基于測試數(shù)據(jù)的蔗渣鍋爐能量分析及能效提升措施

莫乾賜，葉海波，林行素，李國華，陳偉崇，盧葦

（1 廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004；2 廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530219；3 廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

鍋爐是我國主要的能耗設(shè)備，也是溫室氣體排放和地方污染的主要來源之一。因此，發(fā)展高效、低排放的鍋爐至關(guān)重要。廣西甘蔗種植總面積占全國的70%，是蔗渣鍋爐使用大省。目前全區(qū)制糖企業(yè)用鍋爐230臺，總蒸發(fā)量約為15500t/h。糖廠平均能耗指標(biāo)為國際先進(jìn)水平的1.5 倍，其中，鍋爐既是電廠能量損失最大的部件，也是糖廠最低效的部件，更是全區(qū)工業(yè)的能耗大戶之一，每年耗標(biāo)煤約400萬噸。因此，蔗渣鍋爐節(jié)能減排對于國家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

在蔗渣鍋爐的能量利用研究方面，Kamate 等對印度典型的日榨甘蔗2500 噸糖廠中采用背壓式汽輪機(jī)和抽凝式汽輪機(jī)配置的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置進(jìn)行了能量和?分析，模擬分析了蔗渣鍋爐六種不同壓力和溫度工況下的鍋爐整體效率，并評估各項(xiàng)熱損失。Parvez 等對4.5MPa 蔗渣鍋爐進(jìn)行了能量和?分析；Cavalcanti 等也對熱電聯(lián)產(chǎn)6.7MPa 的鍋爐進(jìn)行了能量分析；Sosa-Arnao和Nebra分別應(yīng)用以低位燃燒值（LHV）和高位燃燒值（HHV）為計(jì)算基礎(chǔ)的第一定律及第二定律分析模型，對200t/h鍋爐（主蒸汽為6.5MPa 和520℃）4 種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，比較其運(yùn)行效率。

此外，鍋爐的二氧化碳（CO）和污染物排放問題一直受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。Zeng和Fang等分析了中國三個(gè)典型寒冷工業(yè)地區(qū)工業(yè)鍋爐的CO減排情況。Zhang 等研究了小型燃煤工業(yè)鍋爐熱效率提升帶來的節(jié)能和污染物減排潛力。然而，對于運(yùn)行參數(shù)更高的、以蔗渣為燃料的電站鍋爐并未見相關(guān)研究結(jié)果報(bào)道。

基于多樣本的鍋爐分析需要大量來自不同鍋爐的實(shí)際熱工測試數(shù)據(jù)。從研究獲得的結(jié)果只有一個(gè)或兩個(gè)鍋爐的特征，沒有代表某類特征的普遍性和無法提供合理的建議，為其他鍋爐實(shí)現(xiàn)操作的優(yōu)化。Zhang等基于能效測試，既對142個(gè)燃煤小型工業(yè)鍋爐樣品的能量分析又對?進(jìn)行分析，同時(shí)還分析了節(jié)能對于減排的巨大貢獻(xiàn)，研究的樣品鍋爐如果能效達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最小限制值，煤炭消耗和二氧化碳排放可分別減少24kt/a 和54kt/a，二氧化硫（SO）、氮氧化物（NO）等污染物排放量也相應(yīng)減少。但對于蔗渣鍋爐的類似研究卻未見公開的報(bào)道，而制糖行業(yè)正朝著采用高壓高溫蒸汽和高效蒸汽汽輪機(jī)提高熱電聯(lián)產(chǎn)電站發(fā)電能力的方向發(fā)展，盈余電網(wǎng)可以在有吸引力的價(jià)格下出售，盈余蔗渣可以保存（燃料）或打包作為其他許多領(lǐng)域的生產(chǎn)原料，比如造紙、木糖醇等。糖廠鍋爐主要以燃燒蔗渣為主，桉樹皮、木屑、秸稈等生物質(zhì)為輔助燃料。運(yùn)行參數(shù)從2.45MPa、400℃和15t/h增加到10.5MPa、525℃和180t/h。運(yùn)行中的鍋爐既有工業(yè)鍋爐，也有電站鍋爐，其數(shù)量較多，類型也較為復(fù)雜。因此，燃煤小型工業(yè)鍋爐的分析方法不適用于我國的蔗渣鍋爐，分析結(jié)果對其不具有代表性。

本研究為確定區(qū)域內(nèi)蔗渣鍋爐的狀況，對廣西制糖行業(yè)內(nèi)121臺具有代表性的電站鍋爐進(jìn)行了普查和能效測試，收集了能源利用和CO及污染物排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對蔗渣鍋爐的性能評價(jià)具有一定的代表性。建立了適用于蔗渣鍋爐的能量分析模型，隨后計(jì)算分析了鍋爐的熱效率、熱損失和CO及污染物排放情況。得出了鍋爐熱效率及其各主要熱損失項(xiàng)所占的比率，確定了影響鍋爐熱效率的因素，并分析了蔗渣鍋爐節(jié)能減排的潛力。最后，提出減少能源損失，提高蔗渣電站鍋爐的效率的措施，這將在節(jié)約能源和減輕環(huán)境污染方面發(fā)揮重要作用。本文研究結(jié)果將為該類鍋爐在設(shè)計(jì)或運(yùn)行中的節(jié)能減排改造提供指導(dǎo)。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 測試系統(tǒng)

所考慮的分析對象是廣西糖廠目前應(yīng)用最廣泛的中壓鍋爐，額定壓力和溫度分別為3.8MPa、450℃，額定蒸發(fā)量為35～180t/h，燃料品種為蔗渣。

測試工作開始前，需根據(jù)測試的目的、爐型、燃料品種和輔機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)確定測量項(xiàng)目；同時(shí)為了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要合理布置測點(diǎn)與確定所需儀表。圖1為糖廠典型電站鍋爐的進(jìn)出物流示意圖及能效測試測量點(diǎn)。表1給出了測量點(diǎn)名稱與位置及從中可獲取的數(shù)據(jù)。

表1 測量點(diǎn)名稱與位置

圖1 糖廠典型電站鍋爐的進(jìn)出物流示意圖及能效測試測量點(diǎn)

1.2 熱損失

在實(shí)際試驗(yàn)中由于燃料消耗量難以準(zhǔn)確測量，對于大型鍋爐推薦采用熱損失法。各熱損失項(xiàng)如下。

（1）排煙損失（） 排煙損失是指煙氣排入大氣而損失的燃料熱量。對于入爐空氣無暖風(fēng)器預(yù)熱的糖廠鍋爐，輸入熱量（）即為收到基低位發(fā)熱量。則排煙損失率用式(1)計(jì)算。

由于蔗渣燃料的含水率高，為評估煙氣中水的熱損失，可通過式(2)進(jìn)行計(jì)算。

（2）氣體未完全燃燒損失（） 蔗渣鍋爐煙氣中殘留的未完全燃燒可燃?xì)怏w主要為一氧化碳（CO），這部分熱損失率可用式(3)計(jì)算。

（3）固體未完全燃燒損失（） 蔗渣鍋爐未燃盡而殘留的固定碳常存在于爐渣（底渣）和飛灰之中。因此，固體未完全燃燒損失率用式(4)計(jì)算。

式中，、分別為飛灰和爐渣在灰分中的份額，根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)分別取0.9和0.1。

（4）鍋爐外部冷卻損失（） 鍋爐運(yùn)行中鍋爐表面爐墻溫度高于周圍環(huán)境溫度，因此會以輻射及對流傳熱方式傳熱給周圍環(huán)境，損失的熱稱為外部冷卻損失，也稱散熱損失，電站鍋爐的外部冷卻損失率用式(5)計(jì)算。

式中，為最大出力下的鍋爐散熱損失，%，按文獻(xiàn)[15]查?。?，分別為鍋爐額定和最大輸出熱量，MW；為鍋爐表面輻射力率，kW/m，根據(jù)表面溫度按文獻(xiàn)[15]查取。

（5）灰渣物理熱損失（） 與液體和氣體燃料不一樣，蔗渣鍋爐中飛灰占灰分的份額比較大，不但要考慮高溫爐渣（層燃爐取排渣溫度為600℃）的顯熱損失，也需要考慮飛灰的熱損失，因此灰渣物理熱損失率用式(6)計(jì)算。

1.3 熱效率

根據(jù)各項(xiàng)熱損失的計(jì)算結(jié)果，可求出鍋爐反平衡效率，用式(7)計(jì)算。

1.4 燃料消耗量

根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)鍋爐燃料的消耗量，kg/h，通過式(8)進(jìn)行反算得出。

式中，為鍋筒飽和蒸汽溫度，℃，可根據(jù)實(shí)測的鍋筒飽和蒸汽壓力（MPa）查表獲得。

1.5 二氧化碳排放分析

由于蔗渣是含碳量較高的燃料，特別是其含碳量與含氫量的比值相對較高，燃燒產(chǎn)物中排放出大量的二氧化碳。為了計(jì)算鍋爐燃燒1kg蔗渣的二氧化碳排放量(kg/kgf，1kgf 表示1kg 燃料)，需要燃燒碳的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)，在蔗渣鍋爐中，這些數(shù)據(jù)可由蔗渣化驗(yàn)出的碳含量及爐渣和飛灰中未燃碳的含量用式(9)估算。

則生產(chǎn)1GJ熱量的蒸汽需排放出的二氧化碳量，kg/GJ，用式(10)計(jì)算。

1.6 污染物排放分析

二氧化硫是硫氧化的主要產(chǎn)物，假定燃燒時(shí)蔗渣中硫元素全部生成二氧化硫，其排放量用式(11)計(jì)算。

在蔗渣燃燒的氛圍中氮氧化物主要來源于燃料燃燒，燃料中大約三分之一的氮會形成氮氧化物，其中一氧化氮（NO）占其組成90%以上。因此，假定燃燒時(shí)蔗渣中氮元素全部生成一氧化氮，其排放量（）用式(12)計(jì)算。

燃料的灰分常被認(rèn)為是惰性和不反應(yīng)的。假定灰分全部轉(zhuǎn)化為灰渣和飛灰，蔗渣鍋爐的煙塵以隨煙氣排出的飛灰為主，排放量（）用式(13)計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)收集及分析

能量分析的數(shù)據(jù)來源于廣西糖廠的121份鍋爐能效測試報(bào)告。這些報(bào)告是2015年1月至2021年3月間，由本文作者課題組參與的專業(yè)團(tuán)隊(duì)對鍋爐進(jìn)行能效測試后完成的。有幾個(gè)因素會影響測試的準(zhǔn)確性，如測點(diǎn)的位置、熱負(fù)荷和操作條件的變化以及儀器的精度誤差。由于能效測試項(xiàng)目屬于政府節(jié)能監(jiān)督計(jì)劃的一部分，因此該項(xiàng)目涵蓋了廣西制糖業(yè)該壓力等級的所有鍋爐型號，同時(shí)該壓力等級的鍋爐占了在用糖廠鍋爐總量約63.78%，占總蒸發(fā)量約70.77%，所選取的樣本具有很強(qiáng)的代表性。

圖2 為121 臺鍋爐額定蒸發(fā)量的分布，鍋爐總蒸發(fā)量為9752t/h，主要集中在70～90t/h，占樣品鍋爐總量的59.50%。其中，75t/h和85t/h的中型鍋爐分別占樣品鍋爐總量的30.58%和28.93%。全部鍋爐的平均蒸發(fā)量為80.6t/h、50t/h以下和110t/h以上的鍋爐比較少。

圖2 鍋爐蒸發(fā)量分布

通過實(shí)驗(yàn)室分析121 臺蔗渣鍋爐現(xiàn)場取樣的燃料樣品，得出蔗渣的元素分析、工業(yè)分析及低位發(fā)熱量分析值，其平均值和范圍值如表2 所示。顯然，蔗渣比煤的熱值低，因?yàn)樗鼈兊乃趾渴菢?biāo)準(zhǔn)煤的兩倍多，碳含量遠(yuǎn)低于煤的含量。

表2 廣西糖廠蔗渣燃料分析數(shù)據(jù)

圖3 所示為121 臺樣品鍋爐的能量效率和五種熱損失的平均值。其中，熱損失最大的是，占樣品鍋爐總熱損失的72.05%，其次是，占12.97%。

圖3 熱效率和各項(xiàng)熱損失的平均值

在測試的樣品鍋爐中，熱效率最高為92.03%，最低效率為77.99%，平均熱效率為86.12%。熱效率分布如圖4 所示，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)限定值（86%）的鍋爐數(shù)量達(dá)到48.76%，占到將近一半，達(dá)到目標(biāo)值（91%）的鍋爐數(shù)量僅為0.83%。分析結(jié)果表明，目前運(yùn)行的鍋爐與目標(biāo)值的差距非常大，節(jié)能任務(wù)艱巨。

圖4 鍋爐熱效率分布

2.2 二氧化碳排放

圖5 給出了121 臺蔗渣鍋爐在正常工況下生產(chǎn)單位熱量的蒸汽所排放的二氧化碳量。大部分鍋爐的排放量在120～140kg-CO/GJ 范圍內(nèi)，數(shù)量占80.17%，蒸發(fā)量占80.52%。排放量最大值和最小值分別為156.02kg-CO/GJ 和109.31kg-CO/GJ，平均排放量為131.96kg-CO/GJ。

圖5 121臺蔗渣鍋爐的CO2排放值

2.3 影響因素

2.3.1 煙氣

（1）煙氣溫度 排煙溫度是影響煙氣熱損失的主要因素之一。圖6 為能效與排煙溫度的散點(diǎn)圖。本文研究的蔗渣鍋爐樣品，其排煙限值溫度為170℃，滿足要求的樣品有107 臺，占總數(shù)的88.43%。二次多項(xiàng)式擬合曲線（=0.35）表明煙氣溫度與熱效率成近似的線性關(guān)系，溫度每升高10℃，熱損失就增加約1%與文獻(xiàn)[24]的結(jié)論一致。蔗渣鍋爐的酸露點(diǎn)溫度一般在120℃左右，假設(shè)排煙溫度都能降到130℃，還有將近70%的鍋爐需要提高煙氣余熱的利用率使其降低到此溫度，以提高鍋爐系統(tǒng)的熱效率。

圖6 煙氣溫度與鍋爐效率

（2）過量空氣系數(shù) 圖7為能效與過量空氣系數(shù)的關(guān)系圖。理論上，過量空氣系數(shù)應(yīng)接近1.0，但過量空氣量過低容易造成燃料燃燒不充分，增加氣體和固體不完全燃燒的熱損失，從而降低鍋爐效率。在上述不滿足能效限定值要求的樣品中，有8 個(gè)樣品是因?yàn)檫^量空氣系數(shù)低于1.2，其飛灰中平均碳含量為32.81%，熱損失的平均值為0.88%，分別為全部樣品平均值的1.8 倍和4.6 倍。由圖7 的指數(shù)方程擬合曲線（=0.065）可知，這些鍋爐樣品存在空氣過量系數(shù)的最優(yōu)值，約為1.30，這與Kamate 和Rein 等提出的建議值一致。建議蔗渣鍋爐過量空氣系數(shù)應(yīng)控制在1.25～1.35。在121 臺樣品鍋爐中，53 臺樣品符合不大于限定值=1.4 的要求，合格率為43.80%。另外，只有17 個(gè)樣品的過量空氣系數(shù)合理，占14.05%。其余鍋爐中，過量空氣系數(shù)超過1.4的占56.20%，超過1.7 的還有9.09%，低于1.25 的則占18.18%。

圖7 過量空氣系數(shù)與鍋爐效率

2.3.2 固定碳未完全燃燒

與燃煤鍋爐不同，蔗渣鍋爐的飛灰和爐渣重量占比正好相反，分別為90%和10%。因此，飛灰含碳量是的主要影響因素，對鍋爐效率的影響如圖8 所示。圖8 中的二次多項(xiàng)式擬合曲線（=0.17）表明飛灰含碳量越高，鍋爐效率越低。大于飛灰含碳量平均值（17.87%）的鍋爐占總量的42.98%。的平均值為1.80%，30 臺鍋爐超過2.5%，占鍋爐總量的26.99%。

圖8 飛灰的碳含量與鍋爐效率

2.3.3 氣體未完全燃燒

氣體組分不完全燃燒造成的熱損失是由可燃?xì)怏w逸出造成的，對于蔗渣鍋爐來說，主要是煙氣中的CO。煙氣的CO含量（）對鍋爐效率的影響如圖9 所示。32.23%的鍋爐超過CO 含量的平均值（0.19%）。熱損失的平均值僅為0.90%，33.06%的鍋爐超過平均值，少數(shù)燃燒不充分的鍋爐CO 含量較高，最高熱損失達(dá)到5.09%，有28臺鍋爐的熱損失大于1.5%，占總量的23.14%。圖9 中的二次多項(xiàng)式擬合曲線（=0.28）表明，鍋爐效率隨CO含量的升高而降低。

圖9 煙氣中CO含量與鍋爐效率的關(guān)系

2.3.4 日常運(yùn)行

蔗渣鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，影響轉(zhuǎn)換效率的因素很多。除上述、和的熱損失外，還有幾個(gè)因素對蔗渣鍋爐整體運(yùn)行效率有顯著影響。

與煤等固體燃料相比，糖廠鍋爐用的蔗渣燃料質(zhì)量較差、含水率高、含碳量低、熱值低。LHV與鍋爐效率的關(guān)系如圖10 所示。蔗渣的質(zhì)量對鍋爐的運(yùn)行有重要影響，圖10中線性擬合曲線（=0.082）顯示使用高熱值燃料的鍋爐一般效率更高，而且蔗渣的水分影響更顯著；圖11 中的二次多項(xiàng)式擬合曲線（=0.054）表明隨著含水率的增加，鍋爐的效率降低。

圖10 蔗渣熱值與鍋爐效率

圖11 蔗渣含水率與鍋爐效率

由于燃料中的水分需吸收爐膛內(nèi)燃燒的熱量汽化并隨煙氣排入煙囪，不僅降低了蔗渣的燃燒熱值，而且產(chǎn)生更多的廢熱損失。蔗渣總熱值隨含水量增加1%而降低196kJ/kg。Parvez等研究表明，將水分含量從50%降低到15%，可節(jié)約輸入燃料能量的13%。與煤等固體燃料相比，蔗渣的水分含量更高，達(dá)到48%～52%，樣品中的含水率平均值為48.72%，最高到達(dá)55.1%，有超過一半（50.41%）的鍋爐超過平均值。損失率的平均值為2.47%，超過除排煙損失以外的其他熱損失值，65.29%的鍋爐超過平均值，另有9.17%的鍋爐損失率超過3.5%。

另外，鍋爐容量（蒸發(fā)量）越大，相應(yīng)的爐排面積也越大，隨后受熱面的布置也相對合理。省煤器、空氣預(yù)熱器等煙氣余熱回收設(shè)備也具有較高的利用率，大容量鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中往往效率更高。這與圖12二次多項(xiàng)式擬合曲線（=0.027）的趨勢是一致的。

圖12 鍋爐額定蒸發(fā)量與效率

鍋爐鍋爐出力比率越高，外部冷卻損失越少，鍋爐效率越高，根據(jù)式(5)，鍋爐鍋爐出力比率過低會降低鍋爐效率。然而，容量越大的蔗渣鍋爐越復(fù)雜，影響因素也越多，本文的研究結(jié)果與Zhang等對小型工業(yè)燃煤鍋爐的研究結(jié)果略有不同，鍋爐出力對效率的影響不是很明顯，如圖13 中線性擬合曲線（=0.011）所示。

圖13 鍋爐出力與效率

2.3.5 分析討論

以121臺樣品鍋爐實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文在燃燒和傳熱的框架下分析了幾個(gè)因素對熱效率的影響，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。由于影響鍋爐效率的因素比較多，蘊(yùn)含機(jī)制與外界條件交互頻繁，非線性抑制了表達(dá)的重復(fù)性與準(zhǔn)確性，給出的擬合曲線是在所獲數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得出的最符合趨勢的方案，其意義更多體現(xiàn)為展現(xiàn)各個(gè)因素影響效率的定性規(guī)律。今后，可通過建設(shè)在線監(jiān)測網(wǎng)站與云數(shù)據(jù)存儲，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以期獲得更具實(shí)用價(jià)值的定量圖表。

2.4 節(jié)能與減排

根據(jù)目前的能效測試結(jié)果，假設(shè)將來所有能效不達(dá)標(biāo)的鍋爐都能達(dá)標(biāo)，并對所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益進(jìn)行了計(jì)算和分析。在計(jì)算年排放量時(shí)，按照每年榨季鍋爐運(yùn)行120 天，每天24h 計(jì)算。圖14、圖15給出了121臺樣品鍋爐的每年的燃料節(jié)省和減排潛力。以當(dāng)前的測試結(jié)果為基準(zhǔn)值，從圖14、圖15 中可以看出，若不達(dá)標(biāo)的鍋爐經(jīng)改造后能效達(dá)到最小限定值，每年蔗渣消耗以及CO、SO、NO和煙塵排放量可分別減少157kt、160kt、0.14kt、0.38kt、0.28kt 和5.03kt；若鍋爐效率均達(dá)到目標(biāo)值，則比基準(zhǔn)值減少量分別為568kt、522kt、0.38kt、0.87kt 和17.69kt。根據(jù)廣西現(xiàn)有的蔗渣鍋爐總量及總蒸發(fā)量，估計(jì)全國蔗渣鍋爐總量大約為330 臺，總蒸發(fā)量為22056t/h，若按照上述結(jié)果進(jìn)行推算，每年蔗渣消耗以及CO、SO、NO和煙塵排放量在達(dá)到限定值時(shí)將減少355kt、362kt、0.32kt、0.63kt 和11.4kt，在 達(dá) 到 目 標(biāo) 值 時(shí)將 減 少1285kt、1181kt、0.86kt、1.96kt 和40.0kt。其中，二氧化碳的減排量非常大，在達(dá)到限定值和目標(biāo)值時(shí)分別相當(dāng)于減少142kt/a 和464kt/a 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量，對實(shí)現(xiàn)我國的碳達(dá)峰、碳中和“3060目標(biāo)”有非常重要的意義。

圖14 燃料節(jié)省和二氧化碳排放潛力

圖15 污染物排放潛力

2.5 能效提升措施

針對上述的影響因素的分析結(jié)果，對排煙溫度、空氣過量系數(shù)、燃料未完全燃燒以及含水率等關(guān)鍵因素的控制措施進(jìn)行研究，可從下面幾個(gè)方面進(jìn)行能效提升。

（1）煙氣余熱回收 通過增加空氣預(yù)熱器面積、利用尾部煙氣干燥蔗渣或加熱甘蔗混和汁等措施回收煙氣中的部分熱能，降低排煙溫度，可以提高鍋爐效率。

（2）富氧燃燒 通過向燃燒空氣中添加額外的氧氣，使燃燒過程處于擴(kuò)散控制區(qū)，化學(xué)反應(yīng)速率提高，并提高了爐膛內(nèi)的升溫速率和燃燒溫度，降低了煙氣中惰性氮的含量，從而減少了排煙的熱損失。另外，富氧環(huán)境使燃料燃燒更充分，降低固體和氣體不完全燃燒的熱損失，獲得了更高的效率。此外，由于富氧燃燒所達(dá)到的較高溫度增加了熱交換的驅(qū)動力，傳熱過程也受到青睞。參照生物質(zhì)微粒富氧燃燒的研究結(jié)果并結(jié)合生產(chǎn)成本，最佳的氧濃度為30%～40%。

（3）改進(jìn)燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)需與燃料特性相匹配，配備合適的給料設(shè)備，利用水平濃淡技術(shù)增加配風(fēng)口布置及優(yōu)化配風(fēng)壓力，使燃料及空氣分布均勻，提高火焰充滿度，并在爐膛沿高度方向形成穩(wěn)定的柱形火焰，既不易熄火又火焰拉長，燃燒高效穩(wěn)定，負(fù)壓穩(wěn)定，并使?fàn)t排上的滯留的蔗渣懸浮，從而實(shí)現(xiàn)燃料完全的燃盡，并降低過量空氣系數(shù)。因晴天與雨天的蔗渣含水率變化大，其還需具有燃燒不同成分蔗渣燃料的能力。通過改進(jìn)低拱的爐體布置、設(shè)計(jì)足夠的爐膛高度及爐排振蕩系統(tǒng)，以減少煙道氣沿爐壁流動，保證蔗渣糠在高溫的爐膛內(nèi)相對燃煤鍋爐停留更長的時(shí)間（3～5s），增加燃料和燃燒空氣的混合，使燃料完全燃燒。蔗渣纖維相互勾搭在一起易形成蔗渣團(tuán)，爐排振蕩系統(tǒng)與配風(fēng)結(jié)合還能使積聚的蔗渣燃料散開，避免爆燃的產(chǎn)生。適當(dāng)減少爐排面積，爐膛下部增加的輻射熱面積能提高蔗渣的加熱溫度，加速水份蒸發(fā)及揮發(fā)份析出，提高燃燒效率。

（4）減少漏風(fēng) 加強(qiáng)各部位密封，減少冷空氣的漏入以及預(yù)熱器中的空氣漏入煙道中，減少過量空氣，降低排煙損失。

（5）減少蔗渣留存時(shí)間 因蔗渣的揮發(fā)分高，蔗渣留存時(shí)間過長，會酶解發(fā)酵，使熱值降低。

（6）控制好蔗渣的顆粒度 控制好蔗渣的顆粒度，使其燃燒更充分。同時(shí)，分離蔗髓并在烘干后進(jìn)行破碎使其顆粒更細(xì)更均勻，有利于實(shí)現(xiàn)電腦配風(fēng)及自動化操作。

（7）干燥蔗渣 糖廠中的煙道氣干燥、蒸汽干燥、煙道氣和蒸汽聯(lián)合干燥等蔗渣干燥方法以及利用太陽能干燥蔗渣被證明有助于降低蔗渣的水分含量，增加燃燒熱值及火焰溫度，提高鍋爐效率。

（8）提高運(yùn)行參數(shù) 大容量鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中往往效率更高，制糖業(yè)在過去幾年里一直在淘汰小容量，低參數(shù)蔗渣鍋爐，取而代之的是大容量高參數(shù)鍋爐。

綜上所述，在蔗渣鍋爐中，最佳的能效提升措施是利用煙氣余熱或太陽能干燥蔗渣，一是提高余熱（煙氣）的利用或是可再生能源的利用（太陽能），二是提高蔗渣的熱值，三是減少排煙損失。

3 結(jié)論

通過對121臺樣品鍋爐的能效測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，鍋爐平均熱效率為86.30%，略高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限定值，但當(dāng)中只有51.24%的鍋爐達(dá)到要求，僅有0.83%的鍋爐達(dá)到目標(biāo)值，熱效率最低的僅為77.99%。能量損失主要發(fā)生在尾部煙氣的排放，約占總輸入能量的10%，其中所含水分的熱損失占到將近1/4，影響較大。其次是碳未完全燃燒的熱量損失，約占2%。影響蔗渣鍋爐能效的主要指標(biāo)是煙氣溫度、過量空氣系數(shù)和飛灰含碳量。而熱值、含水率、含碳量等燃料特性參數(shù)以及鍋爐額定蒸發(fā)量也在一定程度上影響鍋爐效率。另外，CO排放量平均為131.54kg/GJ，若不達(dá)標(biāo)鍋爐的能效都能達(dá)到限定值或目標(biāo)值，每年蔗渣消耗量將分別減少157kt或568kt，CO排放量將分別減少160kt或522kt，污染物的排放也相應(yīng)減少，以此為基準(zhǔn)推算至全國的蔗渣鍋爐，其節(jié)能減排潛力更為巨大。

通過煙氣余熱回收、采用富氧燃燒技術(shù)、干燥蔗渣、改進(jìn)燃燒系統(tǒng)及加強(qiáng)各部位密封等改進(jìn)措施，降低排煙溫度，保證燃料充分燃燒，提高燃燒熱值，減少廢氣排放量，可提高能效。此外，還可以減少CO、SO和CO 等有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境。

——蔗渣消耗量，kg/h

——灰渣中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

,,,,,,——分別為蔗渣中收到基碳、氫、氧、硫、氮、灰分及水分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

——煙塵中飛灰碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

c——等壓比熱容，kJ/(kg·K)

——蒸發(fā)量/水（蒸汽）流量，t/h

——鍋爐表面輻射力率，kW/m

LHV——燃料低位發(fā)熱量

,,,——分別為燃燒1kg 燃料的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和煙塵質(zhì)量流量，kg/kgf

——生產(chǎn)1GJ 蒸汽的二氧化碳排放量，kg/GJ

,——分別為鍋爐額定和最大輸出熱量，MW

,,,,,,——分別為固體未完全燃燒、輻射和對流散熱、灰渣、排煙、氣體未完全燃燒熱損失量以及收到基低位發(fā)熱量，kJ/kgf

——鍋爐輸入熱量，kJ/kgf

,,,,,,——分別為最大出力下的鍋爐散熱、固體未完全燃燒、排煙中水分、輻射和對流散熱、灰渣、排煙、氣體未完全燃燒熱損失率，%

——排煙處干煙氣中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，%

——溫度，℃

——鍋爐外表面溫度，℃

——體積流量，m/kgf

,——分別為煙氣中干煙氣和水蒸汽體積流量，m/kgf

——過量空氣系數(shù)

——爐渣或飛灰在灰分中的份額，%

——能量（熱）效率，%

0——環(huán)境狀態(tài)

1,2,3…——各進(jìn)出口流體編號

avg——平均

xd——限定值