工業(yè)鍋爐檢驗(yàn)的節(jié)能減排

沈曉東 高學(xué)祥 王朝進(jìn) 金明月

(鞍山鋼鐵集團(tuán)公司工程質(zhì)量生產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理中心 鞍山 114003)

截止2011年底我國(guó)鍋爐數(shù)量總計(jì)62.03萬(wàn)臺(tái)，工業(yè)鍋爐為60.93萬(wàn)臺(tái)，約占鍋爐總數(shù)的98%，其中絕大多數(shù)以燃煤為主，不僅能耗高、而且污染嚴(yán)重[1]。正是基于這一現(xiàn)狀，國(guó)家把燃煤工業(yè)鍋爐的改造列入了十大重點(diǎn)節(jié)能工程項(xiàng)目之首。目前我國(guó)鍋爐熱效率大致是72%～80%，略低于國(guó)際一般水平，而實(shí)際平均運(yùn)行效率只有60%～65%，小型鍋爐甚至更低，與國(guó)際水平相差15%～20[2]。原因很多，本文從鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況存在的問(wèn)題加以分析與討論。

1 工業(yè)鍋爐普遍存在的問(wèn)題

1.1 鍋爐選配不合理，造成實(shí)際運(yùn)行效率低

實(shí)際檢驗(yàn)中常常發(fā)現(xiàn)鍋爐是在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，原因主要是因?yàn)槭褂脝挝辉趯?duì)鍋爐容量選配時(shí)，習(xí)慣依據(jù)最大熱負(fù)荷確定鍋爐容量，這就造成“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，造成鍋爐運(yùn)行效率下降。如圖1所示[3]，鍋爐最高運(yùn)行效率多是在符合率75%～100%時(shí)獲得，如果符合率太低，鍋爐運(yùn)行效率必然降低；超負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐運(yùn)行效率也會(huì)降低。

1.2 燃煤不能保證為設(shè)計(jì)煤種

由于地區(qū)、成本等因素，造成鍋爐用煤煤種變化大，質(zhì)量惡劣，顆粒度、熱值、灰分等無(wú)法保證，而工業(yè)鍋爐又多以層燃鍋爐為主，對(duì)變化的煤種適應(yīng)性差，熱效率必然要降低，由于煙煤顆粒度不能保證穩(wěn)定，大量含有粉塵、SO2、CO2的排煙對(duì)環(huán)境造成極大污染，熱量損失嚴(yán)重。

圖1 鍋爐負(fù)荷率與運(yùn)行效率的關(guān)系示意圖

1.3 過(guò)量空氣系數(shù)偏大

在實(shí)際工作中測(cè)得過(guò)量空氣系數(shù)普遍偏大，據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值為2～3，甚至高達(dá)5。原因首先是設(shè)備設(shè)計(jì)不合理或制造不精密。如側(cè)密封與爐排運(yùn)動(dòng)部分間隙過(guò)大，造成爐排兩側(cè)風(fēng)量偏大，而中間風(fēng)量偏小，為達(dá)到充分燃燒，抱著寧多勿缺的想法，增加過(guò)量空氣。其次是漏風(fēng)嚴(yán)重。鍋爐的漏風(fēng)部位很多，例如出渣口、爐排側(cè)密封、放灰門(mén)、爐門(mén)、檢查孔、窺視孔、爐墻、煙道裂縫等。鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中，司爐人員和操作人員往往會(huì)忽略這些。導(dǎo)致空氣過(guò)量系數(shù)大。危害嚴(yán)重，不僅增加煙氣量，加大排煙熱損失，灰渣粉塵多排放超標(biāo)，而且還會(huì)降低火焰溫度，降低鍋爐效率。

1.4 鍋爐水質(zhì)無(wú)法保障

雖然大多數(shù)使用單位都安裝了鈉離子交換器水處理設(shè)備，但仍會(huì)發(fā)現(xiàn)鍋筒結(jié)垢和腐蝕嚴(yán)重，分析原因主要有兩點(diǎn)：一是人為因素，在檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)多數(shù)使用單位管理制度不嚴(yán)，對(duì)水質(zhì)化驗(yàn)不重視，查看水質(zhì)化驗(yàn)記錄時(shí)，常見(jiàn)造假數(shù)據(jù)，導(dǎo)致化驗(yàn)記錄無(wú)法的反映真實(shí)的水質(zhì)質(zhì)量；另一個(gè)因素，鈉離子交換法有其自身的局限性，這種方法只能降低水的硬度，而水中的鹽、堿度只能通過(guò)排污的方法進(jìn)行。但排污不僅造成熱源浪費(fèi)、污染環(huán)境，與節(jié)能背道而馳，而且排污量通過(guò)人為操作很難掌控，導(dǎo)致水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)。

1.5 自動(dòng)化水平低下

檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在用的工業(yè)鍋爐尤其是10t/h以下的燃煤鍋爐，極少安裝運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表。由于缺少顯示和控制鍋爐參數(shù)的儀表，所以很難測(cè)定蒸汽（或給水）流量、過(guò)量空氣系數(shù)、爐渣含碳量、排煙溫度等經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)。工作人員無(wú)法對(duì)鍋爐運(yùn)行狀況作出準(zhǔn)確的判斷，在這種情況下實(shí)施手動(dòng)調(diào)節(jié)和操作，完全取決于工作人員素質(zhì)的高低，使得鍋爐常常不能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

1.6 鍋爐輔機(jī)不配套

鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓是根據(jù)鍋爐最大熱負(fù)荷選取，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是按最大燃料消耗量確定煙氣量，根據(jù)測(cè)試結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)，選取各部位的漏風(fēng)系數(shù)，即可得到煙囪底部的煙氣量，再加上10%的富裕系數(shù)，進(jìn)行選取。以上是理論上的選取方法，但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用時(shí)，會(huì)存在一些問(wèn)題：

1）鍋爐實(shí)際運(yùn)行的熱負(fù)荷通常低于選取鍋爐的額定熱負(fù)荷即最大熱負(fù)荷，這是前文提到的“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，造成主輔機(jī)不匹配，降低鍋爐效率。

2）企業(yè)所需熱負(fù)荷時(shí)時(shí)有變化，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行工況不穩(wěn)定。尤其對(duì)中小型的工業(yè)鍋爐，負(fù)荷變動(dòng)頻繁，風(fēng)機(jī)控制方法又比較落后，所需最大最小風(fēng)量懸殊，調(diào)風(fēng)操作不易掌控。

3）風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化大，偏離了風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)效率最高區(qū)域，因而風(fēng)機(jī)在低效率下運(yùn)行。功率因數(shù)低，電耗大，不利于節(jié)能。

2 工業(yè)鍋爐節(jié)能減排技術(shù)和方法

針對(duì)上述在檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鍋爐存在的問(wèn)題，一方面敦促使用單位加強(qiáng)鍋爐房管理，制定合理的操作技術(shù)規(guī)程，加大對(duì)工作人員的培訓(xùn)，熟練掌握操作技能，建立適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)懲機(jī)制，提升工作人員的責(zé)任感和使命感；另一方面檢驗(yàn)單位人員對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行真實(shí)的分析和評(píng)價(jià)，提出合理的節(jié)能建議和意見(jiàn)。

通過(guò)分析大量的技術(shù)資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)節(jié)能減排的方法和技術(shù)

2.1 額定效率須與所需要的熱負(fù)荷匹配

1）如果鍋爐房?jī)?nèi)有多臺(tái)不同容量或型號(hào)的鍋爐可根據(jù)高峰負(fù)荷、低峰負(fù)荷不同設(shè)定多種組合方案，擇優(yōu)開(kāi)爐。

2）發(fā)展集中供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)。近年來(lái)，鞍鋼逐步完成了用燃燒高爐煤氣鍋爐替代原有燃油和燃煤鍋爐。既有效利用公司二次能源減少外購(gòu)動(dòng)力煤，又減少燃煤及高爐煤氣放散造成的環(huán)境污染。同時(shí)新建鍋爐及發(fā)電機(jī)組選用高壓參數(shù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)中央電站由中壓參數(shù)向高壓參數(shù)升級(jí)，大大提高了電廠熱效率。2007年建成的燃燒低熱值高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，最大發(fā)電量可達(dá)30萬(wàn)kW·h，設(shè)計(jì)年發(fā)電量達(dá)20億kW·h以上，可將鞍鋼剩余高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣全部回收發(fā)電。鞍鋼進(jìn)行的熱電聯(lián)產(chǎn)改造項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)明顯，效果顯著。

3）采用并聯(lián)蓄熱器技術(shù)。蓄熱器是用來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷波動(dòng)的，當(dāng)負(fù)荷低時(shí)儲(chǔ)備富裕熱量，負(fù)荷高時(shí)可釋放熱量，滿(mǎn)足生產(chǎn)、生活需要，所以在選擇鍋爐容量時(shí)，只需按平均負(fù)荷選配就可以。最大程度的保證鍋爐使用熱效率。而且若企業(yè)生產(chǎn)需要鍋爐少量增容，增設(shè)蓄熱器可相應(yīng)擴(kuò)大鍋爐容量投資相對(duì)較少。蓄熱器是一項(xiàng)較成熟的技術(shù)，國(guó)外應(yīng)用廣泛，節(jié)能減排效果顯著，國(guó)內(nèi)也投產(chǎn)了一些，效果同樣好，之所以未得到廣泛應(yīng)用是由于對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的不了解，習(xí)慣于按最大負(fù)荷選擇鍋爐容量。如果這項(xiàng)技術(shù)能夠得到推廣應(yīng)用將提高鍋爐熱效率4%～6%，節(jié)省燃料5%～15%[4]。

2.2 分層給煤技術(shù)

針對(duì)工業(yè)鍋爐原煤、散煤煤屑太多的實(shí)際情況，傳統(tǒng)的斗式給煤漏煤、飛灰嚴(yán)重，煤層密實(shí)，燃燒困難，未充分燃燒熱損失大。分層給煤技術(shù)利用重力差使煤能夠按照顆粒度大小，層層覆蓋（下大上?。鶆虿贾迷跔t排上，克服傳統(tǒng)給煤弊端，且技術(shù)成熟，改造成本低，可使使用單位比較容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐節(jié)能減排的目的。表1是鞍鋼礦業(yè)弓礦動(dòng)力廠一臺(tái)10t/h的蒸汽鍋爐安裝分層給煤設(shè)備前后的測(cè)試數(shù)據(jù)：

表1 SHL10-1.25-AⅡ安裝分層給煤設(shè)備前后數(shù)據(jù)對(duì)比

由表1看出運(yùn)用分層給煤技術(shù)后，鍋爐熱效率提高近20%。分層給煤設(shè)備投資約20萬(wàn)，每天節(jié)煤4t，按一年運(yùn)行300天計(jì)算，年節(jié)煤1200t，經(jīng)計(jì)算僅在購(gòu)煤環(huán)節(jié)節(jié)約成本達(dá)36萬(wàn)元，相當(dāng)于7個(gè)月就回收投資成本，所以說(shuō)分層給煤技術(shù)是投資少見(jiàn)效快的節(jié)能改造項(xiàng)目。

2.3 實(shí)踐和理論相結(jié)合降低過(guò)量空氣系數(shù)

目前工業(yè)鍋爐缺乏對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)有效的監(jiān)測(cè)手段，因此在實(shí)際工作中工作人員可以用檢測(cè)計(jì)算與實(shí)踐相結(jié)合的方式優(yōu)選最佳過(guò)量空氣系數(shù)。通過(guò)采集爐膛出口煙氣分析結(jié)果利用公式計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù)，此外，鍋爐工作者和司爐工還可總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用目測(cè)法進(jìn)行空氣系數(shù)判斷：如燃燒區(qū)的火焰呈亮橘黃色，煙氣呈灰白色，表明系數(shù)相當(dāng)；如火焰呈刺眼白色，煙氣呈白色，則系數(shù)偏大；煙氣呈淡黑色，則表明空氣量不足[5]。由此可見(jiàn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，方能解決實(shí)際存在的問(wèn)題。

2.4 反滲透水處理方法應(yīng)用

反滲透水處理方法的就是利用理想的半透膜將純水和鹽水進(jìn)行隔離，由于膜孔直徑很小，在固定的壓力下，水分子能夠滲透，但水中的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物或細(xì)菌等則不能通過(guò)滲透膜。采用這種方法能夠使純水和濃縮水進(jìn)行嚴(yán)格的分離。表2[6]是某廠由傳統(tǒng)納離子交換法改造為反滲透水處理方法的應(yīng)用實(shí)例。

表2 鈉法與反滲透法水處理有關(guān)指標(biāo)對(duì)比

由表2可看出，反滲透法投資成本略高于鈉法，但因其排污率平均下降近20%，經(jīng)計(jì)算本廠節(jié)水成本為8.775萬(wàn)元，此外考慮到提高鍋爐效率、減少的運(yùn)行成本、減少人員、提高煙氣脫硫效率所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，短時(shí)間內(nèi)即可收回成本。因此反滲透水處理方法不僅可以去除硬度還可去鹽、堿度，克服傳統(tǒng)水處理方法的不足，還能夠做到無(wú)垢運(yùn)行，排污率1%以下，減少熱量損失和環(huán)境污染，即安全又經(jīng)濟(jì)，自動(dòng)化性能高，操作簡(jiǎn)單，是工業(yè)鍋爐水處理的發(fā)展趨勢(shì)。

2.5 引進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸滲入工業(yè)領(lǐng)域，微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于鍋爐的水位、氣壓、風(fēng)量、風(fēng)壓、燃料消耗等系數(shù)值進(jìn)行處理形成工業(yè)鍋爐計(jì)算控制系統(tǒng)，不僅對(duì)節(jié)能產(chǎn)生巨大幫助，同時(shí)也奠定了工業(yè)鍋爐使用的安全基礎(chǔ)。

2.6 鍋爐輔機(jī)節(jié)電改造

采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)量或出水量的大小。此技術(shù)成熟，通過(guò)很多企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，尤其在電價(jià)上漲的情況下，更顯優(yōu)越性，工業(yè)鍋爐尤其是中小型工業(yè)鍋爐多為手動(dòng)控制，操作繁瑣不及時(shí)、不準(zhǔn)確，受人為因素影響大，當(dāng)采用變頻技術(shù)后，這些問(wèn)題迎刃而解。

3 結(jié)論

工業(yè)鍋爐節(jié)能節(jié)能減排是一個(gè)很大的課題，節(jié)能減排技術(shù)還有很多，本文也僅是檢驗(yàn)工作的角度總結(jié)歸納一些方法和技術(shù)，工業(yè)鍋爐節(jié)能減排空間很大、任重道遠(yuǎn)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)鍋爐節(jié)能減排技術(shù)會(huì)不斷提高，設(shè)計(jì)改造成本降低，能夠使企業(yè)更容易接受。

1 朱森林,楊潔.工業(yè)鍋爐存在的弊端及節(jié)能減排對(duì)策[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)化.2012,12(7).

2 劉茂俊.燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)煤實(shí)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社.2012.

3 許伯俊.反滲透水處理技術(shù)在鍋爐中的應(yīng)用[J].節(jié)能.2008.(9).

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5 于慧君.通過(guò)能效測(cè)試分析鍋爐耗能有關(guān)問(wèn)題[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2012,28(9):59～60.

6 董亞民.工業(yè)鍋爐能效測(cè)試中相關(guān)問(wèn)題的探討[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2011,27(2):58～59.