工業鍋爐設計中的環保問題分析

謝劍曉

摘 要：近代中國的發展過程是與工業鍋爐脫不開干系的，而工業鍋爐在經過幾十年的發展后已經進入千家萬戶。作為煤炭消費大國，工業鍋爐是煤炭消費的重要方面，幾乎達到了全國煤炭出產的三分之一左右。然而，雖然使用的煤炭較多，但是煤炭利用率卻很低，在煤炭的使用過程中有大量的能源在浪費。與經濟發展相對應的是環境污染的加劇，尤其廢氣排放方面，使得我國的空氣質量大大降低，導致我國一些重工業城市出現霧霾的情況。目前，工業鍋爐依舊占據我國市場，對工業鍋爐進行合理設計使其符合節能減排、環保、安全三方面要求，是新形勢下的必然選擇。本文在工業鍋爐的設計規范、要求和具體環保措施方面進行了研究，對于工業的發展具有一定的意義。

關鍵詞：工業鍋爐；設計；環保問題

所謂工業鍋爐，就是一種加熱裝置，主要是應用于工業原料的冶煉、加工和成品制造。工業鍋爐在我國已經有很長的應用歷史，對我國乃至世界的發展做出了巨大貢獻，尤其是在我國這種發展中國家，工業鍋爐是主要的熱力設備。但是，我國在技術方面與發達國家相比還是有落后的，尤其是在環保方面和煤炭利用率上。在我國這樣的人口大國，高排放量的污染物和廢氣的排放對于公民的人生安全造成了嚴重的威脅。與能源利用率低相對應的是資源的短缺，在這兩種形式沖突之下，對工業鍋爐的改進設計也成了當務之急。

1 工業鍋爐的設計規范和設計要求

在工業鍋爐的設計中，首先要以國家規定的相關標準為主來進行技術上的整改，以改善勞動條件為目的，以保障安全為前提，以利用資源和愛護環境為改進方向，使最終的鍋爐達到生產安全、技術先進、經濟合理的要求。在進行鍋爐的設計時，在滿足近期工作為前提下，還要將眼光放長遠以滿足未來的發展需求，合理利用資源為目的。

鍋爐房的安全問題也是一直被人們忽略的問題，尤其是在一些中小型企業，設計鍋爐房時不規范，在建成后也沒有遵守相關的制度，管理沒有章法。在鍋爐房的設備中，有三件設備是必須要重視的，即壓力表、水位計、安全閥。壓力表對于保證鍋爐房的安全是一定有必要的，工作人員通過觀察壓力表來確定爐內的壓力值。在壓力表的安裝位置上一定要遠離高溫區域并且隨時能夠被工作人員查看，壓力表本身也要有一定的精準性，在購買時一定要注意是否按照國家鍋爐的監察章程制造的，這是對于生命負責的一種行為。水位表的功能與壓力表大同小異，它分為玻璃管式和平板式，雖然前者結構簡單一點，但是在顯水位的精度上遠遠不如后者，所以為了安全著想，雖然安裝較為麻煩，但在鍋爐內還是要選擇平板式的水位計。安全閥是在保障安全方面最重要的一個部件，在鍋爐的設計中，要根據蒸汽的蒸發量和蒸汽的進出口來設置安全閥，并且在安裝位置上要位于鍋爐的最高點，垂直安置。

2 工業鍋爐中的環保問題

2.1 高熱量污染

目前我國的火力發電是主要的發電方式之一，但是由于煤炭和鍋爐方面的原因，使得在鍋爐內燃燒不完全，排煙溫度升高，熱資源浪費較多。在工業方面的用煤量一直是一個大數目，那么在供應數量上沒有問題，煤的質量就得不到保證，在顆粒度、熱值、灰分方面都不如優質燃煤，造成燃燒不充分。在鍋爐方面，雖然我國的經濟已經發展的很快，但是大部分還是以小型鍋爐為主，而且是以層燃鍋爐為主，這種鍋爐優勢在于安裝方便，結構簡單，但是對于煤種的變化卻不能很好的適應，而在實際的煤炭供應商往往不是一個煤種，導致燃燒效率降低。層燃鍋爐的排放問題也較為嚴重，二氧化硫、一氧化氮等有毒氣體大量排放，并且鍋爐的溫度也長期居高不下，導致熱量大量流失。

2.2 控制裝備水平低

在鍋爐的實際運行中需要通過各種監控和控制裝備來對鍋爐內部的燃燒情況和負載情況做出判斷，進而對燃燒做出調整。但是目前的鍋爐控制裝備的技術水平過低，有些小型企業根本就沒有安裝監測儀表等裝備，工作人員無法掌握鍋爐內的具體情況，那么就無法調整，浪費了資源。

2.3 能源的浪費

在我國還是燃燒鍋爐主導者工業的進程。在我國現有的工業鍋爐中，燃燒鍋爐占據了百分之八十五以上，主要分布在各大型重工業城市。這些工業鍋爐每年對于煤的消耗是一個天文數字，而且因為燃燒效率上不去，這個數字始終降不下來。對于現在的能源來說，已經明顯出現了短缺現象。所以在尋找新能源的同時，重新設計工業鍋爐，提高燃燒效率，降低使用原料用量是我國現在工業的主要出路。

3 我國的能源現狀和工業環保要求

能源是一個國家發展的動力，能源對于國民經濟的發展起著至關重要的作用。我國的能源儲量在世界上都算是比較豐富的，但是因為我國的人口基數過大，使得人均擁有的資源遠不如世界平均水平。而盡管能源儲量豐富，但是開采率和利用率低是不可否認的事實。由于開采技術與發達國家相差甚遠，而且在開采保護上的意識也不高，使得能源在開采階段就有很大程度地浪費。煤炭又在我國的能源中占據著主要地位，目前我國工業的絕大多數能源都是由煤炭提供的。將能源專于一種是不好的也是不科學的，因為煤炭本身的出產量而嚴重制約了我國工業的發展，良好的能源結構應該是將能源需求均勻地分配到各種能源上的，過度依賴煤炭的使用，使得我國的工業發展趨向于畸形。而利用煤炭中導致的環境污染問題也是一個不能回避的事實，因為追求經濟效益而缺少廢氣廢渣處理裝置，嚴重影響了我國的空氣質量和環境。煤炭乃至能源的利用率低也是一個不爭的事實，由于鍋爐種類、煤炭種類、人工操作失誤等原因使煤炭的燃燒效率不充分，使熱量流失掉。

在現在我國工業用煤逐年增長，產煤量卻有下降趨勢，反而在排放有害氣體方面卻有所增長，尤其是二氧化硫氣體，是造成酸雨的元兇，我國要對工業方面進行整頓，首要就是對工業鍋爐方面進行整頓，將能源利用效率提上去而將排放量降下來。在鍋爐中增添節省燃油的設備是可行的，作為鍋爐的主要燃料，燃油的燃燒效率是一定要保證的，節省燃油的設備在一定程度上能夠經過化學變化將燃油中的碳氫化合物去除，再將燃油分子細化，使燃油的燃燒更加充分。而除此之外，在鍋爐的尾部安裝余熱回收裝置也是可行的，在鍋爐排放出來的煙氣中蘊含著大量的熱量，這些熱量完全是可以再被利用的。安裝余熱回收裝置可以對這些能量進行回收并循環使用，與此同時它還有凈化尾氣的作用，將排放出來的廢氣中的二氧化硫等有害氣體分解，達到環保的功效。

4 針對工業鍋爐的一些環保措施

4.1 降低鍋爐使用消耗，提高能源使用效率

首先，進行工業鍋爐的爐膛的設計，其中最主要的是對于爐膛容積的設計，其大小要符合燃料的燃燒標準，即既要保證燃料的充分燃燒，又要讓爐膛剛好被產生的氣體所充滿，而且要設計的有較好的熱傳遞效果，能夠向料坯有效傳熱。在爐膛的設計中要考慮到燃料種類、燃燒的方式、燃燒器的布置和熱負載幾個因素，對于燃料來說，不同的燃料單位重量內燃燒產生的氣體體積是不一樣的，其隨著燃燒所釋放的熱量而定，熱量越高，那么產生的氣體體積就越小，這是因為燃燒充分的緣故。但是如果不同的燃料燃燒所產生的熱量相同的話，那么廢氣的體積肯定是不一樣的。所以在充分燃燒這方面就可以設計出爐膛的高度，依據這個數值再根據其他特點再進行計算最終得出爐膛的高度。但在最后進行爐膛高度的確定時，除了充分燃燒這個特點外，必須要考慮爐膛本身能否容得下燃燒裝置，而且要在容得下的基礎上保證爐內的氣體流動正常、傳熱正常，在滿足上述這些條件下，盡量不要使爐膛過高。

在對工業鍋爐的爐底進行設計時，要充分考慮到抗高溫、耐溫度急變、耐磨、不起氧化反應等特質，因為爐底的上層是與燃燒接觸的，所以必須要耐得住高溫，在對于爐底下層，需要承受整個鍋爐的重量，還要有摩擦、碰撞、氧化、旋轉等過程，會有溫度上的變化，所以對于爐底的耐溫度變化性的要求也較高。此外，在爐內的冷卻水管的滑道會對物料的下表面造成痕跡，在設計中應盡量避免這種情況。當然，最基本的如重量、推鋼機的推程、步距、上下行程等為爐底設計的原始數據。

4.2 高煙囪排放廢氣

在工業鍋爐的排煙設計中，主要對于煙囪和煙道兩方面的設計，在爐內燃料燃燒完畢后，所產生的廢氣進入煙道，再通過煙囪排入大氣，煙道和煙囪完全是兩個概念，兩者的基礎就不一樣，需要分別獨立設計，這樣在發生事故，比如煙囪斷裂下沉，就不會損害到煙道的基礎，僅需要完成對煙囪的修繕就可以了。在煙囪的設計中，高度是一項重要問題，需要根據國家規定的排放標準與煙囪實際高度下的排放標準做比較進行確定，隨后再確定煙囪的直徑。其實提高煙囪的高度對于廢氣本身的數量來說是沒有影響的，它僅是將廢氣排向更高的天空，減少廢氣的著地濃度而已。廢氣中的各種成分在排上大氣后被稀釋，最后落到地上的已經很少了，這是一種指標不治本的方法，僅是將廢氣不排到地面上而已，我們需要是減少廢氣的排放并且對廢氣進行凈化等。

4.3 燃料的選用和改質

燃料的種類不同，單位重量產生的熱量和廢氣情況也不甚相同，對于氫燃料來說，其燃燒火焰幾乎透明且不產生碳黑色，甲醇燃燒也沒有碳黑色。這些都是碳氫化合物，對于這種物質來說，碳氫比重越高，即碳原子越多，那么產生的炭黑就越嚴重，煙塵越大。而于固體、液體燃料來說，碳的比重越多，產生的炭黑和煙塵就越多。在進行燃料的選取上，對硫的含量檢測是必要的，盡量選擇不含硫或者含硫量低的燃料，因為硫在廢氣中一般是以二氧化硫的形式出現，對人體造成危害的同時還會形成酸雨，在特定情況下還會形成腐蝕性較強的硫酸，危害極大。要是所選燃料中含有硫，比如說煤，那么可以通過洗煤的方式將里面的硫成分洗去，或者是在煙道中就對二氧化硫進行處理，將其轉變為固態硫或其他形式從而減少向大氣的排放。而二氧化氮的危害同樣不容小覷，著名的倫敦煙霧事件就是因為二氧化氮在空氣中與光合其他物質發生化學反應生成的光化學煙霧致使多人死亡的。近些年來為了防氮，對燃燒技術有了顯著的改進，而且同樣可以用在煙道脫氮的方式出去二氧化氮。上述提到的高煙囪方法對于減少這兩種有害氣體落到地面也有著一定作用。

4.4 燃燒治理

在工業鍋爐的燃燒過程中，將空氣和燃料的比重增加，即鼓入更多的空氣，可以使燃燒進行的更加充分，這會使排出的煙塵的濃度大為降低。此外，若是將燃料在鍋爐中高溫的時間延長，那么除了可以增加燃燒速率，在燃燒所產生的炭黑、油灰、飛灰也可以加快反應速率，這樣在排出的氣體中有害氣體的濃度將大為下降。

5 結語

在我們的技術和經濟飛快發展的同時，我們居住的環境卻因為我們的疏忽而面目全非，這完全是以環境為代價來換取發展。歐美國家的先例擺在眼前，而現在他們已經意識到了環境對于人類的重要性，他們在建設環保型的工業方面已經領先我們幾十年了，我們從現在開始要轉變觀念，加強環保意識，采取環保型的工業建設措施，為建設一個環境友好型的社會努力。對于目前是我國工業重點的工業鍋爐，要提高其燃燒效率同時做好污染的治理，在保證發展的同時減少對環境的傷害，將我國建設成為環境友好型、資源節約型、可持續發展的國家。

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