關(guān)于鍋爐節(jié)能減排技術(shù)及實踐的探討

孫少辰 劉 鐸 劉 剛 趙華楠 楊銘斯

（1.沈陽特種設(shè)備檢驗研究院 2.大連理工大學化工學院）

0 引言

特種設(shè)備是指涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、游樂設(shè)施、客運索道、場 （廠）內(nèi)機動車輛等設(shè)備設(shè)施，是國民經(jīng)濟和人民生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國現(xiàn)有持制造和安裝特種設(shè)備許可證的企業(yè)有：鍋爐2千多家、壓力容器2千多家、壓力管道1千多家、電梯2千多家、起重機械2千多家、游樂設(shè)施100多家[1]。

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，特種設(shè)備設(shè)施與人們之間的關(guān)系越來越密切，其所面臨的問題也越來越嚴重。在國家提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下，特種設(shè)備的節(jié)能減排形勢不容樂觀。工業(yè)鍋爐是最典型的特種設(shè)備，其與工業(yè)經(jīng)濟和人民生活息息相關(guān)。本文將對工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排技術(shù)和實踐方面的問題加以分析。

1 我國鍋爐節(jié)能減排現(xiàn)狀

節(jié)能是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針。黨的十六屆五中全會通過了 《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》，提出了實現(xiàn)單位GDP能耗降低20%的約束性目標，部署了十大重點節(jié)能工程，其中，燃煤工業(yè)鍋爐 （窯爐）的節(jié)能改造被列為了首項重點節(jié)能工程[2]。

我國工業(yè)鍋爐制造業(yè)已經(jīng)形成了自己的產(chǎn)品型譜，有數(shù)十家設(shè)計生產(chǎn)水平比較高的企業(yè)具有新產(chǎn)品開發(fā)能力，整個行業(yè)具備年產(chǎn)15～18萬蒸噸的能力。但單機容量小，平均不足4 t/h（日本5 t/h、美國14 t/h），且以燃煤為主 （國外≤20 t/h的工業(yè)鍋爐以燃油燃氣為主），運行效率低。因此，大容量、高效率、低排放是我國工業(yè)鍋爐發(fā)展的必然要求和主要趨勢[3]。

由于我國鍋爐的設(shè)計、制造、使用環(huán)節(jié)中，操作性強的節(jié)能法規(guī)、標準不多，使用和管理水平普遍較低，造成鍋爐熱效率總體不高，能源浪費嚴重，其中工業(yè)鍋爐尤為突出。我國燃煤工業(yè)鍋爐的平均實際熱效率僅為62%，而工業(yè)國家平均為80%以上。如采取切實有效的措施，使其平均熱效率提高10%，每年就可節(jié)約標準煤4300萬t以上。

2 遼寧工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀與存在的問題

據(jù)遼寧質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，目前遼寧省安全監(jiān)察范圍內(nèi)在用鍋爐32 014臺，其中燃煤鍋爐有29 470臺，燃油鍋爐470臺，燃氣鍋爐1864臺，還有其他類型鍋爐210臺。

由于油和氣在燃燒過程中燃燒效率較高、熱損失少、節(jié)能空間有限，因而本文不將燃油鍋爐和燃氣鍋爐作為分析重點。分析重點是當前應(yīng)用中占大多數(shù)、節(jié)能空間較大的燃煤鍋爐。下文將從容量數(shù)量、使用和運行三個方面分析遼寧省燃煤工業(yè)鍋爐的概況以及存在的問題。

2.1 從容量數(shù)量的角度分析

從數(shù)量的角度考慮，可以找到節(jié)能工作的重點；從容量的角度考慮，可以明確節(jié)能潛力的大小。綜合以往的數(shù)據(jù)可以得到如下的情況：

容量小于2.8 MW的熱水鍋爐數(shù)量占37.62%，容量占10.93%；蒸發(fā)量小于4 t/h的蒸汽鍋爐數(shù)量占65.61%，容量占12.24%。根據(jù)目前的數(shù)量分析，這一容量區(qū)間和蒸發(fā)量區(qū)間中的鍋爐，點多面廣，熱效率低。其中，熱水鍋爐單臺供暖面積小，蒸汽鍋爐生產(chǎn)負荷不穩(wěn)定，基礎(chǔ)條件差，設(shè)備普遍運行時間長。因此該區(qū)間內(nèi)的鍋爐節(jié)能工作的重點應(yīng)以更新、替代低效率鍋爐和推廣熱電聯(lián)產(chǎn)為主。

容量大于29 MW的熱水鍋爐數(shù)量上占0.72%，容量上占12.64%，蒸發(fā)量在75 t/h以上的蒸汽鍋爐在數(shù)量和容量上分別占0.71%和29.88%。該區(qū)間的鍋爐其設(shè)備狀況較好，管理水平相對較高，實際熱效率和設(shè)計熱效率相差不大，主要任務(wù)就是在運行操作環(huán)節(jié)中注重設(shè)備的保養(yǎng)。

容量在2.8～29 MW的熱水鍋爐和蒸發(fā)量在4～75 t/h的蒸汽鍋爐應(yīng)是節(jié)能監(jiān)管的重點對象。該區(qū)間的鍋爐平均熱效率為60%～65%，經(jīng)過局部節(jié)能改進 （改造），實際熱效率會有明顯的提高。

綜合以上的分析，我們應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)鍋爐容量、數(shù)量分布的不同情況，確定工作重點，實施重點突破。

2.2 從使用方式上分析

由圖1可以看出，在燃燒方式上遼寧省工業(yè)鍋爐主要以層燃爐為主，室燃爐和沸騰爐的數(shù)量較少。由于室燃爐和沸騰爐的燃燒效率較高，節(jié)能空間不大，因此工作重點應(yīng)放在層燃爐上，尤其以鏈條爐為主。

圖1 按鍋爐燃燒方式分類

圖2所示為按鍋爐用途分類的情況。由于遼寧省發(fā)電鍋爐數(shù)量所占比例非常小，且發(fā)電鍋爐熱效率已較高，節(jié)能潛力不大，所以工作重點應(yīng)集中在生產(chǎn)、生活用鍋爐上。

圖2 按鍋爐用途分類

水是鍋爐運行中的重要物質(zhì)載體，對爐中水的處理也是鍋爐使用管理的重要環(huán)節(jié)。有些鍋爐為了保持鍋內(nèi)較好的水質(zhì)，在鍋爐水的處理過程中，常采用增大排污率的做法，從而使得大量熱能白白流失。目前，遼寧省鍋爐的水處理情況如圖3所示。

圖3 水處理情況

2.3 從運行管理上分析

由圖4可知，目前工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)對于鍋爐的節(jié)能減排態(tài)度大致可以分為三類：有的企業(yè)對鍋爐運行根本沒有節(jié)能意識；有的企業(yè)節(jié)能意識強烈，但是苦于沒有資金；還有一些企業(yè)有節(jié)能意識，也有資金，很想改進自身的設(shè)備以達到節(jié)能的目的，但是苦于沒有技術(shù)，不知道從何入手。

圖4 工業(yè)鍋爐抽樣調(diào)查合格率

綜上所述，造成遼寧省工業(yè)鍋爐效率過低的原因是多方面的。盡管存在設(shè)計、制造環(huán)節(jié)不足這一先天的原因，但運行管理水平低還是主要原因。只有把加強工業(yè)鍋爐運行環(huán)節(jié)操作人員的培訓和運行監(jiān)管作為工作重點，解決運行管理中存在的問題，才能夠顯著提高運行效率。

3 工業(yè)鍋爐節(jié)能主要技術(shù)措施

針對前面提到的問題，下面從四個方面介紹工業(yè)鍋爐節(jié)能的主要技術(shù)措施，包括工業(yè)鍋爐節(jié)能改造、水處理達標、司爐人員培訓和鍋爐用煤。

3.1 工業(yè)鍋爐節(jié)能改造

工業(yè)鍋爐節(jié)能改造的目的：就是提高爐子的效率，提高鍋爐的出力。鍋爐節(jié)能改造應(yīng)達到四個方面要求：效能——保產(chǎn)保暖，可靠——安全耐用，經(jīng)濟——節(jié)能省材，環(huán)?！麩煶龎m。遵循工業(yè)節(jié)能改造的原則：改爐不動鍋，能小改決不大改。

影響工業(yè)鍋爐節(jié)能的因素很多，只有對存在問題正確判斷，結(jié)合實際情況，采用節(jié)能改造技術(shù)，才能達到預期效果。以下是一些應(yīng)用于層燃工業(yè)鍋爐的節(jié)能改造技術(shù)：鍋爐更新、給煤裝置節(jié)能改造、爐拱節(jié)能改造、燃煤系統(tǒng)節(jié)能改造、尾部受熱面節(jié)能改造、鍋爐輔機系統(tǒng)節(jié)能改造、層燃鍋爐改造成循環(huán)流化床鍋爐、控制系統(tǒng)節(jié)能改造等。

鍋爐新產(chǎn)品應(yīng)考慮采用以下技術(shù)：水火管鍋爐采用螺紋煙管、拱形管板，使鍋爐的鋼耗進一步下降；有條件的、達到一定容量的鍋爐，盡量采用膜式水冷壁，這樣不但可明顯提高鍋爐的整體密封性，同時還可節(jié)省鋼材；鍋爐本體盡量采用自支撐結(jié)構(gòu)，以減少鋼耗；鍋爐的配套輔機盡量選用低能耗、低噪聲的節(jié)能產(chǎn)品；鍋爐能效監(jiān)測儀表應(yīng)齊全；盡量采用尾部受熱面，如在出口煙道上設(shè)置簡易的換熱器；應(yīng)在尾部考慮吹灰措施；設(shè)計與煤種相匹配的拱形，并配合二次風裝置，這樣既有利于組織良好的燃燒，而且還能減少污染物的排放。

3.2 水處理達標

鍋爐水處理是一個重要的生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)節(jié)，對于水處理的改造主要可以從下述幾方面入手。

（1）合理選型，避免出現(xiàn) “頭疼醫(yī)腳”現(xiàn)象。水處理要根據(jù)爐型、當?shù)厮|(zhì)合理選配水處理設(shè)備。蒸汽鍋爐應(yīng)盡量采用爐外水處理，如采用離子交換法，重點除去水中硬度；熱水鍋爐應(yīng)考慮除氧、除污和防丟水。

（2）水處理人員須持證上崗，以保證水處理設(shè)備正確操作、維護。鍋爐水處理人員應(yīng)當按照安全技術(shù)規(guī)范的要求，經(jīng)考核合格，方可從事鍋爐水處理作業(yè)。

（3）監(jiān)測水垢厚度，選擇合理的除垢方法。應(yīng)當盡量采用機械方法除垢，采用化學清洗除垢的，應(yīng)由專業(yè)單位進行。

3.3 司爐人員培訓

當前遼寧大多數(shù)工業(yè)企業(yè)中，司爐人員大部分沒有經(jīng)過全面系統(tǒng)的技術(shù)學習和培訓，缺乏對鍋爐基礎(chǔ)知識的了解。很多運行人員不具備觀察火床、火焰燃燒狀態(tài)，查看煤質(zhì)、煙色，判斷燃燒產(chǎn)物、燃燼程度、過剩空氣系數(shù)大小等經(jīng)驗性知識，尤其對有關(guān)燃燒調(diào)整、選擇合理運行方式等規(guī)律性的東西更是不甚清楚。

在當前鍋爐儀表不全、自動控制水平低、煤質(zhì)多變的現(xiàn)實情況下，提高鍋爐運行人員的操作技能就顯得非常必要。重點培訓內(nèi)容應(yīng)包括鍋爐基礎(chǔ)知識、設(shè)備性能、燃燒調(diào)整、水處理和規(guī)章制度。

3.4 鍋爐用煤措施

目前工業(yè)鍋爐以燃用散煤為主，清潔燃料比重小。煤炭工業(yè)能夠提供的經(jīng)過洗選和篩分的燃煤比例不到原煤供應(yīng)的20%，而且主要用于煉焦行業(yè)，用于工業(yè)鍋爐的動力配煤的比例極低。目前，不同類型的工業(yè)鍋爐基本上都適合于燃燒特定尺寸的粒煤。但鏈條爐排鍋爐燃用的散煤是由不同粒度的煤混合而成的，許多粘結(jié)性、結(jié)焦性很強的煤也被用于鏈條鍋爐。這些煤在入爐過程中受熱膨脹，隨即粘結(jié)在鏈條上，阻礙了空氣暢通。

基于此，應(yīng)該從國家能源戰(zhàn)略管理和技術(shù)管理的角度規(guī)范各行業(yè)的燃料消費政策，具體來講可從以下幾方面入手[4]：

（1）城市生活鍋爐以燃用清潔燃料為主，新能源為輔，如燃用油品和天然氣、煤氣、液化氣等清潔燃料，輔之以太陽能等新能源；

（2）城鎮(zhèn)生活鍋爐以燃用生物質(zhì)可再生燃料為主，如燃用生物質(zhì)顆粒燃料，推廣應(yīng)用太陽能等；

（3）城市工業(yè)鍋爐以燃用動力配煤 (按粒度分級供應(yīng))為主；

（4）大容量的集中供熱熱水鍋爐允許使用爐前篩分和成型的混煤配煤；

（5）根據(jù)本地區(qū)資源條件推廣潔凈煤技術(shù)的應(yīng)用，目前型煤、水煤漿、煤炭液化、煤炭氣化等加工技術(shù)已基本成熟。

4 總結(jié)與展望

盡管煤炭不像石油和天然氣那樣燃燒值高、便于運輸，但中國煤炭資源豐富，易于獲得，所以煤炭仍然是我國能源消耗的主力軍。工業(yè)化和城市化發(fā)展也會極大地促進燃煤鍋爐的發(fā)展，所以應(yīng)積極推廣高效燃燒與污染控制的一體化技術(shù)，建立先進燃煤技術(shù)的評價標準。只有提高系統(tǒng)節(jié)能集成優(yōu)化技術(shù)水平，才能實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的高效潔凈運行。工業(yè)鍋爐的發(fā)展不是簡單的技術(shù)問題，而是一個戰(zhàn)略管理和機制問題。工業(yè)鍋爐新技術(shù)是否被行業(yè)和用戶所采用，不僅是技術(shù)本身的問題，而且還要考慮用戶的經(jīng)濟承受能力。工業(yè)鍋爐節(jié)能要靠社會力量共同來完成。

工業(yè)鍋爐節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，既涉及工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的設(shè)置、產(chǎn)品的設(shè)計、制造、安裝、使用、維修、改造、檢驗以及能效測試等各環(huán)節(jié)，也涉及政府工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)管部門、檢驗檢測機構(gòu)、制造單位、安裝改造維修單位、使用單位以及其他政府部門等相關(guān)方。因此，需要進一步加強與有關(guān)部門溝通，爭取他們理解、支持和配合，形成 “政府推動、部門聯(lián)動、企業(yè)主動、技術(shù)機構(gòu)提供技術(shù)支撐、社會相關(guān)方共同參與”的工業(yè)鍋爐節(jié)能多元共治格局。

[1]丁克勤，胡斌，葛森.特種設(shè)備安全檢測技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [A].第九屆全國無損檢測新技術(shù)學術(shù)研討會[C].寧波：2004：1-10.

[2]趙欽新，王善武.我國工業(yè)鍋爐未來發(fā)展分析 [J].工業(yè)鍋爐，2007(1)：1-9.

[3]陳鋼，陶雪榮，丁克勤.特種設(shè)備安全科技發(fā)展戰(zhàn)略研究報告 [A].特種設(shè)備安全國際論壇 [C].北京:2009：12-26.

[4]魏力軍.實現(xiàn)燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗的措施和途徑 [J].電器工業(yè)，2006(9)：50-54.