節(jié)能新技術(shù)在工業(yè)鍋爐燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳建芳

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)電處特種設(shè)備檢驗(yàn)所，山西太原030053)

實(shí)際生產(chǎn)生活中，社會(huì)的節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)導(dǎo)致用能浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，另外節(jié)能資金投入不足，節(jié)能監(jiān)督管理體制、機(jī)制不健全，節(jié)能技術(shù)改造相對(duì)滯后。提高能源利用效率以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，滿足人民群眾生活需要成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的重要課題。

1 工程概況

針對(duì)西山煤電集團(tuán)實(shí)際工況，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能號(hào)召，對(duì)集團(tuán)所屬用能鍋爐改造十分必要。受山西西山煤電集團(tuán)委托，北京中煤神州節(jié)能環(huán)保技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司分別用兩年時(shí)間在西山煤電集團(tuán)所屬6 個(gè)礦中11 臺(tái)共計(jì)108 蒸噸燃煤鍋爐進(jìn)行了鍋爐高效燃燒技術(shù)改造。

2 鍋爐高效燃燒技術(shù)特點(diǎn)

鍋爐高效燃燒技術(shù)是一項(xiàng)全新的燃燒技術(shù)，它是一種把高新材料技術(shù)與鍋爐綜合技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。從爐膛內(nèi)部改造入手，在燃燒室內(nèi)應(yīng)用高新材料做成的功能耐火磚及制品，應(yīng)用多種化學(xué)、物理原理，強(qiáng)化燃燒反應(yīng)，改變?nèi)紵怀浞?、不完全狀況的一種全新的高效潔凈燃燒方式，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。功能材料針對(duì)鏈條鍋爐弊病，從多種功能上對(duì)鍋爐燃燒區(qū)施以綜合作用，改變其燃燒方式的狀態(tài)。

1)促進(jìn)了新煤點(diǎn)燃。功能材料的蓄熱功能使得功能材料的溫度高于原筑爐材料(高100℃ ～200℃)。高溫的功能材料形成了對(duì)新燃煤層強(qiáng)烈的熱輻射，縮短了點(diǎn)火時(shí)間，提高了對(duì)不同煤種、煤質(zhì)變化的適應(yīng)性。

2)強(qiáng)化燃燒。由于功能材料的蓄熱功能和強(qiáng)烈燃燒熱輻射，提高了爐膛中火焰的充滿度和均勻度，從而提高爐溫，改善了燃燒工況。同時(shí)功能材料促進(jìn)了煤的熱解，使碳黑粒子、氫、甲烷、一氧化碳等可燃物與助燃的氧提高了活性，使化學(xué)反應(yīng)加快。功能磚的安裝強(qiáng)化了熱動(dòng)力場(chǎng)，從而提高了燃燒效率和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了高效燃燒。

3)實(shí)現(xiàn)燃盡。由于功能材料的表面吸附作用和孔道呼吸作用，使可燃顆粒物和可燃?xì)怏w被吸附或被吸入孔道實(shí)現(xiàn)二次燃燒。在側(cè)墻橫向功能風(fēng)的作用下，優(yōu)化了爐膛內(nèi)的動(dòng)力風(fēng)。爐排上一次風(fēng)主氣流由直流變成湍流，延長(zhǎng)了可燃物在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。另外從功能孔道吹入適量的新鮮空氣，補(bǔ)充了氧氣，解決了主燃區(qū)缺氧問(wèn)題，并使可燃物與氧氣充分混合。由于功能風(fēng)經(jīng)過(guò)預(yù)熱，產(chǎn)生了熱氧效應(yīng)。高的溫度、充分的時(shí)間和助燃的氧氣這三個(gè)條件實(shí)現(xiàn)了燃盡。

4)實(shí)現(xiàn)減排及部分脫硫，改造后林格曼黑度小于1，煙氣中煙塵排放量由于碳黑粒子充分燃盡而大幅度減少。SO2排放也有一部分在功能材料脫硫觸媒的作用下與燃煤灰分中的氧化物化合形成鈣化爐渣。

3 技術(shù)分析

鍋爐本身作為一種燃燒形式的設(shè)備，其運(yùn)行期間就是通過(guò)進(jìn)行燃燒的方式達(dá)到能量轉(zhuǎn)換目的。鍋爐是否能夠充分地將煤炭燃盡，最大限度地對(duì)熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用，保持極高的穩(wěn)定性，就成為了鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵所在。鍋爐運(yùn)行期間多方面問(wèn)題的出現(xiàn)，主要是由于鍋爐本身的燃燒狀況較差，所呈現(xiàn)出的熱交換也極不合理等方面因素所導(dǎo)致。鍋爐本身燃燒的效率高低、爐床在對(duì)煤炭燃燒熱能所采取的對(duì)流管吸收措施是否能夠最大限度地傳遞到汽包之中，實(shí)際上都和鍋爐中的爐拱布置工作有著直接聯(lián)系。參照原爐拱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以看出，本工程鍋爐沿用傳統(tǒng)的熱反射理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，爐拱的設(shè)計(jì)布置不合理，仍為短而高拋物線拱，當(dāng)煤被點(diǎn)燃后，溫度傳到爐拱上，靠前后拱的熱輻射來(lái)達(dá)到熱傳遞目的。但熱的反射要求反射面(爐拱盡可能光滑)，當(dāng)施工不太光滑時(shí)，反射效率降低。加之鍋爐運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，爐拱都已破壞，使熱反射效率更低。所以當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，后部煤不能得到其所需的點(diǎn)燃熱而出現(xiàn)斷火，爐膛溫度也因?yàn)橥瑯釉蚨档停瑹醾鲗?dǎo)不充分，導(dǎo)致鍋爐的產(chǎn)汽量和熱效率降低。由于爐膛不能很好地燃燒，所以煤在爐膛內(nèi)就不能燃盡，造成煤渣含碳量增高，造成輕質(zhì)未完全燃燒的煤粒隨煙氣從煙筒中排出，造成煙氣黑度和排塵量增加。爐膛燃燒不好，熱傳遞不良，也造成了鍋爐燃燒的煤種適應(yīng)性差。至于爐膛中帶狀燃燒，是由于配風(fēng)不合理造成的。

4 技術(shù)改造方案及實(shí)施

4.1 改造方案

本工程鍋爐的改造方案主要有兩方面:首先要針對(duì)鍋爐內(nèi)部爐拱進(jìn)行改造，直接將原本短小并且拋物線高度較大的內(nèi)部前后拱，改造成為拋物線低、長(zhǎng)度大的雙人字形式爐拱，如此以來(lái)，就促使原本的傳熱形式直接從之前的低效率反射傳熱形式轉(zhuǎn)變成為了輻射傳熱形式，極大地提升了傳熱效率。其次，要針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)加以改造，采取通風(fēng)能力更加強(qiáng)勁的風(fēng)機(jī)，進(jìn)行更換，促使風(fēng)煤之間的比率能夠保持相對(duì)的平衡。最后，應(yīng)當(dāng)對(duì)鍋爐本身的風(fēng)室系統(tǒng)進(jìn)行重新布置，保證配風(fēng)形式更加合理，確保爐膛本身能夠處在一個(gè)極為均勻的燃燒狀態(tài)之下。

4.2 技術(shù)原理

前拱在鍋爐之中的內(nèi)部作用實(shí)際上就是引燃煤，而在煤本身被點(diǎn)燃之后，便會(huì)直接隨著爐排來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中引燃的煤灰逐漸地向后進(jìn)行推進(jìn)，新添入到其中的煤能夠持續(xù)不斷地被點(diǎn)燃。這其中主要的運(yùn)作原理就是依靠燃煤對(duì)于前拱所起到的相應(yīng)熱傳導(dǎo)效果，其熱能會(huì)經(jīng)過(guò)爐拱作用影響后，重新傳遞到新的燃煤層之上。拱本身在煤燃燒過(guò)程中所呈現(xiàn)出的熱能傳遞效率就有著至關(guān)重要的作用。而后拱所起到的作用便是燃燒，其也被稱之為燃燒拱，后拱的主要作用就是將主燃區(qū)域所吸收到的相應(yīng)熱能直接傳遞到煤層之中，促使煤層能夠保持更加旺盛的燃燒狀態(tài)。并且將主燃區(qū)的高溫?zé)煔鈱?dǎo)回預(yù)燃區(qū)，增加預(yù)燃區(qū)的溫度，進(jìn)一步促進(jìn)點(diǎn)火。

4.3 改造方案的實(shí)施

①加長(zhǎng)壓低前后拱。將原爐拱拆除，按新設(shè)計(jì)的爐拱進(jìn)行重新澆注。②更換引風(fēng)機(jī)。使?fàn)t膛負(fù)壓保持一定，避免鍋爐正壓燃燒。③風(fēng)室的重新布置。將原風(fēng)室增加合適的導(dǎo)流裝置，使?fàn)t膛燃燒更均勻。另外要注意，在澆注爐拱時(shí)必須精心施工以免塌拱事故發(fā)生。在加導(dǎo)流板時(shí)必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行，且焊接必須牢固，以免形成新的帶狀、窩狀燃燒。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)過(guò)采用燃煤鍋爐高效燃燒技術(shù)改造后，集團(tuán)所屬11 臺(tái)鍋爐經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行考察，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐節(jié)能效果非常明顯，普遍熱效率提高約10%，經(jīng)改造后鍋爐平均熱效率為73%，爐渣含碳量控制在6% ～8%，基本上達(dá)到了鍋爐改造前的預(yù)期。改造后的鍋爐呈三個(gè)特點(diǎn):①火焰清亮，火焰中不再有數(shù)量眾多的火星、飛灰。②火焰均勻發(fā)紅白，充滿度高，火力非常強(qiáng)。③煤層減薄，煤層厚度在同樣出力下，同樣負(fù)荷下只有改造前的70% ～80%，節(jié)煤效果顯著。在鍋爐側(cè)面增加了二次熱風(fēng)，同時(shí)采用空氣預(yù)熱器提高二次風(fēng)溫度，大大加強(qiáng)了爐內(nèi)燃燒的效果。改造回收期也在預(yù)期時(shí)間內(nèi)。節(jié)能效益以1 臺(tái)10 噸爐為例:投資25 萬(wàn)，共10 蒸噸。每蒸噸每小時(shí)耗煤160 kg，每天工作22 h，供暖天數(shù)按150 d，節(jié)煤10%計(jì)算可節(jié)省528 t。每噸煤400 元，節(jié)省21.12 萬(wàn)元，投資回收期178 d。兩年改造11 臺(tái)，按110 蒸噸計(jì)，投資275 萬(wàn)，150 d 節(jié)煤約5 808 t(232.32 萬(wàn)元)，不到6 個(gè)月即可收回投資。

6 結(jié)語(yǔ)

要想樹(shù)立良好的國(guó)家形象和企業(yè)品牌，就必須勇于承擔(dān)相應(yīng)的具有約束力的減排責(zé)任，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制企業(yè)的能源使用和污染排放，加快先進(jìn)適用技術(shù)推廣應(yīng)用。節(jié)能減排是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀;是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇;是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式的必由之路;只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

［1］顏曙光.淺析工業(yè)鍋爐節(jié)能減排［J］.中小企業(yè)管理與科技，2009(6).

［2］夏潔. 工業(yè)鍋爐節(jié)能的幾種措施［J］. 甘肅科技縱橫，2009(2).