新型燃料及節能設備在鍋爐環保中的研究與利用

王大豐 于莉娜 孫文斌 王大為

萊州合德鍋爐有限公司 山東 萊州 261400

引言

在本次研究工作開展過程中，首先分析了鍋爐的發展，并就環保鍋爐及其所用燃料進行了分析，隨后圍繞鍋爐環保設備、燃料的技術創新以及未來研發方向進行了探討，最后，對鍋爐環保設備以及燃料的產品開發進行了探究，旨在通過本次研究工作的展開，進一步為鍋爐環保工作開展質量提升起到促進作用[1]。

1 鍋爐的發展

鍋爐主要是由鍋與爐共同組成，18世紀首次出現了鍋爐的雛形，20世紀中期出現了水管鍋爐，70年代出現了單容量為27兆帕壓力配1300兆瓦發電機組。隨著石油的不斷開發，直水管鍋爐進行了升級，出現了機械化爐排，而自鍋爐容量越來越大，且為了進一步降低燃料燃燒期間的污染物排出量，環保鍋爐正式登上工業生產舞臺。

2 工業鍋爐要素分析

2.1 人

所謂人，即工業鍋爐運行管理與操作的工作人員，現如今人員培訓不受關注，造成運行管理工作人員素質良莠不齊，節能減排技能不足，意識薄弱。人是節能減排的主體，比起監測與診斷、調整與控制這部分外部因素，對節能減排影響較大的就是人的行為，并且出現的問題也很多。

2.2 燃料

燃料，即工業鍋爐燃料，中國當前的煤炭工業并未實現工業鍋爐燃料合理劃分與供應，眾所周知，適合鍋爐的燃料就是煤塊，適于煤粉爐的燃料為煤粉，因而煤炭行業需要對工業鍋爐燃料進行合理分類。現如今燃料供應的現實情況是促使鍋爐爐前成型依托的是爐前配煤技術，此乃工業鍋爐節能減排的重要物質保障[2]。

2.3 輔機

鍋爐輔機是指鍋爐附屬機械設備，其主要包含了磨煤機、給煤機、風機、引風機、返料風機、爐排、除渣機械等。其特點是熱響應快，控溫精度高，綜合熱效率高，能夠發揮出關鍵性的作用。工業鍋爐輔機能夠實現原料機械化持續供應燃燒與供應、配風與排渣等功能，現如今，輔機與節能減排層面的關鍵問題為機米不完整，產品質量缺乏穩定性，系統銜接不當等。

2.4 控

控即工業鍋爐監測與診斷、調整與控制。當前工業鍋爐大部分不具備系統集成自控裝置，不能對熱工參烽進行在線檢測、診斷與調整，因而不能夠控制工業鍋爐節能減排具體情況。

2.5 鍋爐

工業鍋爐節能減排的前提條件為原料機械化持續燃燒，如此能夠使工業鍋爐持續提供穩定的負荷，促使供煤與燃燒等持續。需要開發機械化持續燃燒的工業鍋爐，盡可能摒棄人工生活鍋爐。中國工業鍋爐節能減排硬件缺陷為燃料與配風均勻性低，變化劇烈的煤種沒有高效的燃燒調整技術，造成爐渣含碳量過高，排煙溫度超標[3]。

3 環保鍋爐及其燃料分析

隨著國家對于環保工作的重視程度逐年增加，現階段工業生產方面對于燃料的應用種類上主要以生物質和水煤漿為主，其中水煤漿環保鍋爐的設計原理，主要依賴于液態煤基燃料燃燒機理所研發而成，通過對傳統鍋爐的有效升級和優化，在極大程度上將鍋爐熱效率進行了提升，同時在污染物的排放量方面，也起到了減少作用，進一步與國家可持續發展戰略內容相符合。在進行鍋爐燃料分析時能夠發現，現階段水煤漿是一種新型的清潔燃料，雖然該種燃料在本質上仍舊是由煤炭所構成，但是此種燃料在其中額外添加了化學添加劑和水，并在專用燃料生產設備的細化與研磨之下，而制作出的一種更加均勻且穩定的水煤漿新式燃料。

而生物質燃料是指將生物質材料燃燒作為燃料，一般主要是農林廢棄物（如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等）。主要區別于化石燃料。在目前的國家政策和環保標準中，直接燃燒生物質屬于高污染燃料，只在農村的大灶中使用，不允許在城市中使用。生物質燃料的應用，實際主要是生物質成型燃料（Biomass Moulding Fuel，BMF），是將農林廢物作為原材料，經過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型（如塊狀、顆粒狀等）的，可直接燃燒的一種新型清潔燃料[4]。

4 鍋爐環保設備以及燃料的技術創新方向分析

通過對我國當前的工業生產進行分析分析能夠發現，我國當前仍舊以煤炭作為主要燃燒材料，在社會經濟生產中對于煤炭的需求量仍舊很高，此種需求結果下，代表著燃煤鍋爐在未來的很長一段時間內均會在工業生產中的鍋爐應用期間占據主要地位，而此時居于國家節能降耗戰略發展視角進行分析，從工業鍋爐的技術層面進行創新十分有必要。期間，需要不僅需要圍繞鍋爐本身進行結構構成方面的創新和升級，同時在鍋爐運行控制技術以及燃燒設備應用方面也需進行全面的創新，從而開發出更能夠適應工業生產效率，且能夠精準滿足負荷變化規律、煤質多變等新型節能環保技術。此外，還需居于燃料污染物排出量降低的視角進行燃料的技術創新，并同步降低煙塵等污染物排放量[5]。

5 鍋爐環保設備的未來研究趨勢

5.1 層燃燃燒自動控制技術以及系統研發趨勢

我國燃煤鏈條爐排鍋爐的運行水平一直較低，各使用單位對鍋爐出力的要求也不盡相同，除了設備選型不符合生產現狀的原因之外，運行操作基本依靠司爐工經驗，并沒有形成一套程序化、體系化的控制系統。致使鍋爐長期處于非最佳工況運行，鍋爐實際運行效率往往達不到設計效率。發展機電一體化技術，提高系統綜合自動檢測、診斷、控制水平，是目前實現燃煤工業鍋爐節能降耗的重要技術途徑[6]。

5.2 大型燃煤爐的改進優化趨勢

近年來隨著城市產業結構調整、工業園區的建設和集中供熱、熱電聯產的推行，大容量鍋爐的市場需求持續擴大，已成為行業部分企業的主導產品，因此改進、優化、開發大型燃煤工業鍋爐技術和產品對于促進產業發展意義重大。

6 鍋爐環保設備以及燃料的產品開發探究

6.1 燃油氣鍋技術與產品開發

在進行燃油氣鍋技術及產品開發時，可以從兩個方面展開:a.整體冷凝式燃油氣鍋爐技術及產品的開發。此項技術的應用，最初起源于歐洲，技術應用期間，主要利用水蒸氣凝結潛熱實現能源轉換，同時對于排煙溫度具有一定的降低效果，優化鍋爐的熱效率，進行該項熱效率的計算時，主要按照燃料的低位法熱量進行計算。同時，該項技術研發后，能夠進一步針對鍋爐散發煙氣中的有害氣體散發量加以降低，從而實現節能目標之時同步達成環保目標。b.低燃燒器技術的研究與開發。在該項技術的研發期間，主要就組織力量加以運用，開發出新型的油氣燃燒器這一關鍵技術以及相關產品，此項技術在后續的應用中可以形成產業化的應用規模，使用范圍主要集中在國內中小型燃氣鍋爐運行過程中[7]。

6.2 燃生物質工業鍋爐技術研究與產品開發工作

在進行燃生物質工業鍋爐技術研究與產品開發時，主要包括以下內容:a.針對中小型容量的燃生物質鍋爐加以研究和開發。這是因為生物質種類繁多，不同種類的生物質燃料特性和燃燒特性差別很大，對生物質燃燒設備和燃燒技術的要求不一樣。應根據不同種類生物質燃料的燃燒特性，開發不同類型的燃燒技術，并研制相應的燃燒設備。所以，對生物質原料進行加工處理，制成生物質成型燃料，對水分、揮發分、灰分、熱值、尺寸等形成嚴格的統一標準，這樣能夠針對生物質成型燃料的燃料特性和燃燒特性合理選擇燃燒方式及燃燒設備。通常情況下，生物質燃料會存在一定的碳含量，但是該種燃料的碳含量較低，且整體燃燒時間很短，不具備耐燒性。期間，由于水分含量較高，所以鍋爐之內的溫度相對較低，想要確保燃燒的穩定性相對比較難。在進行農作物的燃燒時，由于該類物質中含有大量的堿性物質，很容易在鍋爐之內形成對換熱面情況，導致爐內出現嚴重的腐蝕問題，在這一基礎上，進行生物質燃燒技術的開發時，應該將研發的重點集中在對于生物質燃料性質的分析層面。b.物料處理技術的研究以及開發工作探究，研發期間，會重點針對生物質的原料來源地進行更具分散性的分析，同時還需做好相應的收集、運輸、保存工作的開展質量，并做好生物質燃料的輸送、給料以及運行控制等工作的系統關鍵技術的研發工作，確保研發出的技術應用后，能夠進一步提升生物質資源的利用總成本得以降低，并最大程度降低鍋爐燃燒對于環境的不良污染影響。目前在生物質成型燃料燃燒技術開發利用過程中，大多數學者對生物質燃燒技術進行了深入研究，但對生物質收集、處理技術和生物質成型燃料制造設備的研究較少。因此，在研究生物質燃燒技術的同時，必須對生物質成型燃料制造設備進行研究，提高生物質成型燃料加工效率，制取各項組分統一的生物質成型燃料，形成生物質成型燃料的企業標準。c.容量不同的生物質成型燃料鍋爐選用的燃燒方式不一樣。對于容量在35t/h以下的生物質成型燃料鍋爐，可以采用水；令振動式爐排爐進行燃燒利用，在保證生物質成型燃料充分燃燒的情況下，通過水冷振動式爐排爐能夠有效地降低爐排受熱溫度，同時可以解決生物質結焦的問題。對于容量在35t/h以上的生物質成型燃料鍋爐可以采用流化床鍋爐，爐內燃燒溫度控制在800℃左右，使爐內溫度低于生物質的灰熔點，有效地解決生物質結焦的問題，同時低溫下燃燒能夠降低氮氧化物的生成，從而確保煙氣排放滿足環保要求[8]。

7 結束語

通過對全文內容進行綜合分析能夠得出，在我國的工業生產和國民日常生活中，尤其是北方居民的冬季生活中，對于工業鍋爐的使用依賴性更強。由此可見，無論是在社會發展中，還是在民生建設中，對于鍋爐的需求性均十分高，此時針對鍋爐能源消耗進行更深入性的節能管理和技術研發十分關鍵，不僅能夠促進經濟的進一步發展，且對其所導致的環境破壞問題解決也能夠起到顯著的促進作用。