工業鍋爐節能的途徑和方法

周浩康

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院，江蘇蘇州 215128

0 引言

工業鍋爐容量一都比較小，蒸發量20t/h(供熱量14mW)以下的占多數，這些鍋爐的熱效率比較低，通常在60%～85%之間，因此，通過調節送風方式，調整煤層厚度，改善鍋爐燃燒，改進鍋爐性能，提高司爐工的操作技能，加強維修管理，定期除渣、清灰，杜絕漏風，減少系統的能量損失，達到節約能源的目的，下面從原理上闡明主要節能途徑和方法。

1 降低鍋爐排煙溫度

鍋爐排煙損失q2是鍋爐熱損失中最大的一項，一般在4%～8%左右，最大可達12%，影響q2的主要因素是煙焓的大小。而影響排煙焓大小的又主要取決于排煙溫度的高低及排煙量的多少，當排煙溫度每增高12～15℃時，q2約增加1%，因此降低排煙溫度是提高鍋爐熱效率的一項有效措施，降低鍋爐排煙溫度主要措施有如下幾種途徑。

1）避免或減少受熱面上的結渣、積灰和堵灰

結渣現象多出現在高溫受熱面，如水冷壁、過熱器等；積灰和墻灰現象則多出現在低溫的尾部受熱面上，灰渣的熱阻大約是鋼鐵的400倍，一般受熱面上結渣1mm厚時需多耗燃料2%～3%左右，減少受熱面結渣、積灰和堵灰的主要措施有：

（1）定期吹灰。對于松散狀積灰可用定期吹灰法來清除，若附在管子上的時間過長，則可能由松散狀轉化為緊密狀。這是由于有的積灰可能吸附煙氣中的SO2、SO3和水蒸氣等，生成粘結性的硫酸鹽和亞硫酸鹽，使松散性積灰變成緊密性積灰，時間久了不易清理，吹灰介質可用過熱蒸汽、壓縮空氣、惰性氣體等。

（2）定期投入定量的鍋爐清灰劑。鍋爐的水冷壁管、省煤器和空氣預熱器等受熱面受到煙氣的沖刷，結成輕重不同的煙垢影響鍋爐熱效率。若在鍋爐燃燒運行時，投入一定量的鍋爐清灰劑，使進入爐膛的清灰劑在高溫下發生升華分解，和鍋爐受熱面的結焦、結渣接觸并滲透到受熱面，發生微爆反應分解高溫結渣，使其分解、脫落，可減少和防止煙垢的生成。清灰劑主要作用是除渣、除灰、催化、防腐，可使鍋爐熱效率提高 5～6%；清灰劑的用量約為每月用煤量的萬分之一，小型鍋爐可一次投入，大型鍋爐分2～3次投入。

（3）避免鍋爐在低負荷下運行并減少鍋爐啟停的次數。低負荷時煙氣流速低，易形成積灰，啟停爐時爐內燃燒工況不佳，易形成較多的碳黑和炭末，它們具有極強的粘附能力，不僅會粘附在受熱面上形成緊密狀積灰，同時還會捕捉煙氣中的飛灰顆粒，使積灰快速的增長，從而降低熱效率。又因啟停爐時各處煙溫低，受熱面壁溫也低，有可能產生低溫結露，造成酸腐蝕。

2）增加或改進尾部受熱面

許多中小型鍋爐的排煙溫度均高達250～300℃，此時宜適當增加鍋爐尾部受熱面即指省煤器和空氣預熱器，以降低排煙溫度，但排煙溫度并非越低越好。增加鍋爐的尾部受熱面，因而增大了鍋爐的金屬耗量和煙氣的流動阻力；另一方面，煙溫太低會引起鍋爐尾部受熱面的酸性腐蝕，因而也不允許排煙溫度降的過低。特別在燃用含硫高的燃料時，排煙溫度還應適當保持高一些。合理的排煙溫度必須從金屬與燃料的比價，運行維修費用的增加等方面進行技術經濟比較來確定。

2 杜絕漏風和合理助燃空氣減少排煙量

影響排煙熱損失的另一個重要因素是排煙量，在同樣排煙溫度下，排煙量越大，q2也將越大。在燃料的成分確定后，排煙量的大小主要取決于助燃空氣量的多少(通常以爐膛的過剩空氣系數a1表示)和沿程各處煙道的漏風量的大小(以漏風系數△a表示)，爐膛過剩空氣系數a1不僅影響q2，且影響爐內燃燒，即影響到化學不完全燃燒損失q3和機械不完全燃燒損失q4的大小，在一定限度內，降低a1將使q2降低，但q3和q4則會增加，最佳的a1應當是使q2+ q3+ q4值為最小時的值。

應設法杜絕或減少漏風，因漏風不僅會使排煙量增大，特別是爐膛漏風還會使排煙溫度提高。這是因為當冷空氣漏進煙道時，使漏風處的煙氣溫度降低，從而漏風點以后所有的受熱面傳熱量減少，故排煙溫度提高。而且漏風點越靠近爐膛影響越大。爐膛和煙道的漏風不僅會增大q2，還會增大煙道通風阻力和引風機的電耗，爐膛大量漏風會降低爐溫，影響燃燒的正常進行。

3 合理組織燃燒減少燃燒損失

3.1 選購合適煤種和顆粒度

鏈條爐排適用于燃燒發熱量不低于4500大卡/公斤的煙煤和無煙煤，以發熱量在3000大卡/公斤以上的褐煤。煤的灰份不宜低于6%，且灰熔點要在1250℃以上，以防爐排燒壞。因受結構限制，人工拔火范圍小，不適宜用強粘結性煤。煤的顆粒度應適中，3mm以下的碎屑含量不宜超過30%，最大顆粒也不應超過40mm。否則，由于通風不均，燃燒效率大為下降。

煤中要保持適當的水份，其在含屑量比較多時，能減少漏煤和飛灰，并使煤層松，有利通風。但水份過高，著火延遲，爐溫下降，排煙熱損失增大。一般水份應控制在8～12%。

若能燃用經過篩選而保持一定顆粒度的煤，則可避免因粒度不均而在煤斗中產生機械分，并使燃燒過程均衡、穩定、連續，從而大大提高燃燒效率。

3.2 合理配風

空氣是保證燃燒不可缺少的物質，空氣供應是否充足和合理對鍋爐的安全、經濟性和出力都有很大的影響。對鏈條爐沿爐排長度和寬度有不同的配風要求。

3.2.1 沿爐排長度方向應合理配風

由于煤炭在鏈條爐排上的燃燒是沿長度分階段進行的，因此，爐排下供應的一次風必須分倉、分區調節，以使爐前燥著火區和爐后燃燼的風量要少，中間燃燒旺盛區的風量要大。一般鏈條爐排下分為5～6個風室，單用小風門調節，各個風室之間必須嚴密不漏，以防短路而失去調節作用。

3.2.2 沿爐排寬度方向應均勻配風

沿爐排寬度方向上的合理配風方法是均勻配風，以使燃燒均勻，防止出現火口等不正常燃燒現象。目前，改進的措施主要是從風室的結構上著手，如采用雙面進風、采用等壓風室等，盡量使水平風速保持不變，另外爐排上煤層厚度應均勻及煤粒大小要一致。

3.3 爐膛空氣氣流的合理組織

如前所述，從鏈條爐排各處上升的氣體成分很不一致，在爐排頭尾存在大量過剩空氣。在爐排中部因燃料層上部存在還原區而存在許多CO、H2等氣體。另外，大部分揮發分及被吹起的細煤末也是在爐膛中部空間燃燒，為使它們能夠燃盡以減少不完全燃燒損失，需加強空間氣流的混合和攪拌。這可由前、后拱的配合及二次風來完成。

后拱的作用是將爐膛后部的過剩空氣及高溫煙氣推向前部，在由前、后拱形成的“喉口”處與爐膛前部的過剩空氣和揮發分混合，促使可燃氣體充分燃燒。同時由于后拱低而長，可減少燃料層對受熱面的直接輻射，保持燃盡階段所需要的溫度，減少機械不完全燃燒損失及飛灰量。

二次風的作用是加強爐內氣流的攪拌與混合，從而增加可燃物在爐內的行程，增加燃燒時間。二次風介質可用熱空氣、蒸汽或蒸汽引射空氣，二次風量要小但風速要高，因流速（不低于40～50m/s）高才有強的穿透能力，才能起到攪拌和混合作用。

3.4 燃料層上燃燒的調節與控制

鏈條爐燃燒出力的調節可通過改變煤層厚度、送風量及爐排速度來實現，3個可調因素應合理配合以保證燃燒工況正常。好的燃燒工況是：在距煤閘門約300mm處開始著火，過早可能燒毀煤閘門，過遲則會使燃燒階段推后，以致尚未燃盡就排入灰渣斗，在擋灰板(老鷹鐵)前約300～500mm處燃燒完畢，灰渣呈暗色。

煤層厚度與煤層工作的穩定性及通風阻力有關。煤層過薄，細煤粒易被吹起，使煤層工作不穩定、不均勻；煤層過厚，通風阻力過大，燃盡區裹灰嚴重。煤層厚度隨煤種而異：粘結性煙煤，煤層應較薄(約60～120mm)；不粘結煙煤為80～140mm，無煙煤和貧煤為100～160mm。易著火高揮發分燃料，煤層要薄些，爐排速度要快些，因煤層薄可減少煤層上方氣體沿爐排長度的不均勻。對于高水分劣質煤，煤層應厚些，并適當降低爐排速度，以保證前部著火并穩定燃燒，減少后部未燃盡的灰渣數量。

在運行調整過程中，主要的調節對象是送風量和爐排速度。調節送風對適應負荷的變動最為敏感。在煤層里溫度很高，燃燒得快慢取決于空氣的供應量，當增加風量時，燃燒速度加快，鍋爐出力馬上增大。當然，為使燃燒能正常持續地進行，燃料量的調節必須與送風量的調節相配合。當鍋爐負荷改變時，一般總是先調風再調爐排速度并使兩者相匹配。

4 加強絕熱保溫減少散熱損失

絕熱保溫的措施有：加厚保溫材料和提高絕熱材料的質量，在使用中要注意維護，避免受潮或損壞。鍋爐散熱損失的大小除與保溫質量有關外，還與鍋爐負荷大小有關。低負荷時，因散熱面不變，散熱量基本不變，而燃料耗量變小了，對應于每公斤燃料的散熱損失將增加。因此，為減少散熱損失(q5)，應盡量不要讓鍋爐在低負荷下運行。

5 保證鍋爐給水品質

提高給水品質不僅是一項重要的節能措施，而且是一項重要的安全措施：鍋爐受熱面上結垢會極大降低傳熱能力(水垢的導熱系數僅是鋼的1/30～1/40)，使排煙溫度升高，增加燃料消耗；水垢還會影響水循環的正常進行，造成管子過熱甚至爆管。工業鍋爐的給水必須按規程規范要求進行給水處理。司爐必須加強對水質的監察，及時清除水垢，以減少能源浪費。提高運行安全效果。

6 提高司爐工的操作水平，樹立節能操作新觀念

6.1 保持汽壓、水位和汽溫穩定

保持汽壓穩定就是使鍋爐的汽壓維持在生產或生活規定的壓力范圍內 ， 一般工業鍋爐要求±0.1 MPa。保持水位穩定就是使鍋爐水位保持在正常水位線 ±50 mm以內。這樣 ，不僅可以保持鍋爐的蒸汽量和蒸汽溫度 ，而且還可以防止超壓 ，缺水或滿水事故的發生。保持汽壓和水位穩定的操作方法 ，主要是通過調整燃燒和給水量來實現 ，當汽壓低 ，水位高時 ，應先減少給水量或暫停給水 ，增加鼓引風量 ，調快爐排轉速 ，增大給煤量；加強燃燒 ，蒸發量增大后，汽壓就會上升到規定的壓力。汽壓保持后再注意調整給水量。當汽壓高，水位低時，應加大給水量，使汽壓降低；水位增高以后，再根據壓變化的情況調整鼓、引風量和給煤量，使燃燒保持正常。

如果汽壓低，水位也低時，應先增鼓、引風量，調爐排轉速，增大給煤量，強化燃燒，提高蒸發量，在壓上升過程中逐漸給水，使水位升至正常。

6.2 掌握用汽規律 ，調整鍋爐負荷

不論是生產用汽還是生活用汽，都存在峰值和低谷，只有掌握這個規律，隨時進行操作調整才能保證蒸汽壓力的相對穩定，在用汽峰值期必須增大鼓、風量和給煤量，提高爐膛溫度，使鍋爐產汽量相應增加；若用汽量減小時，則要隨機調小鼓、引風量，小給煤量。

6.3 及時除灰和清焦

爐膛內如果大量集灰和結焦時，就會使鍋爐管的導熱性能變差，使受熱面傳熱狀況惡化，傳熱效降低，造成煤的大量浪費。所以，司爐工必須每班時除灰和清焦。

6.4 合理控制排污量 ，減少熱損失

當鍋水經過蒸發濃縮后的食鹽量超過允許數值會使蒸汽品質惡化，鍋爐易發生腐蝕或結垢，應時進行排污 一般工業鍋爐排污率控制在 5 % ～10 %排污不要集中在某一個排污閥上，要依次開并各個部位的排污閥，而且掌握排污量要主次分明排污前應進行化驗，以便隨時修正排污量。

7 加強管理，挖掘潛力，重視維護保養

1）制定定期維護保養計劃，在規定周期內清除筒及管壁內的水垢、泥渣及外表面附著的燃燒生物 ，提高熱效率；

2）定期清掃煙道內表面，減小煙氣的阻力損；

3）爐墻和爐門，看火孔，出灰門，省煤器的管端間在使用一段時間后，都容易產生縫隙而漏入空，使過剩空氣量增大，形成過量的煙氣從煙中逸，帶走大量的熱量，增加熱損失，降低熱效率。因此，要經常檢查上述各處的漏風情況，如果發現裂縫及時嵌縫修補；

4）敷在鍋爐本體和汽水管路上的保溫層經過段時間的運行以后可能脫落，使散熱量增加，既損熱量又增加鍋爐房的溫度，有時候可能會燙傷人發現保溫層脫落，必須及時修補。

8 結論

鍋爐節能，任重道遠，只要基層管理人員時刻用節能、環保、安全、經濟的思想去指導工作，司爐工能夠做到不斷熟悉鍋爐性能和特點，摸索運行規律，掌握操作要領；不斷改進操作方法，提高和靈活運用操作技能，就一定達到提高鍋爐的熱效率，達到鍋爐經濟運行與節能的目的。

[1]宋文錦,等.工業鍋爐安全技術基礎[M].上海:勞動人事出社.1983.

[2]廣路,等.鍋爐運行與操作指南.北京:機械工業出社.2006.