工業鍋爐檢驗的節能減排

沈曉東 高學祥 王朝進 金明月

(鞍山鋼鐵集團公司工程質量生產監測管理中心 鞍山 114003)

截止2011年底我國鍋爐數量總計62.03萬臺，工業鍋爐為60.93萬臺，約占鍋爐總數的98%，其中絕大多數以燃煤為主，不僅能耗高、而且污染嚴重[1]。正是基于這一現狀，國家把燃煤工業鍋爐的改造列入了十大重點節能工程項目之首。目前我國鍋爐熱效率大致是72%～80%，略低于國際一般水平，而實際平均運行效率只有60%～65%，小型鍋爐甚至更低，與國際水平相差15%～20[2]。原因很多，本文從鍋爐實際運行工況存在的問題加以分析與討論。

1 工業鍋爐普遍存在的問題

1.1 鍋爐選配不合理，造成實際運行效率低

實際檢驗中常常發現鍋爐是在低負荷狀態下運行，原因主要是因為使用單位在對鍋爐容量選配時，習慣依據最大熱負荷確定鍋爐容量，這就造成“大馬拉小車”現象，造成鍋爐運行效率下降。如圖1所示[3]，鍋爐最高運行效率多是在符合率75%～100%時獲得，如果符合率太低，鍋爐運行效率必然降低；超負荷運行，鍋爐運行效率也會降低。

1.2 燃煤不能保證為設計煤種

由于地區、成本等因素，造成鍋爐用煤煤種變化大，質量惡劣，顆粒度、熱值、灰分等無法保證，而工業鍋爐又多以層燃鍋爐為主，對變化的煤種適應性差，熱效率必然要降低，由于煙煤顆粒度不能保證穩定，大量含有粉塵、SO2、CO2的排煙對環境造成極大污染，熱量損失嚴重。

圖1 鍋爐負荷率與運行效率的關系示意圖

1.3 過量空氣系數偏大

在實際工作中測得過量空氣系數普遍偏大，據統計平均值為2～3，甚至高達5。原因首先是設備設計不合理或制造不精密。如側密封與爐排運動部分間隙過大，造成爐排兩側風量偏大，而中間風量偏小，為達到充分燃燒，抱著寧多勿缺的想法，增加過量空氣。其次是漏風嚴重。鍋爐的漏風部位很多，例如出渣口、爐排側密封、放灰門、爐門、檢查孔、窺視孔、爐墻、煙道裂縫等。鍋爐在實際運行中，司爐人員和操作人員往往會忽略這些。導致空氣過量系數大。危害嚴重，不僅增加煙氣量，加大排煙熱損失，灰渣粉塵多排放超標，而且還會降低火焰溫度，降低鍋爐效率。

1.4 鍋爐水質無法保障

雖然大多數使用單位都安裝了鈉離子交換器水處理設備，但仍會發現鍋筒結垢和腐蝕嚴重，分析原因主要有兩點：一是人為因素，在檢驗時發現多數使用單位管理制度不嚴，對水質化驗不重視，查看水質化驗記錄時，常見造假數據，導致化驗記錄無法的反映真實的水質質量；另一個因素，鈉離子交換法有其自身的局限性，這種方法只能降低水的硬度，而水中的鹽、堿度只能通過排污的方法進行。但排污不僅造成熱源浪費、污染環境，與節能背道而馳，而且排污量通過人為操作很難掌控，導致水質很難達標。

1.5 自動化水平低下

檢驗中發現在用的工業鍋爐尤其是10t/h以下的燃煤鍋爐，極少安裝運行監測儀表。由于缺少顯示和控制鍋爐參數的儀表，所以很難測定蒸汽（或給水）流量、過量空氣系數、爐渣含碳量、排煙溫度等經濟運行參數。工作人員無法對鍋爐運行狀況作出準確的判斷，在這種情況下實施手動調節和操作，完全取決于工作人員素質的高低，使得鍋爐常常不能在最佳狀態下運行。

1.6 鍋爐輔機不配套

鼓風機的風量和風壓是根據鍋爐最大熱負荷選取，引風機的風量是按最大燃料消耗量確定煙氣量，根據測試結果或經驗，選取各部位的漏風系數，即可得到煙囪底部的煙氣量，再加上10%的富裕系數，進行選取。以上是理論上的選取方法，但在現實應用時，會存在一些問題：

1）鍋爐實際運行的熱負荷通常低于選取鍋爐的額定熱負荷即最大熱負荷，這是前文提到的“大馬拉小車”的現象，造成主輔機不匹配，降低鍋爐效率。

2）企業所需熱負荷時時有變化，導致實際運行工況不穩定。尤其對中小型的工業鍋爐，負荷變動頻繁，風機控制方法又比較落后，所需最大最小風量懸殊，調風操作不易掌控。

3）風機風量變化大，偏離了風機特性曲線效率最高區域，因而風機在低效率下運行。功率因數低，電耗大，不利于節能。

2 工業鍋爐節能減排技術和方法

針對上述在檢驗工作中發現的工業鍋爐存在的問題，一方面敦促使用單位加強鍋爐房管理，制定合理的操作技術規程，加大對工作人員的培訓，熟練掌握操作技能，建立適當的獎懲機制，提升工作人員的責任感和使命感；另一方面檢驗單位人員對鍋爐經濟運行現狀進行真實的分析和評價，提出合理的節能建議和意見。

通過分析大量的技術資料結合現場經驗，提出以下幾點節能減排的方法和技術

2.1 額定效率須與所需要的熱負荷匹配

1）如果鍋爐房內有多臺不同容量或型號的鍋爐可根據高峰負荷、低峰負荷不同設定多種組合方案，擇優開爐。

2）發展集中供熱，熱電聯產。近年來，鞍鋼逐步完成了用燃燒高爐煤氣鍋爐替代原有燃油和燃煤鍋爐。既有效利用公司二次能源減少外購動力煤，又減少燃煤及高爐煤氣放散造成的環境污染。同時新建鍋爐及發電機組選用高壓參數設備，實現中央電站由中壓參數向高壓參數升級，大大提高了電廠熱效率。2007年建成的燃燒低熱值高爐煤氣聯合循環發電機組，最大發電量可達30萬kW·h，設計年發電量達20億kW·h以上，可將鞍鋼剩余高爐煤氣和焦爐煤氣全部回收發電。鞍鋼進行的熱電聯產改造項目優勢明顯，效果顯著。

3）采用并聯蓄熱器技術。蓄熱器是用來調節負荷波動的，當負荷低時儲備富裕熱量，負荷高時可釋放熱量，滿足生產、生活需要，所以在選擇鍋爐容量時，只需按平均負荷選配就可以。最大程度的保證鍋爐使用熱效率。而且若企業生產需要鍋爐少量增容，增設蓄熱器可相應擴大鍋爐容量投資相對較少。蓄熱器是一項較成熟的技術，國外應用廣泛，節能減排效果顯著，國內也投產了一些，效果同樣好，之所以未得到廣泛應用是由于對該項技術的不了解，習慣于按最大負荷選擇鍋爐容量。如果這項技術能夠得到推廣應用將提高鍋爐熱效率4%～6%，節省燃料5%～15%[4]。

2.2 分層給煤技術

針對工業鍋爐原煤、散煤煤屑太多的實際情況，傳統的斗式給煤漏煤、飛灰嚴重，煤層密實，燃燒困難，未充分燃燒熱損失大。分層給煤技術利用重力差使煤能夠按照顆粒度大小，層層覆蓋（下大上小），均勻布置在爐排上，克服傳統給煤弊端，且技術成熟，改造成本低，可使使用單位比較容易實現工業鍋爐節能減排的目的。表1是鞍鋼礦業弓礦動力廠一臺10t/h的蒸汽鍋爐安裝分層給煤設備前后的測試數據：

表1 SHL10-1.25-AⅡ安裝分層給煤設備前后數據對比

由表1看出運用分層給煤技術后，鍋爐熱效率提高近20%。分層給煤設備投資約20萬，每天節煤4t，按一年運行300天計算，年節煤1200t，經計算僅在購煤環節節約成本達36萬元，相當于7個月就回收投資成本，所以說分層給煤技術是投資少見效快的節能改造項目。

2.3 實踐和理論相結合降低過量空氣系數

目前工業鍋爐缺乏對過量空氣系數有效的監測手段，因此在實際工作中工作人員可以用檢測計算與實踐相結合的方式優選最佳過量空氣系數。通過采集爐膛出口煙氣分析結果利用公式計算過量空氣系數，此外，鍋爐工作者和司爐工還可總結多年實踐經驗，用目測法進行空氣系數判斷：如燃燒區的火焰呈亮橘黃色，煙氣呈灰白色，表明系數相當；如火焰呈刺眼白色，煙氣呈白色，則系數偏大；煙氣呈淡黑色，則表明空氣量不足[5]。由此可見，理論與實踐相結合，方能解決實際存在的問題。

2.4 反滲透水處理方法應用

反滲透水處理方法的就是利用理想的半透膜將純水和鹽水進行隔離，由于膜孔直徑很小，在固定的壓力下，水分子能夠滲透，但水中的無機鹽、有機物或細菌等則不能通過滲透膜。采用這種方法能夠使純水和濃縮水進行嚴格的分離。表2[6]是某廠由傳統納離子交換法改造為反滲透水處理方法的應用實例。

表2 鈉法與反滲透法水處理有關指標對比

由表2可看出，反滲透法投資成本略高于鈉法，但因其排污率平均下降近20%，經計算本廠節水成本為8.775萬元，此外考慮到提高鍋爐效率、減少的運行成本、減少人員、提高煙氣脫硫效率所帶來的經濟效益，短時間內即可收回成本。因此反滲透水處理方法不僅可以去除硬度還可去鹽、堿度，克服傳統水處理方法的不足，還能夠做到無垢運行，排污率1%以下，減少熱量損失和環境污染，即安全又經濟，自動化性能高，操作簡單，是工業鍋爐水處理的發展趨勢。

2.5 引進計算機控制技術

順應時代發展，計算機技術逐漸滲入工業領域，微機控制系統對于鍋爐的水位、氣壓、風量、風壓、燃料消耗等系數值進行處理形成工業鍋爐計算控制系統，不僅對節能產生巨大幫助，同時也奠定了工業鍋爐使用的安全基礎。

2.6 鍋爐輔機節電改造

采用變頻調速技術改變電機的轉速以調節風量或出水量的大小。此技術成熟，通過很多企業的實際應用，尤其在電價上漲的情況下，更顯優越性，工業鍋爐尤其是中小型工業鍋爐多為手動控制，操作繁瑣不及時、不準確，受人為因素影響大，當采用變頻技術后，這些問題迎刃而解。

3 結論

工業鍋爐節能節能減排是一個很大的課題，節能減排技術還有很多，本文也僅是檢驗工作的角度總結歸納一些方法和技術，工業鍋爐節能減排空間很大、任重道遠，相信隨著科學技術的發展，工業鍋爐節能減排技術會不斷提高，設計改造成本降低，能夠使企業更容易接受。

1 朱森林,楊潔.工業鍋爐存在的弊端及節能減排對策[J].電氣技術與自動化.2012,12(7).

2 劉茂俊.燃煤工業鍋爐節煤實用技術[M].中國電力出版社.2012.

3 許伯俊.反滲透水處理技術在鍋爐中的應用[J].節能.2008.(9).

4 牟樂.工業鍋爐冷凝水回收進化技術[J].中國特種設備安全,2012,28(2):47～48.

5 于慧君.通過能效測試分析鍋爐耗能有關問題[J].中國特種設備安全,2012,28(9):59～60.

6 董亞民.工業鍋爐能效測試中相關問題的探討[J].中國特種設備安全,2011,27(2):58～59.