工業鍋爐節能技術探討

顧一稼，陳俊萍，翁麗芬

(中國新型建材設計研究院，杭州 310003)

工業鍋爐節能技術探討

顧一稼，陳俊萍，翁麗芬

(中國新型建材設計研究院，杭州 310003)

工業鍋爐節能不僅靠合理的設備選用還要靠科學的運行技術來實現。文中通過我國燃煤工業鍋爐運行效率介紹，分析了目前我國燃煤工業鍋爐運行效率偏低原因，結合工作實際及常見問題，從鍋爐選型、富氧燃燒技術、排煙余熱利用、設備維護等方面，提出了提高運行效率的節能技術和管理措施。對鍋爐的科學運行管理有重要的指導作用。

工業鍋爐；運行效率；節能技術

0 引 言

工業鍋爐是生產中主要的熱能設備，為工礦企業提供蒸汽或熱水以滿足生產工藝、動力以及采暖等。目前我國在用工業鍋爐近85%是燃煤鍋爐，其中又以鏈條爐排鍋爐為主。我國目前燃煤工業鍋爐的現狀不容樂觀：一是運行效率低下，設計效率一般為72%～80%，而實際運行熱效率大多為60%～65%，與國際水平相差15～20個百分點；二是污染嚴重，數據顯示，2010年，中國燃煤工業鍋爐SO2排放量約為1 000萬t，NOx約200萬t，粉塵約100萬t，廢渣約9000萬t，是我國僅次于燃煤發電的第二大燃煤型污染源。根據“十二五”節能減排目標，到2015年，全國萬元國內生產總值能耗下降到0.869 t標準煤，比2010年的1.034 t標準煤下降16%，如果燃煤工業鍋爐的熱效率整體由65%提高到80%，那么每年至少可以節約1.3億t燃煤，可見燃煤工業鍋爐節能潛力巨大。如何提高其節能技術，是一個值得探討的問題。

1 在用工業鍋爐存在的問題

除去目前鍋爐用煤品質參差不齊導致熱效率不穩定的外部原因，在用燃煤工業鍋爐本身存在的問題[1]包括諸如工業鍋爐平均容量小，負荷系數低(我國在用工業鍋爐平均容量約2.5 MW/臺，設計容量與實際負荷偏差較大,鍋爐常處于低負荷運行工況)、鍋爐設備本身的不足(如漏煤量偏大、密封不嚴、連通管等部件不保溫、受熱面內外分別結積水垢和灰垢等問題)、鍋爐運行監測自動化水平不高、燃燒設備效率低、鍋爐輔機配套質量不高。其他還包括鍋爐水質普遍達不到標準要求，排煙余熱、冷凝水綜合利用率低等一系列問題。

以燃燒設備為例，我國的燃煤鍋爐燃燒設備通常采用普通鑄件，且大多數零部件采用火焰切割冷加工件。由于爐排鑄件質量不高，造成爐排片間隙過大或不一，爐排周邊泄漏，使得進入燃燒空間的空氣短路，導致一邊燃燒風量不足，另一邊未參與燃燒的空氣量過大等[2]。這與我國采用國外進口的燃油燃氣鍋爐的燃燒設備差距較大，鍋爐效率至少相差10個百分點。當前的現實需要對燃煤鍋爐燃燒系統進行全面優化。

2 工業鍋爐的節能途徑

研究和推廣工業鍋爐節能技術具有實際可觀的經濟效益、環境效益和社會效益。工業鍋爐節能要靠合理的設備選用和科學的運行技術實現。需從設備選型、燃料配備、燃燒控制、管網、回收設備、水處理設備和作業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、排煙余熱利用、設備維護等方面進行分析。

2.1 工業鍋爐的選型

鍋爐的選型原則應是使運行中的每臺鍋爐都保持高負荷系數。因為鍋爐若在額定負荷下運行則熱效率可達70%以上，若鍋爐常在低負荷工況下運行，熱效率不高，如只有額定出力的四分之一時，其熱效率甚至達不到50%。而在用工業鍋爐普遍存在的問題就是鍋爐設計容量與實際負荷偏差較大[3]，鍋爐常工作在低負荷工況，造成運行熱效率降低。因此鍋爐設計容量與負荷匹配是非常重要的，這與設計選型有關。根據筆者經驗，在設計院設計選型階段，應認真核算鍋爐使用企業的實際需求量，一年中大多數時間的基本需求量及其可能出現的峰谷值，盡量準確，否則，對于設計師來說，寧可選富裕量大一點的設備，也不希望出現額定出力達不到要求的情況，影響了正常的生產生活。但是一旦富裕量過大，就容易出現鍋爐低負荷運行，熱效率降低的現象。鍋爐選型時宜采用2～3臺，大容量和小容量互相搭配，大容量鍋爐承擔基本負荷，小容量鍋爐用于調峰，或者在夏季等負荷需求量特別低時，只開小容量鍋爐，無論哪一種鍋爐在運行中，都必須保持高負荷系數。當然鍋爐的選型應與當地長期供應的煤種相匹配。

2.2 富氧燃燒技術

傳統鍋爐的一個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。既浪費了大量能源又污染了環境。大氣中含氧量約21%，而實踐證明，若燃燒中含氧量達到25%以上，有利于燃燒反應完全，煤渣燃盡率就可提高，從而可節約能源20%。富氧燃燒技術就是用物理方法將空氣中的氧氣進行收集，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。其中微富氧燃燒絕大多數的傳統燃燒器都可采用。用這幾種富氧空氣助燃可以提高熱效率，降低燃料消耗量，達到節能也減排的目的。西方一些發達國家要求全部新增的工業爐窯、工業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%。工業鍋爐的排煙溫度一般在170～250 ℃ 左右，所以通過對工業鍋爐排煙余熱的回收是鍋爐提高熱效率，節約能源的最有效途徑。在空預器之后、脫硫塔之前煙道的合適位置通過加裝煙氣冷卻器，用來加熱凝結水、鍋爐送風或城市熱網低溫回水，回收部分熱量，從而達到節能提效、節水效果。采用低壓省煤器技術，若排煙溫度降低30 ℃，機組供電煤耗可降低1.8 g/kWh，脫硫系統耗水量減少70%。適用于排煙溫度比設計值偏高20 ℃以上的機組。

還可用熱管余熱回收器來回收煙氣中的熱量。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至另一端，使排煙溫度降至接近露點而減少熱量排放損失。回收的熱量根據需要加熱水用作鍋爐補水和生活用水，或加熱空氣用作鍋爐助燃風或干燥物料。提高鍋爐和工業窯爐的熱效率，充分利用排煙余熱達到節能的目的。

2.4 鍋爐設備維護

鍋爐設備的完好程度對鍋爐的熱效率影響很大，因此須加強設備維護工作。

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

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

鍋內加藥處理適用范圍廣，操作方便，投資少，防垢達80%以上。壓力較高的鍋爐是在進行鍋外水處理的同時，輔以鍋內水處理。可以每天在鍋內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再生。通過采用鍋爐除垢劑和電子防垢器，防垢與除垢相結合，優化水汽循環系統，合理控制鍋爐的排污率，從而減少水垢，提高鍋爐熱效率。當然使用單位鍋爐水質監督對防垢除垢的效果非常重要。

(3)加強保溫和堵漏：由于鍋爐爐墻、汽水管道的溫度比周圍環境溫度高, 因而要對高溫爐體及管道進行絕熱保溫，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、復合硅酸鹽保溫材料、硅藻土輕質澆注料等。

鍋爐漏風也是影響機組性能的因素之一，對于平衡通風鍋爐，冷空氣從爐膛和對流受熱面爐墻開口以及打開的觀火口等處漏入鍋爐。部分鍋爐漏風進入溫度較低的對流受熱面區域，這個區域的溫度不足以支持燃料和空氣之間的化學反應。隨著鍋爐漏風的增加，機組性能將會降低，引起機組熱耗的惡化。為優化機組性能，有必要定期檢查鍋爐漏風量。

2.5 其他方面

(1)普及高性能產品，采用清潔燃料和潔凈燃燒技術的高效、節能、低污染工業鍋爐是發展趨勢。

(2)通過適當增大管徑、減少彎頭、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。機組熱效率可提高0.1%～0.2%。

(3)鍋爐應采用智能化動態監控運行方式，使整套系統配套運行達到最佳狀態，這對于保證鍋爐安全、控制鍋爐燃燒、提高鍋爐效率有著重要的作用。但現實往往是，剛投產運行時是采用自動監控的，一段時間后，監測儀器儀表很容易出現故障，然后就廢棄了，改為人工監測，這往往需要花費很長時間摸索運行經驗，但是也達不到智能化監測的效果。因此，選用高質量的儀器儀表以配合整個鍋爐運行的智能化監控也是很重要的一面。

(4)提高鍋爐作業人員的素質，定期對他們進行業務培訓，這是工業鍋爐在運行階段提高效率，降低能耗的重要保證。

3 結束語

工業燃煤鍋爐在國民經濟和社會發展中的地位和重要性人盡皆知。以上只是針對現有工業鍋爐產品談了一些節能措施，但現有產品與建設資源節約型和環境友好型社會的目標有較大差距。一是逐步淘汰效率低、環境污染嚴重的舊式燃煤鍋爐，因地制宜地對其進行技術改造。二是采用清潔燃料和潔凈燃燒技術的高效、節能、低污染工業鍋爐，將是今后產品發展的趨勢。鍋爐企業應提高自主開發和創新能力，使產品性能質量適應人們不斷提高的對生態環境與經濟發展的需求。

[1] 丁 波.我國工業鍋爐的現狀及節能途徑[J]. 能源研究與利用,2011(2):52-53.

[2] 楊春海,沈 偉,等.我國工業鍋爐行業現狀分析及發展對策[J].機電信息,2008(4):32-34.

[3] 胡玉龍,孟 慶,等.在用工業鍋爐節能運行與改造[J].應用能源技術,2009(3):15-16.

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

[5] 鄭維澄.工業鍋爐能耗問題及節能措施[J]. 質量技術監督研究,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，高級工程師，從事動力專業的相關設計工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.06.006

TK229.2

B

1009-3230(2015)06-0028-04