工業(yè)鍋爐節(jié)能減排技術(shù)探究

叢成龍　王毅娟

【摘要】工業(yè)鍋爐是一項(xiàng)重要的設(shè)備，研究其節(jié)能減排技術(shù)意義深遠(yuǎn)。本文首先分析了工業(yè)鍋爐高能耗的相關(guān)問(wèn)題，然后深入探究了影響工業(yè)鍋爐效能的主要因素，最后結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了降低工業(yè)鍋爐能耗，提升鍋爐節(jié)能減排的措施。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)鍋爐；節(jié)能減排；技術(shù)

一、前言

在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)鍋爐的應(yīng)用十分廣泛。工業(yè)鍋爐作為能耗較大的特種設(shè)備，已被國(guó)務(wù)院列入“高耗能特種設(shè)備”目錄，對(duì)其監(jiān)管提出了明確要求。通過(guò)多年來(lái)的一線工作，在對(duì)1000余臺(tái)鍋爐進(jìn)行熱工測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，深入研究了工業(yè)鍋爐的能耗現(xiàn)狀與節(jié)能措施。研究成果將會(huì)對(duì)降低能耗、節(jié)省燃料成本、優(yōu)化環(huán)境等方面起到積極推動(dòng)作用。

二、工業(yè)鍋爐高能耗的問(wèn)題分析

1.工業(yè)鍋爐自控水平較低

我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐多為開(kāi)環(huán)控制，不能根據(jù)外界用能變化自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，使鍋爐的燃燒和運(yùn)行調(diào)整變得難以操作和掌握。另外，在用工業(yè)鍋爐普遍存在未配置運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表，監(jiān)測(cè)儀表不全或者失靈等問(wèn)題，操作人員在調(diào)整鍋爐燃燒工況以及負(fù)荷變化時(shí)，往往由于運(yùn)行人員缺少數(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，造成鍋爐、電機(jī)運(yùn)行效率受到限制，無(wú)法使鍋爐處于最佳工況運(yùn)行，形成嚴(yán)重浪費(fèi)。

2.使用煤種與爐型要求不匹配，造成燃煤著火、燃盡困難

燃煤工業(yè)鍋爐是按一定煤種設(shè)計(jì)，只有當(dāng)燃用與設(shè)計(jì)煤種性能匹配時(shí)，鍋爐運(yùn)行才能處于較好狀態(tài)。而我國(guó)供應(yīng)的燃煤大多數(shù)是原煤，沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工處理并且煤質(zhì)差別很大，燃煤粒度、熱值、灰分等經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致煤種與爐型不適應(yīng)，著火困難，熱值往往低于鍋爐的設(shè)計(jì)熱值。以層燃燃燒為主要燃燒方式的鍋爐難以適應(yīng)此種燃料，使得鍋爐輸出功率降低，燃燒不完全，熱效率下降，污染嚴(yán)重。

3.鍋爐水質(zhì)普遍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)水垢現(xiàn)象嚴(yán)重

按照GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蒸汽鍋爐、承壓熱水鍋爐的給水應(yīng)采用鍋外化學(xué)處理，然而，目前很大一部分工業(yè)鍋爐沒(méi)用使用水處理設(shè)備，工業(yè)鍋爐水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。鍋爐采用的天然水中含有鈣、鎂、氯等離子以及溶解氧，進(jìn)入鍋爐后會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢、腐蝕、汽水共騰等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成鍋爐使用不安全、壽命縮短，浪費(fèi)大量人力、財(cái)力等。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，鍋爐每結(jié)生水垢1mm，浪費(fèi)燃料5%～8%。我國(guó)現(xiàn)有在用工業(yè)鍋爐54萬(wàn)多臺(tái)，每年全國(guó)工業(yè)鍋爐大約耗煤6億噸，但由于鍋爐水處理不當(dāng)、蒸汽冷凝水回用率低、燃燒不完全等原因造成相當(dāng)巨大的燃料損失。

4.不完全燃燒熱損失

不完全燃燒損失包括化學(xué)不完全燃燒熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失。化學(xué)不完全燃燒熱損失系指排煙中含有尚未燃盡的CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w所造成的熱損失。機(jī)械不完全燃燒熱損失指未燃燼的煤粒造成的熱損失。這些未燃燒的炭包含在灰渣及飛灰之中，層燃爐的漏煤也造成這種熱損失。比如，經(jīng)分析燒散煤鍋爐冒出的黑煙其主要成分是碳黑與煙氣形成。碳黑是由于燃料不完全燃燒時(shí)，其中的高分子碳?xì)浠衔镌诟邷厝毖醯那闆r下分解產(chǎn)生的，其粒徑小于一微米，堆積比重只有50Kg/m3，且具有憎水性，煙氣中還有一些煤的揮發(fā)分，如碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、硫化氫等都是可燃?xì)怏w。

由于鍋爐形式的不同，最大耗能因素也不相同。經(jīng)過(guò)筆者多年的實(shí)踐和總結(jié)。各類鍋爐中主要耗能因素排行見(jiàn)下圖。

由此可見(jiàn)，鍋爐在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的水垢和燃燒工況不理想所導(dǎo)致的不完全燃燒等因素占到全部鍋爐耗能因素的70%。而自動(dòng)化控制水平所導(dǎo)致的耗能也占據(jù)非常大的比重。

三、影響工業(yè)鍋爐能效的主要因素分析

在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，絕大多數(shù)鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行參數(shù)、燃用煤種是經(jīng)常變動(dòng)的，司爐工技術(shù)水平也參差不齊，運(yùn)行過(guò)程是不穩(wěn)定的，鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率有可能比實(shí)測(cè)效率還要低。

1.運(yùn)行負(fù)荷低

長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)鍋爐運(yùn)行存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，大多數(shù)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，一方面是由于設(shè)計(jì)院和用戶在選用鍋爐時(shí)，考慮到今后的發(fā)展需要等因素，所選鍋爐的容量及臺(tái)數(shù)往往超過(guò)實(shí)際需求量很多；另一方面，鍋爐實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷常隨用汽、用熱負(fù)荷變化在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，造成很多鍋爐長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行。

2.煤種多變、煤質(zhì)差

我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐所使用的煤主要是煙煤、無(wú)煙煤、貧煤等，不同地區(qū)供應(yīng)的燃煤煤質(zhì)相差較大，有些地區(qū)工業(yè)鍋爐使用的煤種也經(jīng)常發(fā)生變化。特別是，我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐以層燃鍋爐為主，而層燃鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性較差，因?yàn)樵擃愬仩t在設(shè)計(jì)時(shí)其受熱面的布置型式、面積大小、爐拱爐排配風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)型式均按一定的設(shè)計(jì)煤種設(shè)計(jì)，當(dāng)燃用煤種發(fā)生變化時(shí)，它的燃燒情況必然會(huì)變化，一般是變得更差些。

3.燃燒工況不合理

過(guò)量空氣系數(shù)是影響鍋爐效率的重要因素，風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成燃燒不完全損失的增加。如果過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高，一方面使煙氣量增加，排煙熱損失加大，另一方面使?fàn)t內(nèi)溫度降低，燃燒惡化，造成機(jī)械不完全燃燒損失和化學(xué)不完全燃燒損失增大。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷和煤種變化等情況，及時(shí)調(diào)整送、引風(fēng)門開(kāi)度。如鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，燃料的需要量相應(yīng)減少，燃燒所需的空氣量也相應(yīng)減少，此時(shí)如不及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，就會(huì)使?fàn)t膛過(guò)量空氣系數(shù)增大，過(guò)量空氣系數(shù)每增加0.1約使排煙熱損失增加0.7%。

4.管理水平落后

在工業(yè)鍋爐的使用上，鍋爐運(yùn)行管理人員和操作人員的上崗培訓(xùn)沒(méi)有得到切實(shí)的重視，運(yùn)行管理水平參差不齊，操作人員素質(zhì)千差萬(wàn)別，節(jié)能減排意識(shí)淡薄。在工業(yè)鍋爐缺乏監(jiān)測(cè)、診斷、調(diào)節(jié)和控制的條件下，人成為節(jié)能減排工作的主體，所以，人的思想和行為對(duì)節(jié)能減排工作的影響也較大，是節(jié)能減排的軟件基礎(chǔ)。

四、降低工業(yè)鍋爐能耗，提升鍋爐節(jié)能減排的措施

1.加強(qiáng)鍋爐節(jié)能新產(chǎn)品的研發(fā)、推廣，抓好在用鍋爐節(jié)能技術(shù)改造。建立工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)研究激勵(lì)政策和相關(guān)措施，加大科技投入、技術(shù)攻關(guān)的力度和鍋爐節(jié)能新產(chǎn)品、新技術(shù)開(kāi)發(fā)的支持力度，開(kāi)展鍋爐節(jié)能技術(shù)基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究，開(kāi)展鍋爐燃燒技術(shù)、傳熱技術(shù)、能量回收技術(shù)、節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)、節(jié)能添加劑等節(jié)能技術(shù)研究，為節(jié)能工作的開(kāi)展提供技術(shù)支撐。應(yīng)多開(kāi)發(fā)、使用節(jié)能鍋爐產(chǎn)品。比如循環(huán)流化床鍋爐、高效貫流式鍋爐、水煤漿鍋爐、冷凝式燃?xì)忮仩t等。還可引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)鍋爐節(jié)能技術(shù)。對(duì)能耗高的鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造，包括燃煤鍋爐給煤裝置改造、燃燒系統(tǒng)改造、鍋爐輔機(jī)節(jié)能改造、控制系統(tǒng)改造、層燃鍋爐向循環(huán)流化床鍋爐改造；有回水鍋爐增加凝結(jié)水回收裝置，燃油鍋爐增加高溫?zé)煔庥酂峄厥昭b置，在供熱系統(tǒng)中安裝鍋爐變壓蓄熱器，安裝鍋爐自動(dòng)控制排污裝置和排污熱量回收膨脹器等，提高鍋爐整體運(yùn)行效率。

2.加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行鍋爐的維護(hù)保養(yǎng)，實(shí)行管理節(jié)能。在技術(shù)上推行鍋爐保養(yǎng)制度和強(qiáng)制的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，明確與鍋爐節(jié)能相關(guān)的保溫、自控裝置、燃燒設(shè)備、排煙溫度、煙氣氧含量、過(guò)量空氣系數(shù)等監(jiān)測(cè)指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整鍋爐各項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)化鍋爐燃燒工況或安裝燃燒管理控制系統(tǒng)。運(yùn)行鍋爐及管道加強(qiáng)保溫以減少散熱損失，杜絕運(yùn)行過(guò)程的“跑、冒、滴、漏”；在燃料中添加高效清灰劑或除渣劑，保持鍋爐煙氣受熱面清潔。燃煤鍋爐提高供煤質(zhì)量，進(jìn)而提高燃煤燃燒效率。對(duì)操作人員加強(qiáng)培訓(xùn)和技術(shù)交流，提高鍋爐節(jié)能管理和操作人員的綜合素質(zhì)和能力。

3.加強(qiáng)鍋爐水處理工作，實(shí)現(xiàn)水處理節(jié)能。強(qiáng)化對(duì)鍋爐水處理工作的監(jiān)管。在鍋爐定期檢驗(yàn)中，把水處理設(shè)備良好性、水處理人員配備和結(jié)垢情況作為檢驗(yàn)的主要內(nèi)容之一。對(duì)不配備或不使用水處理設(shè)備、設(shè)備長(zhǎng)期失效、水質(zhì)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期不合格、水垢厚度超標(biāo)的鍋爐，限期整改，并把整改結(jié)果同鍋爐檢驗(yàn)結(jié)論掛鉤。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)鍋爐水處理用藥劑、除垢單位、冷凝水回收產(chǎn)品和單位的監(jiān)督管理力度，規(guī)范鍋爐水處理服務(wù)市場(chǎng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)工業(yè)鍋爐節(jié)能減排技術(shù)的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)鍋爐的實(shí)際應(yīng)用中，其能耗是較大的，影響其能耗的因素也是多方面的。要針對(duì)這些影響因素，從實(shí)際出發(fā)，制定出合理有效的降低能耗、提升節(jié)能效果的措施。

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