鍋爐節(jié)能改造案例分析

趙 軍

(太原市熱力公司，山西 太原 030013)

0 引言

在供暖過(guò)程中，經(jīng)常使用燃煤鍋爐，尤其是我國(guó)北方大部分地區(qū)，燃煤鍋爐的使用更為普遍，這也使得我國(guó)北方地區(qū)的煙塵以及空氣中各種污染物質(zhì)較多，造成了相對(duì)嚴(yán)重的空氣污染問(wèn)題。最近幾年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)，對(duì)于空氣污染問(wèn)題的治理力度也不斷加強(qiáng)，而就燃煤鍋爐來(lái)說(shuō)，控制污染過(guò)程中采取的方式主要為脫硫以及除塵。不過(guò)，這種污染控制方式依舊屬于末端治理的方式，采用這種方式也會(huì)使得企業(yè)運(yùn)行成本有所增加，同時(shí)末端治理方式自身的局限性也導(dǎo)致了污染排放不能得到有效控制。而通過(guò)鍋爐的節(jié)能改造不僅能夠達(dá)到節(jié)約能源消耗的目標(biāo)，同時(shí)由于燃料消耗數(shù)量的減少，也必定使得污染排放的數(shù)量有所減少，因此，鍋爐的節(jié)能改造能夠達(dá)到環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏的效果。

1 實(shí)例分析

某燃煤鍋爐為企業(yè)自用鍋爐，鍋爐設(shè)備用煤使用小車從燃煤堆放場(chǎng)地輸送至上煤斗之中，然后再經(jīng)由上煤斗將燃煤輸送至鍋爐中，燃煤燃燒之后所產(chǎn)生的煙氣首先進(jìn)入省煤器中進(jìn)行換熱處理，在煙氣換熱降溫處理之后再進(jìn)入除塵設(shè)備之中。該燃煤鍋爐每年運(yùn)行320 d，所用燃煤產(chǎn)地為平莊煤礦，燃煤中灰分含量為30%左右，全硫分約為1%，低熱發(fā)熱值約為18 900 kJ/kg。在爐排之上燃煤的前段位置火焰相對(duì)高，中段以及后段位置火焰相對(duì)低，而且爐排之上燃煤并不能充分的燃燒，排渣里面包含有較多的焦炭顆粒。

在對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行研究與測(cè)試之后得出，此設(shè)備目前存在下列問(wèn)題。

1.1 燃煤鍋爐熱效率較低

燃煤鍋爐的平均熱效率值是57%，而燃煤鍋爐的熱效率設(shè)計(jì)值為80%。之所以出現(xiàn)這一問(wèn)題，主要是因?yàn)橄铝性颍?/p>

1)在進(jìn)行給水處理過(guò)程中，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，使得換熱管束之中存在一定的結(jié)垢現(xiàn)象，導(dǎo)致熱阻一定程度上增加，使得熱效率有所降低。

2)爐排之上的燃煤未能均勻燃燒，在前段位置處火焰溫度相對(duì)高，此位置燃煤燃燒的主要物質(zhì)為燃煤中揮發(fā)分，但是，占據(jù)燃煤質(zhì)量90%以上的焦炭卻未能充分進(jìn)行燃燒，并且，爐內(nèi)部的傳熱效果也相對(duì)差，使得后段區(qū)域中焦炭溫度相對(duì)低，對(duì)于燃煤充分燃燒造成不利影響，也會(huì)使得大量的熱量被損失。

3)在鍋爐自身受熱面積之中，輻射面積是30 m2，對(duì)流面積是203 m2，省煤器面積是175 m2。由此我們能夠了解到，省煤器所擁有的換熱面積相對(duì)較大，雖然能夠?qū)⑵渲胁糠譄崮芑厥眨贿^(guò)，燃煤鍋爐系統(tǒng)的煙氣溫度值依舊相對(duì)高，也會(huì)導(dǎo)致熱量損失增加。

燃煤鍋爐出現(xiàn)熱效率不高的問(wèn)題主要是由于燃煤不完全燃燒熱量損失相對(duì)大，之所以會(huì)出現(xiàn)燃煤燃燒不完全的問(wèn)題，這和所使用燃煤材料自身性質(zhì)、燃燒方式以及爐排構(gòu)造等均存在一定的關(guān)聯(lián)性。

1.2 鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的能量輸出不匹配

燃煤鍋爐之前未能加設(shè)省煤裝置，所產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)引風(fēng)機(jī)會(huì)被直接排出至大氣中，使得煙氣帶走大量熱量。另外，由于煙氣的溫度相對(duì)較高，其體積流量也會(huì)有所增加，引風(fēng)機(jī)設(shè)備工作功率將有所增大，使得原配電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。要想確保引風(fēng)機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)一步的增加電機(jī)功率。而在加設(shè)上省煤器裝置之后，煙氣排放的溫度值有所減小，相應(yīng)的體積流量也會(huì)有所減少，此時(shí)引風(fēng)機(jī)便能夠在正常性能曲線之上運(yùn)行，而之前增加了引風(fēng)機(jī)設(shè)備的電機(jī)功率，同樣出現(xiàn)一定的能源浪費(fèi)問(wèn)題。另外，要是對(duì)鼓風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)未能加以合理控制，將導(dǎo)致?tīng)t膛之中空氣過(guò)剩系數(shù)有所增加，使得鍋爐爐膛之中溫度出現(xiàn)降低的問(wèn)題，同樣會(huì)造成較大的熱損失。

2 節(jié)能改造方案

就燃煤鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，進(jìn)行節(jié)能改造的過(guò)程中，主要利用湍流循環(huán)燃燒爐芯板技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，確保爐膛中的空氣過(guò)剩系數(shù)得到有效控制，并且確保火焰能夠充滿爐膛，從而進(jìn)一步提升燃煤燃燒的均勻性，改善鍋爐熱效率。

2.1 湍流循環(huán)燃燒爐芯板技術(shù)節(jié)能改造方案

在爐膛結(jié)構(gòu)的兩側(cè)位置處，沿著爐排方向縱向設(shè)計(jì)擁有氣孔結(jié)構(gòu)的爐芯板，確保在爐膛中能夠形成橫向的煙氣氣流組織。在引風(fēng)機(jī)出口位置加設(shè)相應(yīng)的煙氣管道，將該管道引到爐芯板結(jié)構(gòu)的下方，使之構(gòu)成閉式煙氣循環(huán)體系。在鍋爐二次風(fēng)經(jīng)過(guò)管道之后，達(dá)到爐芯板下方以后，便能夠讓爐排之上的燃煤火焰出現(xiàn)湍流擾動(dòng)，從而確保了火焰前沿反應(yīng)區(qū)域進(jìn)一步加寬，并且還能進(jìn)一步的增加燃燒表面積，有效的激發(fā)燃燒強(qiáng)度，此種方法要較層流燃燒的強(qiáng)度高出很多，當(dāng)燃煤經(jīng)過(guò)相對(duì)寬燃燒區(qū)域之后，便能夠完全的被燃燒，可以釋放更多的熱量。

2.2 自動(dòng)控制技術(shù)節(jié)能改造方案

結(jié)合鍋爐燃燒效率相對(duì)低這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了適宜使用在燃煤鍋爐中的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在此自動(dòng)控制系統(tǒng)中，不僅確保實(shí)時(shí)的對(duì)燃煤鍋爐具體運(yùn)行情況加以監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行自動(dòng)控制，另外，自動(dòng)控制技術(shù)節(jié)能改造方案中也應(yīng)用到了風(fēng)煤比自尋優(yōu)設(shè)計(jì)方法，確保燃煤鍋爐運(yùn)行中能夠保持在最優(yōu)的工況條件之下。通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)節(jié)能改造之后，確保對(duì)燃煤鍋爐的控制擁有多策略性，并且也進(jìn)一步增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。

風(fēng)煤比自尋優(yōu)策略指的是對(duì)送風(fēng)攝動(dòng)信號(hào)響應(yīng)進(jìn)行判斷，分析目前所使用的風(fēng)煤比是不是最優(yōu)，并且將風(fēng)煤比調(diào)整為最優(yōu)狀態(tài)。其具體過(guò)程為：當(dāng)系統(tǒng)處在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)之下時(shí)，便會(huì)施加送風(fēng)攝動(dòng)信號(hào)，而要是爐膛之中溫度有所增加，則表明此時(shí)所采用的風(fēng)煤比要較之前的風(fēng)煤比更優(yōu)。不然，便會(huì)施加反向攝動(dòng)信號(hào)。要是施加正向以及反向攝動(dòng)信號(hào)均未達(dá)到較好效果，則表明目前所使用的風(fēng)煤比是最優(yōu)值。此種優(yōu)化策略針對(duì)不同煤種以及負(fù)荷等均擁有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示。

3 節(jié)能改造后效果分析

在對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造之后，能夠有效節(jié)約20%左右的燃煤消耗，節(jié)省約15%的電能消耗，節(jié)能改造之前以及節(jié)能改造之后燃煤消耗數(shù)量和電能消耗數(shù)量對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 節(jié)能改造之前以及節(jié)能改造之后燃煤消耗數(shù)量和電能消耗數(shù)量對(duì)比數(shù)據(jù)

通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)能夠得出，在經(jīng)過(guò)節(jié)能改造之后，每年能夠節(jié)約2 790 t燃煤，依照燃煤價(jià)格為390元/t計(jì)算，則每年燃煤節(jié)約成本為1 056 510元。在經(jīng)過(guò)節(jié)能改造之后，每年能夠節(jié)約89 106 kWh電能，依照電價(jià)為0.6元/kWh計(jì)算，則每年燃煤節(jié)約成本為53 463.6元，每年總計(jì)節(jié)約成本為1 109 973.6元。節(jié)能改造總投資為300 000元，投資回收期為0.27年，可見(jiàn)節(jié)能改造也擁有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。并且，經(jīng)過(guò)節(jié)能改造之后，每年還能減少煙塵排放量為17.3 t，減少SO2排放量為46.1 t，也表現(xiàn)出了非常良好的環(huán)境效益。

4 結(jié)語(yǔ)

此次節(jié)能改造結(jié)合目前燃煤鍋爐具體運(yùn)行情況，確保鍋爐的燃燒效率以及換熱效率得以有效提升，從而達(dá)到減少燃料消耗的目的，還能有效的減少污染物排放，讓企業(yè)獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，還擁有良好的環(huán)境效益。另外，此次節(jié)能改造采用了風(fēng)煤比自尋優(yōu)方案，針對(duì)不同煤種以及負(fù)荷等均擁有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，具有良好的節(jié)能效果，值得在同種燃煤鍋爐節(jié)能改造中推廣應(yīng)用。

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