淺析工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)中節(jié)能減排問題

江濤

（南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司，江蘇 南京 210036）

1 分析現(xiàn)階段工業(yè)鍋爐在節(jié)能減排方面的各種問題

1.1 高熱量高污染

1.1.1 鍋爐容量小、熱效率低。近年來熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目逐漸上升，但總體上小容量鍋爐所占比重仍然偏高，且大多數(shù)鍋爐長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，造成不完全燃燒和排煙溫度升高，熱損失增大，煤種多變、煤質(zhì)差。工業(yè)鍋爐的燃煤由于產(chǎn)供緊張，其顆粒度、熱值、灰分等均無法保證。而工業(yè)鍋爐90%以層燃鍋爐為主，層燃鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性較差，當(dāng)煤種發(fā)生變化時(shí)，其燃燒工況相應(yīng)也發(fā)生變化，且燃燒時(shí)工況也相應(yīng)變差。

1.1.2 排煙溫度高、污染大。企業(yè)大量使用有機(jī)熱載體鍋爐，而有機(jī)熱載體鍋燃燒方法大多數(shù)以層燃為主，其排煙溫度長期在300℃～350℃之間，大量高溫?zé)煔饧胺蹓m SO2、CO2、NO對(duì)環(huán)境造成極大污染，熱量流失嚴(yán)重。

1.2 自控裝置水平低

鍋爐運(yùn)行自控裝置水平低，在用工業(yè)鍋爐普遍未配置運(yùn)行監(jiān)測儀表，操作人員在調(diào)整鍋爐燃燒工況或負(fù)荷變化時(shí)，無法掌握具體數(shù)據(jù)，不能及時(shí)根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整鍋爐運(yùn)行工況，鍋爐、電機(jī)的運(yùn)行效率受到限制，造成了浪費(fèi)。

1.3 能源浪費(fèi)嚴(yán)重

在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)能源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，燃煤工業(yè)鍋爐仍將是主導(dǎo)產(chǎn)品，同時(shí)也是我國主要的煤煙型污染源。根據(jù)國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的統(tǒng)計(jì)資料:目前，全國在用工業(yè)鍋爐保有量50多萬臺(tái)，約180萬蒸噸/小時(shí)。燃煤鍋爐約48萬臺(tái)，占工業(yè)鍋爐總?cè)萘康?5%左右，平均容量約3.4蒸噸/小時(shí)，其中20蒸噸/小時(shí)以下超過80%。113個(gè)大氣污染防治重點(diǎn)城市中約有燃煤工業(yè)鍋爐24萬臺(tái)，90萬蒸噸/小時(shí)，均占全國的1/2。工業(yè)鍋爐主要用于工廠動(dòng)力、建筑采暖等領(lǐng)域，每年耗原煤約4億噸。

2 節(jié)能減排的具體實(shí)施辦法

2.1 降低燃耗的方法是提高燃料利用率

2.1.1 在設(shè)計(jì)過程中爐膛容積應(yīng)保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿，有利于向料坯的傳熱。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負(fù)荷的不同而有所差異。不同的燃料產(chǎn)生的單位熱量所具有的廢氣體積是不同的，因而所需的燃燒空間大小是不一樣的。一般發(fā)熱值越高，廢氣體積相應(yīng)越小（實(shí)際消耗燃料及空氣少）。在爐膛內(nèi)的熱量相同的條件下所流過的廢氣量是不相同的，所以在決定爐膛尺寸時(shí)必須考慮這個(gè)特點(diǎn)，同時(shí)在確定燃燒空間大小時(shí)，還要考慮到在什么空間內(nèi)要求燃料燃燒完全的問題。在設(shè)計(jì)的過程中計(jì)算所得的爐高數(shù)值是設(shè)計(jì)爐膛高度的依據(jù)之一。但在最后確定高度時(shí)必須綜合地考慮爐膛高度應(yīng)保證在燃燒裝置安放得下、爐內(nèi)氣體流動(dòng)和傳熱狀況維持正常的前提下盡量不使?fàn)t膛過高。同時(shí)要注意使整個(gè)爐膛內(nèi)充滿爐氣并能滿足組織火焰的要求。

2.1.2 爐底結(jié)構(gòu)應(yīng)能使物料下表面由爐內(nèi)冷卻水管滑道造成的“黑印”盡量減輕消除。工業(yè)的爐的爐底承受加熱件的重量、裝出料時(shí)的碰撞和摩擦、氧化鐵皮的侵蝕以及旋轉(zhuǎn)過程溫度的反復(fù)變化，因此要求爐底上層的耐火材料具有抗高溫、耐急冷急熱、磨、不與氧化鐵皮起化學(xué)反應(yīng)等性能。需將設(shè)計(jì)所得的參數(shù)包括整個(gè)爐底的重量、鋼機(jī)的推程、步距、上下行程等作為設(shè)計(jì)爐底機(jī)械的原始數(shù)據(jù)。

2.2 高煙囪排放

煙囪是最常用的一種排煙裝置，爐內(nèi)煙氣通過煙道，依靠煙囪排入大氣。排煙方式分為自然排煙與機(jī)械排煙兩類，煙囪必須有獨(dú)立的基礎(chǔ)，不能與煙道基礎(chǔ)相連。煙囪底部應(yīng)設(shè)計(jì)人孔以備燒烤煙囪、扒灰和修理內(nèi)襯之用。在煙囪設(shè)計(jì)的過程中根據(jù)煙囪的高度計(jì)算所得的排放濃度與允許排放濃度作的比較，確定采用的煙囪高度并按煙囪系列尺寸選用煙囪直徑和高度。通過設(shè)計(jì)雖然不降低排放物的絕對(duì)數(shù)量，但可降低有害物質(zhì)的著地濃度，煙囪越高著地濃度越低。煙氣中的SOx被大氣稀釋這是一種局部解決的方法 ，所以落到地面時(shí)濃度已很稀無害于動(dòng)植物的生存。但它并不能從根本上消除SO2對(duì)大氣的總污染，這種方式僅僅起到緩和污染的作用。

2.3 燃料的選用和改質(zhì)

2.3.1 燃料中含有的硫在燃燒時(shí)產(chǎn)生SO2，在氧化條件下SO2能被氧化成SO3，再與水汽相遇便生成H2SO4具有很強(qiáng)的腐蝕性。SO2除直接危害人體健康外，對(duì)環(huán)境的危害是以酸雨的形式出現(xiàn)的。因此在選用燃料時(shí)采用低硫或不含硫燃料或通過洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是從燃料燃燒的過程中脫硫采用煙氣脫硫技術(shù)。目前煙氣脫硫是一個(gè)主要的SO2控制方法，它將煙道廢氣中SO2成分脫除或回收，從而使煙氣中SO2的污染大降低。

2.3.2 大氣中的NOx主要來源于燃料的燃燒過程。NOx吸收并散射光線，在空氣中與光化學(xué)氧化劑、顆粒物以及日光發(fā)生一系列的復(fù)雜的反應(yīng)而形成光化學(xué)煙霧，不僅降低能見度而且對(duì)人體的健康有很大危害。防治 NOx的方法有兩種:一是通過燃燒技術(shù)的改進(jìn)來抵制它的生成。二是從煙氣中將NOx除去，即煙氣脫除NOx。此外還可采用高煙囪稀釋法。這雖沒有減少向大氣的排放量但對(duì)減輕局部地區(qū)的污染是有效的。

2.4 影響燃燒操作條件的三個(gè)主要因素

燃燒操作條件的影響比較復(fù)雜涉及的因素較多，這里介紹三個(gè)主要因素:空氣燃燒比、燃燒溫度和燃燒時(shí)間。空氣燃料比增加表示空氣量增多，燃燒完全排煙中的煙塵濃度會(huì)下降。一般而言煙氣出口濃度降低煙塵濃度將增大。提高燃燒溫度和延長在高溫區(qū)的停留時(shí)間都會(huì)使煙塵量下降。因?yàn)槿紵a(chǎn)生的炭黑、油灰和飛灰可燃物質(zhì)都是固體物質(zhì)，其燃燒速度決定于氧化劑擴(kuò)散到固體表面上的擴(kuò)散速率，以及表面上的反應(yīng)速率。高溫時(shí)對(duì)于炭黑和小粒徑的油灰及飛灰的燃燒速率，化學(xué)反應(yīng)速率是主要影響因素。所以對(duì)大粒徑的顆粒擴(kuò)散速率的影響就不能忽視。

2.5 排煙治理

在燃料燃燒的過程中會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化并有可能形成大小不一的細(xì)微碳粒，這些以氣體漂浮的灰分以顆粒狀存在，是煙氣中灰塵的主要來源。為了減輕煙囪排出煙氣中有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染，應(yīng)該改進(jìn)燃燒技術(shù)創(chuàng)造良好的燃燒條件，保證燃料的完全燃燒。當(dāng)煙氣的含塵量高于排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時(shí)可考慮在煙道中設(shè)置除塵裝置，各種除塵裝置都有其效果最佳的工況條件，不符合這些條件時(shí)除塵效率將大為降低。當(dāng)采用強(qiáng)制排煙時(shí)除塵裝置要安裝在排煙機(jī)之前，這樣可以減少或避免煙氣中粉塵對(duì)排煙機(jī)的磨損而且含塵煙氣處在負(fù)壓條件下不會(huì)產(chǎn)生粉塵飛出的問題。為使輸送含塵氣流至除塵器的管道內(nèi)不產(chǎn)生積灰，保證除塵系統(tǒng)的正常工作，要求水平管段內(nèi)的流速在10～12m/s以上。

結(jié)語

我國的經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展，能源對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約越來越明顯，工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗已列為國家節(jié)能重點(diǎn)，鍋爐是高能耗設(shè)備，但是通過以上措施的實(shí)施，可有效地提高鍋爐效率，降低工業(yè)鍋爐能源消耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

[1]夏喜英.鍋爐與鍋爐房設(shè)備[M].中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]徐生榮.鍋爐原理與設(shè)備[M].中國水利水電出版，2009.