新型燃料及節(jié)能設(shè)備在鍋爐環(huán)保中的研究與利用

王大豐 于莉娜 孫文斌 王大為

萊州合德鍋爐有限公司 山東 萊州 261400

引言

在本次研究工作開展過程中，首先分析了鍋爐的發(fā)展，并就環(huán)保鍋爐及其所用燃料進(jìn)行了分析，隨后圍繞鍋爐環(huán)保設(shè)備、燃料的技術(shù)創(chuàng)新以及未來研發(fā)方向進(jìn)行了探討，最后，對鍋爐環(huán)保設(shè)備以及燃料的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)行了探究，旨在通過本次研究工作的展開，進(jìn)一步為鍋爐環(huán)保工作開展質(zhì)量提升起到促進(jìn)作用[1]。

1 鍋爐的發(fā)展

鍋爐主要是由鍋與爐共同組成，18世紀(jì)首次出現(xiàn)了鍋爐的雛形，20世紀(jì)中期出現(xiàn)了水管鍋爐，70年代出現(xiàn)了單容量為27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機(jī)組。隨著石油的不斷開發(fā)，直水管鍋爐進(jìn)行了升級，出現(xiàn)了機(jī)械化爐排，而自鍋爐容量越來越大，且為了進(jìn)一步降低燃料燃燒期間的污染物排出量，環(huán)保鍋爐正式登上工業(yè)生產(chǎn)舞臺。

2 工業(yè)鍋爐要素分析

2.1 人

所謂人，即工業(yè)鍋爐運(yùn)行管理與操作的工作人員，現(xiàn)如今人員培訓(xùn)不受關(guān)注，造成運(yùn)行管理工作人員素質(zhì)良莠不齊，節(jié)能減排技能不足，意識薄弱。人是節(jié)能減排的主體，比起監(jiān)測與診斷、調(diào)整與控制這部分外部因素，對節(jié)能減排影響較大的就是人的行為，并且出現(xiàn)的問題也很多。

2.2 燃料

燃料，即工業(yè)鍋爐燃料，中國當(dāng)前的煤炭工業(yè)并未實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐燃料合理劃分與供應(yīng)，眾所周知，適合鍋爐的燃料就是煤塊，適于煤粉爐的燃料為煤粉，因而煤炭行業(yè)需要對工業(yè)鍋爐燃料進(jìn)行合理分類?，F(xiàn)如今燃料供應(yīng)的現(xiàn)實(shí)情況是促使鍋爐爐前成型依托的是爐前配煤技術(shù)，此乃工業(yè)鍋爐節(jié)能減排的重要物質(zhì)保障[2]。

2.3 輔機(jī)

鍋爐輔機(jī)是指鍋爐附屬機(jī)械設(shè)備，其主要包含了磨煤機(jī)、給煤機(jī)、風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)、爐排、除渣機(jī)械等。其特點(diǎn)是熱響應(yīng)快，控溫精度高，綜合熱效率高，能夠發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用。工業(yè)鍋爐輔機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)原料機(jī)械化持續(xù)供應(yīng)燃燒與供應(yīng)、配風(fēng)與排渣等功能，現(xiàn)如今，輔機(jī)與節(jié)能減排層面的關(guān)鍵問題為機(jī)米不完整，產(chǎn)品質(zhì)量缺乏穩(wěn)定性，系統(tǒng)銜接不當(dāng)?shù)取?/p>

2.4 控

控即工業(yè)鍋爐監(jiān)測與診斷、調(diào)整與控制。當(dāng)前工業(yè)鍋爐大部分不具備系統(tǒng)集成自控裝置，不能對熱工參烽進(jìn)行在線檢測、診斷與調(diào)整，因而不能夠控制工業(yè)鍋爐節(jié)能減排具體情況。

2.5 鍋爐

工業(yè)鍋爐節(jié)能減排的前提條件為原料機(jī)械化持續(xù)燃燒，如此能夠使工業(yè)鍋爐持續(xù)提供穩(wěn)定的負(fù)荷，促使供煤與燃燒等持續(xù)。需要開發(fā)機(jī)械化持續(xù)燃燒的工業(yè)鍋爐，盡可能摒棄人工生活鍋爐。中國工業(yè)鍋爐節(jié)能減排硬件缺陷為燃料與配風(fēng)均勻性低，變化劇烈的煤種沒有高效的燃燒調(diào)整技術(shù)，造成爐渣含碳量過高，排煙溫度超標(biāo)[3]。

3 環(huán)保鍋爐及其燃料分析

隨著國家對于環(huán)保工作的重視程度逐年增加，現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)方面對于燃料的應(yīng)用種類上主要以生物質(zhì)和水煤漿為主，其中水煤漿環(huán)保鍋爐的設(shè)計(jì)原理，主要依賴于液態(tài)煤基燃料燃燒機(jī)理所研發(fā)而成，通過對傳統(tǒng)鍋爐的有效升級和優(yōu)化，在極大程度上將鍋爐熱效率進(jìn)行了提升，同時(shí)在污染物的排放量方面，也起到了減少作用，進(jìn)一步與國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略內(nèi)容相符合。在進(jìn)行鍋爐燃料分析時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段水煤漿是一種新型的清潔燃料，雖然該種燃料在本質(zhì)上仍舊是由煤炭所構(gòu)成，但是此種燃料在其中額外添加了化學(xué)添加劑和水，并在專用燃料生產(chǎn)設(shè)備的細(xì)化與研磨之下，而制作出的一種更加均勻且穩(wěn)定的水煤漿新式燃料。

而生物質(zhì)燃料是指將生物質(zhì)材料燃燒作為燃料，一般主要是農(nóng)林廢棄物（如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等）。主要區(qū)別于化石燃料。在目前的國家政策和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中，直接燃燒生物質(zhì)屬于高污染燃料，只在農(nóng)村的大灶中使用，不允許在城市中使用。生物質(zhì)燃料的應(yīng)用，實(shí)際主要是生物質(zhì)成型燃料（Biomass Moulding Fuel，BMF），是將農(nóng)林廢物作為原材料，經(jīng)過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型（如塊狀、顆粒狀等）的，可直接燃燒的一種新型清潔燃料[4]。

4 鍋爐環(huán)保設(shè)備以及燃料的技術(shù)創(chuàng)新方向分析

通過對我國當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行分析分析能夠發(fā)現(xiàn)，我國當(dāng)前仍舊以煤炭作為主要燃燒材料，在社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中對于煤炭的需求量仍舊很高，此種需求結(jié)果下，代表著燃煤鍋爐在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)均會在工業(yè)生產(chǎn)中的鍋爐應(yīng)用期間占據(jù)主要地位，而此時(shí)居于國家節(jié)能降耗戰(zhàn)略發(fā)展視角進(jìn)行分析，從工業(yè)鍋爐的技術(shù)層面進(jìn)行創(chuàng)新十分有必要。期間，需要不僅需要圍繞鍋爐本身進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)成方面的創(chuàng)新和升級，同時(shí)在鍋爐運(yùn)行控制技術(shù)以及燃燒設(shè)備應(yīng)用方面也需進(jìn)行全面的創(chuàng)新，從而開發(fā)出更能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)效率，且能夠精準(zhǔn)滿足負(fù)荷變化規(guī)律、煤質(zhì)多變等新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)。此外，還需居于燃料污染物排出量降低的視角進(jìn)行燃料的技術(shù)創(chuàng)新，并同步降低煙塵等污染物排放量[5]。

5 鍋爐環(huán)保設(shè)備的未來研究趨勢

5.1 層燃燃燒自動控制技術(shù)以及系統(tǒng)研發(fā)趨勢

我國燃煤鏈條爐排鍋爐的運(yùn)行水平一直較低，各使用單位對鍋爐出力的要求也不盡相同，除了設(shè)備選型不符合生產(chǎn)現(xiàn)狀的原因之外，運(yùn)行操作基本依靠司爐工經(jīng)驗(yàn)，并沒有形成一套程序化、體系化的控制系統(tǒng)。致使鍋爐長期處于非最佳工況運(yùn)行，鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率往往達(dá)不到設(shè)計(jì)效率。發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，提高系統(tǒng)綜合自動檢測、診斷、控制水平，是目前實(shí)現(xiàn)燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗的重要技術(shù)途徑[6]。

5.2 大型燃煤爐的改進(jìn)優(yōu)化趨勢

近年來隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)園區(qū)的建設(shè)和集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)的推行，大容量鍋爐的市場需求持續(xù)擴(kuò)大，已成為行業(yè)部分企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，因此改進(jìn)、優(yōu)化、開發(fā)大型燃煤工業(yè)鍋爐技術(shù)和產(chǎn)品對于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。

6 鍋爐環(huán)保設(shè)備以及燃料的產(chǎn)品開發(fā)探究

6.1 燃油氣鍋技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)

在進(jìn)行燃油氣鍋技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，可以從兩個(gè)方面展開:a.整體冷凝式燃油氣鍋爐技術(shù)及產(chǎn)品的開發(fā)。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，最初起源于歐洲，技術(shù)應(yīng)用期間，主要利用水蒸氣凝結(jié)潛熱實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換，同時(shí)對于排煙溫度具有一定的降低效果，優(yōu)化鍋爐的熱效率，進(jìn)行該項(xiàng)熱效率的計(jì)算時(shí)，主要按照燃料的低位法熱量進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)研發(fā)后，能夠進(jìn)一步針對鍋爐散發(fā)煙氣中的有害氣體散發(fā)量加以降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)之時(shí)同步達(dá)成環(huán)保目標(biāo)。b.低燃燒器技術(shù)的研究與開發(fā)。在該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)期間，主要就組織力量加以運(yùn)用，開發(fā)出新型的油氣燃燒器這一關(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)品，此項(xiàng)技術(shù)在后續(xù)的應(yīng)用中可以形成產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用規(guī)模，使用范圍主要集中在國內(nèi)中小型燃?xì)忮仩t運(yùn)行過程中[7]。

6.2 燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)工作

在進(jìn)行燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，主要包括以下內(nèi)容:a.針對中小型容量的燃生物質(zhì)鍋爐加以研究和開發(fā)。這是因?yàn)樯镔|(zhì)種類繁多，不同種類的生物質(zhì)燃料特性和燃燒特性差別很大，對生物質(zhì)燃燒設(shè)備和燃燒技術(shù)的要求不一樣。應(yīng)根據(jù)不同種類生物質(zhì)燃料的燃燒特性，開發(fā)不同類型的燃燒技術(shù)，并研制相應(yīng)的燃燒設(shè)備。所以，對生物質(zhì)原料進(jìn)行加工處理，制成生物質(zhì)成型燃料，對水分、揮發(fā)分、灰分、熱值、尺寸等形成嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這樣能夠針對生物質(zhì)成型燃料的燃料特性和燃燒特性合理選擇燃燒方式及燃燒設(shè)備。通常情況下，生物質(zhì)燃料會存在一定的碳含量，但是該種燃料的碳含量較低，且整體燃燒時(shí)間很短，不具備耐燒性。期間，由于水分含量較高，所以鍋爐之內(nèi)的溫度相對較低，想要確保燃燒的穩(wěn)定性相對比較難。在進(jìn)行農(nóng)作物的燃燒時(shí)，由于該類物質(zhì)中含有大量的堿性物質(zhì)，很容易在鍋爐之內(nèi)形成對換熱面情況，導(dǎo)致爐內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題，在這一基礎(chǔ)上，進(jìn)行生物質(zhì)燃燒技術(shù)的開發(fā)時(shí)，應(yīng)該將研發(fā)的重點(diǎn)集中在對于生物質(zhì)燃料性質(zhì)的分析層面。b.物料處理技術(shù)的研究以及開發(fā)工作探究，研發(fā)期間，會重點(diǎn)針對生物質(zhì)的原料來源地進(jìn)行更具分散性的分析，同時(shí)還需做好相應(yīng)的收集、運(yùn)輸、保存工作的開展質(zhì)量，并做好生物質(zhì)燃料的輸送、給料以及運(yùn)行控制等工作的系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，確保研發(fā)出的技術(shù)應(yīng)用后，能夠進(jìn)一步提升生物質(zhì)資源的利用總成本得以降低，并最大程度降低鍋爐燃燒對于環(huán)境的不良污染影響。目前在生物質(zhì)成型燃料燃燒技術(shù)開發(fā)利用過程中，大多數(shù)學(xué)者對生物質(zhì)燃燒技術(shù)進(jìn)行了深入研究，但對生物質(zhì)收集、處理技術(shù)和生物質(zhì)成型燃料制造設(shè)備的研究較少。因此，在研究生物質(zhì)燃燒技術(shù)的同時(shí)，必須對生物質(zhì)成型燃料制造設(shè)備進(jìn)行研究，提高生物質(zhì)成型燃料加工效率，制取各項(xiàng)組分統(tǒng)一的生物質(zhì)成型燃料，形成生物質(zhì)成型燃料的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。c.容量不同的生物質(zhì)成型燃料鍋爐選用的燃燒方式不一樣。對于容量在35t/h以下的生物質(zhì)成型燃料鍋爐，可以采用水；令振動式爐排爐進(jìn)行燃燒利用，在保證生物質(zhì)成型燃料充分燃燒的情況下，通過水冷振動式爐排爐能夠有效地降低爐排受熱溫度，同時(shí)可以解決生物質(zhì)結(jié)焦的問題。對于容量在35t/h以上的生物質(zhì)成型燃料鍋爐可以采用流化床鍋爐，爐內(nèi)燃燒溫度控制在800℃左右，使?fàn)t內(nèi)溫度低于生物質(zhì)的灰熔點(diǎn)，有效地解決生物質(zhì)結(jié)焦的問題，同時(shí)低溫下燃燒能夠降低氮氧化物的生成，從而確保煙氣排放滿足環(huán)保要求[8]。

7 結(jié)束語

通過對全文內(nèi)容進(jìn)行綜合分析能夠得出，在我國的工業(yè)生產(chǎn)和國民日常生活中，尤其是北方居民的冬季生活中，對于工業(yè)鍋爐的使用依賴性更強(qiáng)。由此可見，無論是在社會發(fā)展中，還是在民生建設(shè)中，對于鍋爐的需求性均十分高，此時(shí)針對鍋爐能源消耗進(jìn)行更深入性的節(jié)能管理和技術(shù)研發(fā)十分關(guān)鍵，不僅能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，且對其所導(dǎo)致的環(huán)境破壞問題解決也能夠起到顯著的促進(jìn)作用。