顧一稼，陳俊萍，翁麗芬

(中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，杭州 310003)

工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)探討

顧一稼，陳俊萍，翁麗芬

(中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，杭州 310003)

工業(yè)鍋爐節(jié)能不僅靠合理的設(shè)備選用還要靠科學(xué)的運(yùn)行技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。文中通過(guò)我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行效率介紹，分析了目前我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行效率偏低原因，結(jié)合工作實(shí)際及常見(jiàn)問(wèn)題，從鍋爐選型、富氧燃燒技術(shù)、排煙余熱利用、設(shè)備維護(hù)等方面，提出了提高運(yùn)行效率的節(jié)能技術(shù)和管理措施。對(duì)鍋爐的科學(xué)運(yùn)行管理有重要的指導(dǎo)作用。

工業(yè)鍋爐；運(yùn)行效率；節(jié)能技術(shù)

0 引 言

工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)中主要的熱能設(shè)備，為工礦企業(yè)提供蒸汽或熱水以滿足生產(chǎn)工藝、動(dòng)力以及采暖等。目前我國(guó)在用工業(yè)鍋爐近85%是燃煤鍋爐，其中又以鏈條爐排鍋爐為主。我國(guó)目前燃煤工業(yè)鍋爐的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀：一是運(yùn)行效率低下，設(shè)計(jì)效率一般為72%～80%，而實(shí)際運(yùn)行熱效率大多為60%～65%，與國(guó)際水平相差15～20個(gè)百分點(diǎn)；二是污染嚴(yán)重，數(shù)據(jù)顯示，2010年，中國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐SO2排放量約為1 000萬(wàn)t，NOx約200萬(wàn)t，粉塵約100萬(wàn)t，廢渣約9000萬(wàn)t，是我國(guó)僅次于燃煤發(fā)電的第二大燃煤型污染源。根據(jù)“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)，到2015年，全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869 t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2010年的1.034 t標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%，如果燃煤工業(yè)鍋爐的熱效率整體由65%提高到80%，那么每年至少可以節(jié)約1.3億t燃煤，可見(jiàn)燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能潛力巨大。如何提高其節(jié)能技術(shù)，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1 在用工業(yè)鍋爐存在的問(wèn)題

除去目前鍋爐用煤品質(zhì)參差不齊導(dǎo)致熱效率不穩(wěn)定的外部原因，在用燃煤工業(yè)鍋爐本身存在的問(wèn)題[1]包括諸如工業(yè)鍋爐平均容量小，負(fù)荷系數(shù)低(我國(guó)在用工業(yè)鍋爐平均容量約2.5 MW/臺(tái)，設(shè)計(jì)容量與實(shí)際負(fù)荷偏差較大,鍋爐常處于低負(fù)荷運(yùn)行工況)、鍋爐設(shè)備本身的不足(如漏煤量偏大、密封不嚴(yán)、連通管等部件不保溫、受熱面內(nèi)外分別結(jié)積水垢和灰垢等問(wèn)題)、鍋爐運(yùn)行監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平不高、燃燒設(shè)備效率低、鍋爐輔機(jī)配套質(zhì)量不高。其他還包括鍋爐水質(zhì)普遍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，排煙余熱、冷凝水綜合利用率低等一系列問(wèn)題。

以燃燒設(shè)備為例，我國(guó)的燃煤鍋爐燃燒設(shè)備通常采用普通鑄件，且大多數(shù)零部件采用火焰切割冷加工件。由于爐排鑄件質(zhì)量不高，造成爐排片間隙過(guò)大或不一，爐排周邊泄漏，使得進(jìn)入燃燒空間的空氣短路，導(dǎo)致一邊燃燒風(fēng)量不足，另一邊未參與燃燒的空氣量過(guò)大等[2]。這與我國(guó)采用國(guó)外進(jìn)口的燃油燃?xì)忮仩t的燃燒設(shè)備差距較大，鍋爐效率至少相差10個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)需要對(duì)燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化。

2 工業(yè)鍋爐的節(jié)能途徑

研究和推廣工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)具有實(shí)際可觀的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。工業(yè)鍋爐節(jié)能要靠合理的設(shè)備選用和科學(xué)的運(yùn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)。需從設(shè)備選型、燃料配備、燃燒控制、管網(wǎng)、回收設(shè)備、水處理設(shè)備和作業(yè)人員操作等方面綜合考慮。以下分別從鍋爐選型、富氧燃燒技術(shù)、排煙余熱利用、設(shè)備維護(hù)等方面進(jìn)行分析。

2.1 工業(yè)鍋爐的選型

鍋爐的選型原則應(yīng)是使運(yùn)行中的每臺(tái)鍋爐都保持高負(fù)荷系數(shù)。因?yàn)殄仩t若在額定負(fù)荷下運(yùn)行則熱效率可達(dá)70%以上，若鍋爐常在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，熱效率不高，如只有額定出力的四分之一時(shí)，其熱效率甚至達(dá)不到50%。而在用工業(yè)鍋爐普遍存在的問(wèn)題就是鍋爐設(shè)計(jì)容量與實(shí)際負(fù)荷偏差較大[3]，鍋爐常工作在低負(fù)荷工況，造成運(yùn)行熱效率降低。因此鍋爐設(shè)計(jì)容量與負(fù)荷匹配是非常重要的，這與設(shè)計(jì)選型有關(guān)。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)選型階段，應(yīng)認(rèn)真核算鍋爐使用企業(yè)的實(shí)際需求量，一年中大多數(shù)時(shí)間的基本需求量及其可能出現(xiàn)的峰谷值，盡量準(zhǔn)確，否則，對(duì)于設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，寧可選富裕量大一點(diǎn)的設(shè)備，也不希望出現(xiàn)額定出力達(dá)不到要求的情況，影響了正常的生產(chǎn)生活。但是一旦富裕量過(guò)大，就容易出現(xiàn)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，熱效率降低的現(xiàn)象。鍋爐選型時(shí)宜采用2～3臺(tái)，大容量和小容量互相搭配，大容量鍋爐承擔(dān)基本負(fù)荷，小容量鍋爐用于調(diào)峰，或者在夏季等負(fù)荷需求量特別低時(shí)，只開(kāi)小容量鍋爐，無(wú)論哪一種鍋爐在運(yùn)行中，都必須保持高負(fù)荷系數(shù)。當(dāng)然鍋爐的選型應(yīng)與當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期供應(yīng)的煤種相匹配。

2.2 富氧燃燒技術(shù)

傳統(tǒng)鍋爐的一個(gè)大弊病就是煤渣燃燒不充分，有煙塵冒出，燃盡率只有78%左右，有22%的煙塵排向大氣層。既浪費(fèi)了大量能源又污染了環(huán)境。大氣中含氧量約21%，而實(shí)踐證明，若燃燒中含氧量達(dá)到25%以上，有利于燃燒反應(yīng)完全，煤渣燃盡率就可提高，從而可節(jié)約能源20%。富氧燃燒技術(shù)就是用物理方法將空氣中的氧氣進(jìn)行收集，使收集后氣體中的氧含量為26%～31%為最佳。目前富氧燃燒的形式大致分為：微富氧燃燒、氧氣噴槍、純氧燃燒、空-氧燃燒四大類(lèi)。其中微富氧燃燒絕大多數(shù)的傳統(tǒng)燃燒器都可采用。用這幾種富氧空氣助燃可以提高熱效率，降低燃料消耗量，達(dá)到節(jié)能也減排的目的。西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家要求全部新增的工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐不得用普通空氣助燃，都得用富氧空氣助燃。

2.3 排煙余熱回收利用

鍋爐各項(xiàng)熱損失中，排煙熱損失為最大。排煙溫度越高，排煙熱損失就越大，有資料[4]表明一般排煙溫度每升高12～15 ℃，排煙熱損失就提高1%。工業(yè)鍋爐的排煙溫度一般在170～250 ℃ 左右，所以通過(guò)對(duì)工業(yè)鍋爐排煙余熱的回收是鍋爐提高熱效率，節(jié)約能源的最有效途徑。在空預(yù)器之后、脫硫塔之前煙道的合適位置通過(guò)加裝煙氣冷卻器，用來(lái)加熱凝結(jié)水、鍋爐送風(fēng)或城市熱網(wǎng)低溫回水，回收部分熱量，從而達(dá)到節(jié)能提效、節(jié)水效果。采用低壓省煤器技術(shù)，若排煙溫度降低30 ℃，機(jī)組供電煤耗可降低1.8 g/kWh，脫硫系統(tǒng)耗水量減少70%。適用于排煙溫度比設(shè)計(jì)值偏高20 ℃以上的機(jī)組。

還可用熱管余熱回收器來(lái)回收煙氣中的熱量。該余熱回收裝置由若干根熱管組成,安裝在鍋爐煙口，將煙氣中熱量吸收并高速傳導(dǎo)至另一端，使排煙溫度降至接近露點(diǎn)而減少熱量排放損失?；厥盏臒崃扛鶕?jù)需要加熱水用作鍋爐補(bǔ)水和生活用水，或加熱空氣用作鍋爐助燃風(fēng)或干燥物料。提高鍋爐和工業(yè)窯爐的熱效率，充分利用排煙余熱達(dá)到節(jié)能的目的。

2.4 鍋爐設(shè)備維護(hù)

鍋爐設(shè)備的完好程度對(duì)鍋爐的熱效率影響很大，因此須加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)工作。

(1)定期檢修爐排，保證爐排平整沒(méi)有缺損，避免因爐排短缺或不平整所引起的漏煤和跑風(fēng)現(xiàn)象。

(2)清理積灰和水垢：灰垢的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.116 3 W/(m·℃)，1 mm灰垢導(dǎo)致燃料消耗量增加3%。清除鍋爐受熱面上的積灰，可以降低鍋爐排煙溫度。工業(yè)鍋爐結(jié)生水垢的現(xiàn)象也較為普遍，水垢會(huì)破壞鍋爐正常的水循環(huán)，帶來(lái)諸如浪費(fèi)燃料、損壞受熱面、降低鍋爐出力、降低鍋爐使用壽命等等危害[5]。及時(shí)有效地清除積灰和水垢，對(duì)提高鍋爐熱效率很明顯。

鍋內(nèi)加藥處理適用范圍廣，操作方便，投資少，防垢達(dá)80%以上。壓力較高的鍋爐是在進(jìn)行鍋外水處理的同時(shí)，輔以鍋內(nèi)水處理。可以每天在鍋內(nèi)加入少量的純堿水溶液,以防止司爐人員工作疏忽而忘記及時(shí)再生。通過(guò)采用鍋爐除垢劑和電子防垢器，防垢與除垢相結(jié)合，優(yōu)化水汽循環(huán)系統(tǒng)，合理控制鍋爐的排污率，從而減少水垢，提高鍋爐熱效率。當(dāng)然使用單位鍋爐水質(zhì)監(jiān)督對(duì)防垢除垢的效果非常重要。

(3)加強(qiáng)保溫和堵漏：由于鍋爐爐墻、汽水管道的溫度比周?chē)h(huán)境溫度高, 因而要對(duì)高溫爐體及管道進(jìn)行絕熱保溫，減少散熱損失。做好保溫可提高鍋爐熱效率約2%。常用的絕熱材料有硅酸鋁纖維、巖棉、玻璃棉、復(fù)合硅酸鹽保溫材料、硅藻土輕質(zhì)澆注料等。

鍋爐漏風(fēng)也是影響機(jī)組性能的因素之一，對(duì)于平衡通風(fēng)鍋爐，冷空氣從爐膛和對(duì)流受熱面爐墻開(kāi)口以及打開(kāi)的觀火口等處漏入鍋爐。部分鍋爐漏風(fēng)進(jìn)入溫度較低的對(duì)流受熱面區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的溫度不足以支持燃料和空氣之間的化學(xué)反應(yīng)。隨著鍋爐漏風(fēng)的增加，機(jī)組性能將會(huì)降低，引起機(jī)組熱耗的惡化。為優(yōu)化機(jī)組性能，有必要定期檢查鍋爐漏風(fēng)量。

2.5 其他方面

(1)普及高性能產(chǎn)品，采用清潔燃料和潔凈燃燒技術(shù)的高效、節(jié)能、低污染工業(yè)鍋爐是發(fā)展趨勢(shì)。

(2)通過(guò)適當(dāng)增大管徑、減少?gòu)濐^、盡量采用彎管和斜三通等低阻力連接件等措施，降低主蒸汽、再熱、給水等管道阻力。機(jī)組熱效率可提高0.1%～0.2%。

(3)鍋爐應(yīng)采用智能化動(dòng)態(tài)監(jiān)控運(yùn)行方式，使整套系統(tǒng)配套運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，這對(duì)于保證鍋爐安全、控制鍋爐燃燒、提高鍋爐效率有著重要的作用。但現(xiàn)實(shí)往往是，剛投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)是采用自動(dòng)監(jiān)控的，一段時(shí)間后，監(jiān)測(cè)儀器儀表很容易出現(xiàn)故障，然后就廢棄了，改為人工監(jiān)測(cè)，這往往需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間摸索運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但是也達(dá)不到智能化監(jiān)測(cè)的效果。因此，選用高質(zhì)量的儀器儀表以配合整個(gè)鍋爐運(yùn)行的智能化監(jiān)控也是很重要的一面。

(4)提高鍋爐作業(yè)人員的素質(zhì)，定期對(duì)他們進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，這是工業(yè)鍋爐在運(yùn)行階段提高效率，降低能耗的重要保證。

3 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)燃煤鍋爐在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的地位和重要性人盡皆知。以上只是針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)鍋爐產(chǎn)品談了一些節(jié)能措施，但現(xiàn)有產(chǎn)品與建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)有較大差距。一是逐步淘汰效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重的舊式燃煤鍋爐，因地制宜地對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。二是采用清潔燃料和潔凈燃燒技術(shù)的高效、節(jié)能、低污染工業(yè)鍋爐，將是今后產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。鍋爐企業(yè)應(yīng)提高自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力，使產(chǎn)品性能質(zhì)量適應(yīng)人們不斷提高的對(duì)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

[1] 丁 波.我國(guó)工業(yè)鍋爐的現(xiàn)狀及節(jié)能途徑[J]. 能源研究與利用,2011(2):52-53.

[2] 楊春海,沈 偉,等.我國(guó)工業(yè)鍋爐行業(yè)現(xiàn)狀分析及發(fā)展對(duì)策[J].機(jī)電信息,2008(4):32-34.

[3] 胡玉龍,孟 慶,等.在用工業(yè)鍋爐節(jié)能運(yùn)行與改造[J].應(yīng)用能源技術(shù),2009(3):15-16.

[4] 孫海鵬.淺談熱管技術(shù)在工業(yè)鍋爐余熱回收上的應(yīng)用[J].鍋爐制造,2011(5):38-40.

[5] 鄭維澄.工業(yè)鍋爐能耗問(wèn)題及節(jié)能措施[J]. 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究,2010(3):51-53.

Discussion on Energy Saving Technology of Industrial Boiler

GU Yi-jia, CHEN Jun-ping, WENG Li-fen

(CNBM Design & Research Institute，Hangzhou 310003, China)

Energy saving of industrial boilers not only relies on the reasonable equipment selection but also depends on science and technology to realize the operation. In this paper, the operation efficiency of coal-fired industrial boilers in China are introduced and the reasons for the low efficiency of its operation are analyzed. Combined with practical work and common problems, from the boiler selection, oxygen enrichment technology for combustion, flue gas waste heat utilization, equipment maintenance and other aspects, energy-saving technologies and management measures to improve the operation efficiency are proposed. This article has an important guiding role on the scientific operation and management of the boiler.

Industrial boiler; Operation efficiency; Energy-saving technology

2015-05-07

2015-05-29

顧一稼(1971-)，女，本科，高級(jí)工程師，從事動(dòng)力專業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.06.006

TK229.2

B

1009-3230(2015)06-0028-04