技術(shù)分述如下：

（一）采用分層燃燒技術(shù)改造給煤裝置

我國層燃鍋爐都是燃用原煤，其中占多數(shù)的鏈條爐排鍋爐采用原有的斗式給煤裝置，使得煤塊和煤末混合堆實(shí)在爐排上，阻礙鍋爐進(jìn)風(fēng)，影響燃燒。將斗式給煤裝置改造成分層給煤裝置，使煤疏松和控制加煤量，而取消煤閘板；然后通過篩板將煤按粒度分離分檔，使?fàn)t排上煤層按不同粒度范圍分成二層或三層在爐排上按顆粒度的大小均勻分布，使較大的顆粒位于煤層下面，有利于進(jìn)風(fēng)，改善了燃燒狀況，提高煤的燃燒率，減少灰渣含碳量，可獲得10%左右的節(jié)煤率，節(jié)能效果視改前爐況而異，爐況越差，效果越好。

分層燃燒裝置從供煤可靠性可分成單輥式、雙輥式、三輥式（如下圖1）等。

1．下煤筒；2．濕煤攪動輥（Ⅲ輥）；3．防漏煤板；4．移煤輥（II輥）；5．爐排；6．傾斜式煤閘板（一次煤閘）；7．撥煤輥（I輥）；8．篩分器；9．防漏風(fēng)活動擋板（二次煤閘）

圖1三（雙）輥式結(jié)構(gòu)示意圖

由于采用分層燃燒只對給煤裝置進(jìn)行改造，因此投資少，回收快，而且保留了鏈條爐排操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但須注意以下問題：

（1）不宜用于沒有空氣預(yù)熱器的鍋爐：目前采用的分層燃燒是大塊煤在最下層，中、小塊煤及碎末在上層，對著火有利，因?yàn)殒湕l爐排的著火、燃燒是由上而下進(jìn)行的，但對大塊煤的燃燒及燃盡不利。采用有空氣預(yù)熱器的熱風(fēng)助燃，節(jié)能效果更理想。

（2）加裝分層燃燒裝置時(shí)不要把側(cè)墻水冷壁下聯(lián)箱的死水區(qū)暴露在爐膛內(nèi)：鏈條鍋爐兩側(cè)墻水冷壁的下聯(lián)箱為了便于沖洗，其前端都是通至前墻外沿。從側(cè)墻水冷壁爐前第一根水冷壁管起，向前直至前墻外沿這一段下聯(lián)箱就形成死水區(qū)，這段死水區(qū)是封閉在爐墻內(nèi)不讓受熱的。加裝分層燃燒裝置后將前墻前移，使部分死水區(qū)暴露在爐膛中，易造成受熱不均，局部爆管，影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）分層燃燒裝置機(jī)構(gòu)必須靈活可靠：隨著分層燃燒技術(shù)的推廣，經(jīng)營及加工單位日益增多，制造加工水平差別懸殊。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活或發(fā)生故障會造成被迫停爐檢修。

（二）采用煤粉復(fù)合燃燒技術(shù)改造燃燒系統(tǒng)

鏈條鍋爐加煤粉復(fù)合燃燒方式的機(jī)理是將鏈條爐排和煤粉這兩種不同燃燒方式有機(jī)結(jié)合，共用在一臺爐上，即保留爐排進(jìn)行層燃，又在爐膛適當(dāng)位置噴入適量煤粉，使之在爐排層燃基礎(chǔ)上，增加適量的懸浮燃燒。在燃燒過程中，煤粉靠爐排火床點(diǎn)燃，煤粉燃燒形成的高溫火焰提高了爐膛溫度，為鏈條爐排上的煤層著火提供豐富的熱源，改變了過去鏈條爐單純依靠爐拱熱輻射引燃的狀況，大大改善了鏈條爐排上新煤的著火條件；同時(shí)，穩(wěn)定燃燒的火床又是煤粉氣流著火的可靠熱源，保證煤粉及時(shí)穩(wěn)定地著火。復(fù)合燃燒方式不僅保留了鏈條爐負(fù)荷適應(yīng)性好、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便、容易掌握、勞動強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮煤粉燃燒效率高、對煤種變化適應(yīng)性強(qiáng)及燃燒強(qiáng)度高的一面，使?fàn)t膛溫度提高，強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒過程，提高鍋爐燃燒效率及煤種適應(yīng)性。

鏈條爐采用煤粉復(fù)合燃燒改造保留原爐排燃燒系統(tǒng)，同時(shí)增加一套制粉、輸粉系統(tǒng)，詳見圖2所示。

1.煤斗；2.給煤機(jī)；3.風(fēng)扇磨；4.粗粉分離器；5.輸煤粉管道；6.燃燒器；7.鍋爐管束；8.煙氣管道；9.空氣預(yù)熱器；10.熱風(fēng)管道；11.熱風(fēng)管道；12.省煤器；13.除塵器；14.送風(fēng)機(jī)；15.引風(fēng)機(jī)；16.上汽包；17.抽煙氣口

圖2復(fù)合燃燒設(shè)備系統(tǒng)

通過工程的實(shí)際應(yīng)用測試，鏈條爐采用復(fù)合燃燒技術(shù)改造，強(qiáng)化了爐內(nèi)燃燒過程，最大限度地挖掘鍋爐自身節(jié)能潛力，鍋爐效率可提高10%左右，鍋爐負(fù)荷可增容15%左右；而且爐排和煤粉運(yùn)行時(shí)可根據(jù)負(fù)荷大小隨時(shí)調(diào)整，負(fù)荷低時(shí)單獨(dú)用爐排，負(fù)荷高時(shí)加上煤粉系統(tǒng)，調(diào)節(jié)幅度大、速度快，并可臨時(shí)停爐、壓火，在磨煤機(jī)臨時(shí)檢修或發(fā)生故障時(shí)，爐排照常運(yùn)行，調(diào)節(jié)負(fù)荷方便、操作簡單。但是，有如下問題須注意：

（1）風(fēng)扇磨的使用壽命問題：目前風(fēng)扇磨的沖擊板和襯瓦設(shè)計(jì)使用壽命一般在2000小時(shí)左右，實(shí)際使用壽命只有1000小時(shí)左右，主要是煤中的矸石和金屬物塊。風(fēng)扇磨使用周期短，維修工作量大。

（2）排塵濃度的增高和飛灰的磨損問題：采用復(fù)合燃燒后，鍋爐原始排塵濃度增高很多，對環(huán)保有一定的影響。因此，要相應(yīng)地改善除塵裝置，提高除塵效率。并且也應(yīng)考慮飛灰的增加，會加劇對鍋爐管子的磨損。

（3）燃燒空間的問題：層燃爐和室燃爐的爐室容積熱強(qiáng)度qv不相同，鏈條爐的qv=290～500kw/m3.h，而煤粉爐qv=140～240kw/m3.h，兩者相差較多。要按風(fēng)扇磨的容量和噴煤粉量，對層燃爐爐膛容積進(jìn)行復(fù)核確定復(fù)合燃燒技術(shù)的適應(yīng)性。小型快裝工業(yè)鍋爐的爐膛容積較小，不適合采用復(fù)合燃燒技術(shù)。

（4）煤粉燃燒器的二次風(fēng)問題：一般風(fēng)扇磨制粉系統(tǒng)內(nèi)的氣體，可抽用熱煙氣，但燃燒器出口的二次風(fēng)需要用預(yù)熱空氣，否則煤粉著火、燃燒不易穩(wěn)定。

（三）采用煤氣化無煙燃燒技術(shù)改造燃燒系統(tǒng)

煤氣化無煙燃燒技術(shù)是綜合煤氣發(fā)生爐和層燃鍋爐燃燒工況的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的一種新的潔凈燃燒技術(shù)之一。該項(xiàng)技術(shù)是將鍋爐在結(jié)構(gòu)上把傳統(tǒng)的煤氣發(fā)生爐與層燃爐有機(jī)地結(jié)合，使固態(tài)煤的氣化過程與燃燒過程在一個(gè)爐膛內(nèi)一起完成。同時(shí)通過相應(yīng)的強(qiáng)化燃燒等措施實(shí)現(xiàn)飛灰在爐內(nèi)的分離燃盡，即使沒有爐外除塵器的小型鍋爐，也可以消除黑煙滾滾的嚴(yán)重污染現(xiàn)象。

對傳統(tǒng)的固定爐排手燒鍋爐，拆出固定爐排，安裝自破渣式滾動爐排，爐排底部改為水封式風(fēng)室和灰坑；增設(shè)壓頭較高的送風(fēng)機(jī)．在原爐膛煤層上部的空間內(nèi)增設(shè)分段送風(fēng)裝置；對人工投煤雙層爐排鍋爐，可保留雙層爐排，僅在雙層爐排之間增設(shè)分段送風(fēng)裝置和風(fēng)壓較高的送風(fēng)機(jī)，同時(shí)底部爐排下部改為水封式灰坑；對往復(fù)爐排和鏈條爐排鍋爐，僅在煤層表面適當(dāng)位置增設(shè)分段送風(fēng)裝置和一臺風(fēng)壓較高的送風(fēng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)消煙之目的；如果原有的送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓經(jīng)核算認(rèn)為符合要求，可不另設(shè)送風(fēng)機(jī)。

傳統(tǒng)鏈條鍋爐采用煤氣化無煙燃燒技術(shù)改造，不僅使排煙符合國家I類地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，減輕大氣污染，降低排污費(fèi)用，而且熱效率可提高lO-20%，與采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)改造燃燒系統(tǒng)相比，投資小，回收期短，操作簡單。但須應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

1．煤的氣化特性：中小型工業(yè)鍋爐氣化燃燒可適用的煤種有褐煤、煙煤、長焰煤、不粘或弱粘煤。對煤的氣化特性和灰熔點(diǎn)有一定要求，低灰熔點(diǎn)的煤不適于采用氣化燃燒，因?yàn)榈突胰埸c(diǎn)容易結(jié)焦。若對燃用的煤種認(rèn)識不夠，煤易結(jié)焦，氣化燃燒不起，導(dǎo)致改造失敗。

2．煤的粒度：氣化燃燒要求入爐煤最好是塊狀煤，煤末易堵塞煤粒之間的縫隙，對煤氣化不利。

3．鍋爐大型化：氣化燃燒目前僅在6t/h以下鍋爐成功改造實(shí)施，更大一些的鍋爐還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

（四）采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)改造燃燒系統(tǒng)

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種新型的高效低污染、目前商業(yè)化最好的清潔燃燒技術(shù)之一。流化床燃燒是床料在流化狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，其燃料可以為化石燃料、工農(nóng)業(yè)廢棄物和各種生物質(zhì)燃料。一般粗重的粒子在燃燒室下部燃燒，細(xì)顆粒在上部燃燒。被吹出燃燒室的細(xì)顆粒采用各種分離器收集下來送回燃燒內(nèi)循環(huán)燃燒。

由于其自身低溫、循環(huán)流化燃燒機(jī)理，它的熱效率比層燃鍋爐高15-20個(gè)百分點(diǎn)，而且，具有對燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以燃用劣質(zhì)煤；燃燒效率高，通常在97.5％-99.5％之間；負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，一般在30%-110%，甚至可以在20%負(fù)荷的情況下保持穩(wěn)定運(yùn)行；環(huán)保性能好，灰渣可直接生產(chǎn)建筑材料，實(shí)現(xiàn)綜合利用。

采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)改造層燃鍋爐燃燒系統(tǒng)，將循環(huán)流化床技術(shù)與鏈條鍋爐有機(jī)地結(jié)合，取消原鍋爐的燃燒設(shè)備，在爐前增加流化床燃燒室；新增流化床燃燒室與原鍋爐間的連接煙道，由原鍋爐的爐膛形成自然沉降室。流化床燃燒室出口攜帶飛灰的熱煙氣由連接煙道，經(jīng)沉降室后，自然沉降下來的飛灰通過增加的返料裝置返回流化床燃燒室進(jìn)行循環(huán)燃燒。如圖3。

1一風(fēng)室； 2一絕熱燃燒室；

3一豎埋管； 4一返料管；

5一下水管； 6一螺旋給煤機(jī)；

7一沉降室； 8一水冷壁上集箱；

9一新增鋼架； 10一連接煙道；

11一原鍋爐爐膛；12一下鍋筒；

13一對流管束；14一上鍋筒；

圖3循環(huán)流化床燃燒技術(shù)改造后鍋爐簡圖

改造后測試結(jié)果表明：鍋爐大渣含炭量≤2%，除塵灰含炭量≤12%，鍋爐熱效率達(dá)79.5%，比改前提高了近20%；鍋爐滿負(fù)荷和超負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，煤種適應(yīng)性好；同時(shí)大渣和除塵灰全部用于水泥廠作水泥摻合料或磚廠生產(chǎn)灰渣磚，達(dá)到了環(huán)保和資源綜合利用的目的。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)改造，雖然體現(xiàn)了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，但還有以下需要值得注意的地方：

（1）入爐煤粒度：循環(huán)流化床燃燒技術(shù)要求入爐煤粒度在8-13mm，因此需要對原有煤處理系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（2）排塵濃度：采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)后，鍋爐原始排塵濃度比原層燃增高很多，原由除塵裝置不能滿足環(huán)保要求，需相應(yīng)地改善除塵裝置，提高除塵效率。

（3）送、引風(fēng)機(jī)：循環(huán)流化床燃燒技術(shù)需要高壓頭的送風(fēng)機(jī)，同時(shí)由于系統(tǒng)阻力變化，原有送引風(fēng)機(jī)性能參數(shù)已不能滿足要求，需要根據(jù)改造后鍋爐更換原引、送風(fēng)機(jī)。

（4）點(diǎn)火、運(yùn)行操作技術(shù)水平要求高，需要經(jīng)過特殊培訓(xùn)后才能上崗。

（5）投資較高：改造投資較高，約為購置新爐費(fèi)用的65%。

四、結(jié)論

綜上所述，中小型工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)改造的以上各項(xiàng)內(nèi)容實(shí)施后，較大幅度地減少煤炭或其他燃料的消耗。但各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)各有有缺點(diǎn)，究竟采取何種措施，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需要、鍋爐的實(shí)際狀況及煤源、煤質(zhì)、投資、運(yùn)行人員素質(zhì)等進(jìn)行綜合分析，遵守技術(shù)先進(jìn)、方案成熟、經(jīng)濟(jì)合理的原則，選擇合理的節(jié)能技術(shù)方案，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，既符合國家能源政策，又滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要，為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

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