燃氣蒸汽鍋爐的節能措施和節能管理研究

鄭東旭

（蘭州市生物制品研究所有限責任公司，甘肅蘭州 730046）

0 引言

燃氣蒸汽鍋爐節能工作直接影響到企業的實際發展，從長遠目標來看還會對我國經濟穩定健康的發展造成一定影響。因此，有必要制定鍋爐的節能減排方案，以進一步促進節能減排工作。但是，目前我國大部分生產企業對于具體的節能措施依然處于摸索過程，并沒有掌握相應的節能措施，以致于浪費了大量的天然氣。為進一步提升節能減排工作的成效，需要提高對燃氣蒸汽鍋爐節能工作的重視，在保證安全的基礎上減小燃氣蒸汽鍋爐的能源消耗，從而進一步提升企業的經濟效益。

1 燃氣蒸汽鍋爐的節能措施

1.1 加設余熱水箱

受鍋爐自身結構的影響，一部分小型燃氣蒸汽鍋爐沒有設計尾部受熱面，這很容易導致排煙溫度過高，一般會超過200 ℃（有的甚至高達300 ℃）。由于這部分煙氣溫度較高（遠高出環境溫度），其中的熱量損耗達到了鍋爐熱損失的50%以上，而且煙氣中大量的余熱不僅被浪費了，還會污染環境，因此，對其進行節能改造很有必要。

為了有效解決上述問題，可以在蒸汽鍋爐上方的排煙口處增設一個余熱水箱。利用余熱水箱的進水管、出水管的作用，與儲水箱相連接，使余熱水箱和儲水箱可以在常壓下穩定運行，還可以有效保證余熱水箱的安全使用。在進水管與儲水箱之間加設循環水泵，循環水泵對儲水箱出來的水施加壓力，使其流入余熱水箱，經過余熱水箱的預熱后，將其轉換成了溫水進入儲水箱內，經過不斷的反復，有效提高進入蒸汽鍋爐的給水溫度。相關數據統計表明，鍋爐給水溫度每提高6 ℃，可以節省燃料約1%，這對提升鍋爐熱效率有重要作用。

1.2 合理配置與運行燃燒器

由于密度較低，天然氣很容易與空氣混合，也容易在空氣中燃燒，正常情況下僅需要較低量的空氣就可以充分燃燒。根據鍋爐節能技術監管的有關規定，正壓燃氣鍋爐排煙處的過量空氣系數在1.15 以下，比燃煤等其他類燃鍋爐規定的系數小很多。如果過量空氣系數較大時，鍋爐的實際排煙量就會不斷增加，同時也會排出更多的熱量。因此，需要合理控制燃氣蒸汽鍋爐排煙處的氧含量以及過量空氣系數，以有效保證燃料的充分燃燒，提升鍋爐的熱效率。燃氣蒸汽鍋爐排煙處的氧含量最好控制在2%～3%，過剩空氣量最好控制在14%左右，此時天然氣可以充分燃燒，熱損失最小。

對于鍋爐燃燒器的調整，可以結合爐膛火焰顏色以及排煙處含氧量[1]：火焰為淺藍色時，鍋爐是正常燃燒；如果火焰發白，則表明風量偏大；而當風量偏小時，火焰則發紅色。根據這一規律，可以隨時觀察爐膛火焰顏色，并檢測排煙處含氧量的變化，而后及時調整燃燒機風氣配比，最終達到降低鍋爐未完全燃燒熱損失的目的。

1.3 鍋爐排污率對鍋爐運行燃料利用率的影響

工業用燃氣蒸汽鍋爐用汽形式主要是飽和蒸汽。可以做一種假設，當沒有其他用熱時，燃氣蒸汽鍋爐熱效率η=，此時鍋爐運行燃料利用率為η'=。其中，η 表示為鍋爐熱效率，η'為鍋爐運行燃燒利用率；Qr是燃料的低位發熱值量；B 是鍋爐實際燃料消耗量；ibq飽和蒸汽焓，igs鍋爐入口給水焓，ips則為鍋爐排污水焓；Dbq為飽和蒸汽量，Dps為鍋爐排污量。

2 燃氣蒸汽鍋爐的節能管理

2.1 優化后勤生活供氣管道設計

首先，閥門與管道接頭等部位經過長期使用后，會出現蒸汽泄漏等問題，對熱能轉換效率造成嚴重影響，所以，為了保證安全閥、減壓閥可以正常工作，使得管道蒸汽壓力能夠維持穩定，需要定期做好為設備的維護工作。例如，部分經由蒸汽混入管道內的空氣會對管道壓力造成嚴重影響，導致蒸汽溫度發生變化，因此需要找到一個適宜的地點裝設疏水器，使管道可以自動排出空氣。其次，一般情況下，如果蒸汽配管管徑熱能損耗較少，則對應的性價比就較高，但如果采用小管，則會因管內蒸汽流速太快而導致管道共振的情況，因此對主管道的管徑有要求（選用的管道最好可以將流速控制在50 m/s 左右）。另外，不同蒸汽對應的管內蒸汽流速也不同，如飽和蒸汽就以25 m/s 左右最好。所以，蒸汽流速決定了管徑的大小。還有，對于蒸汽使用點的管道走向，需要優先考慮最短距離，如果無法避免距離過長的問題，則要考慮管道熱膨脹的問題，特別是在選擇彎管膨脹時要格外注意。

2.2 選用高溫汽水混合回收設備

傳統蒸汽熱回收設備需要消耗大量的燃料，以保持正常的生產狀態，相比之下高溫汽水混合回收設備可以直接將熱焓經過高溫凝結水、閃蒸回收壓入到鍋爐內，可以理解為構成了“產汽—用汽—產汽”的封閉式循環系統，這種保留蒸汽的方法，不僅具有密封性還可以實現加壓，有效提升了蒸汽的熱利用率，同時也在很大程度上減少了鍋爐對電能、鹽、運行以及大量軟水的消耗，有利于節約能源（節能效果約25%）。此外，高溫汽水混合回收設備可以對高溫凝結水回收率起到重要作用，提高了約90%，能夠降低鍋爐燃燒負荷低于20%，不僅可以保證鍋爐蒸汽壓力，同時還可以顯著提升鍋爐產汽性能。將高溫汽水混合回收設備應用到企業中，預期可以在半年內實現資金的全部回收。

2.3 采用離子交換軟化法

通常情況下，鍋爐用水一般會含有鎂、鈣等成分，含有這些物質的水會在鍋內形成碳酸鈣垢，對熱能轉換產生嚴重影響。而離子交換軟化法的原理就是利用離子交換，將軟化器中的鈉離子與水內的鎂、鈣離子進行交換，而后通過作用將鈉離子是釋放出來，達到軟化水質的作用，從而有效減少熱能轉換產生的不良影響[2]。通過鈉鹽溶液的處理，吸附飽和后的樹脂可再次轉化為鈉型，同時可以進一步完成交換工作。

3 燃氣蒸汽鍋爐的安全管理

3.1 加強對蒸汽鍋爐的維護和保養

為了實現燃氣蒸汽鍋爐的節能減排，首要任務是要做好燃氣蒸汽鍋爐的安全管理工作。因此，企業在安裝蒸汽鍋爐前需要向當地質量技術監督局遞交申請報告，得到許可后再實施安裝、改造、修理。在實際安裝過程中，需要由當地鍋爐安全檢查部門負責監督，達到標準后使用合格的登記證進行安裝，如果企業沒有該證件，則不允許使用蒸汽鍋爐。當蒸汽鍋爐正式投入使用后，企業要做好鍋爐、附件、管道等的維護、檢修、保養工作，通過定期的維修和保養可提高鍋爐耐久度，延長使用壽命，同時也進一步保證鍋爐在實際使用過程中的安全性。再有，當鍋爐運行時，要做好清潔工作，避免出現滲漏、污垢、銹跡、腐蝕等情況，對正常使用造成影響，同時還應詳細記錄設備維修保養情況。

3.2 加強管理鍋爐操作人員

對鍋爐操作人員的管理對提高燃氣蒸汽鍋爐的安全性具有重要影響，需要提高重視度。首先，不允許操作人員兼職其他工作，進而保障鍋爐可以安全操作。其次，為了避免由于操作人員疲勞導致鍋爐安全隱患的問題，要合理分配操作人員，保證日工作時間控制在8 h 以內。最后，要明確規定禁止操作人員在實際工作過程中出現瞌睡、擅離崗位、在崗睡覺等行為，禁止在鍋爐房內用火作業等違規行為。

3.3 建立完善的安全管理制度

安全管理制度的建立對保證燃氣蒸汽鍋爐的安全具有重要影響，因此，需要加強力度建設完善的安全管理制度，提高落實度。首先，對于相關人員，要求其學習鍋爐專業知識并運用到實際工作中，進而提升鍋爐使用的安全性、經濟性、節能性。對鍋爐管理人員要進行必要的考核，要求獲得資格證書后才允許上崗。其次，在工作交接班時，需要根據實際規定做好交接班準備工作，對鍋爐壓力表、溫度計、水位表等情況進行嚴格查看，而后與實際運作記錄進行核對，保證鍋爐運作正常。此外，如果接班人員沒有在規定時間內到達工作崗位，交班人員也不能擅離崗位。

3.4 全面掌握蒸汽鍋爐缺水爆炸機理

在鍋爐運行過程中，一旦出現極度缺水情況，則會導致鍋爐受壓部件金屬由于沒有及時獲得爐水而冷卻，造成金屬溫度迅速上升，如果工作人不了解情況突然加水，會因為高溫作用將水汽化進而產生高壓，導致金屬發生淬火現象，如果金屬非常脆，則會造成嚴重的爆炸[3]。因此，不能在鍋爐缺水嚴重時加注水，而需要立即撤火，采取緊急停爐措施，最大限度降低爆炸概率。

4 結語

通過對燃氣蒸汽鍋爐的節能措施、節能管理工作以及安全管理的研究，可以更好地促進這一行業的發展。企業也要提高對燃氣蒸汽鍋爐的節能措施落實，通過有效的方法加強構建節能管理體系，利用先進設備與技術提高企業經濟效益，為社會的現代化建設提供保障[4]。