工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：為實(shí)現(xiàn)工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排、控制鍋爐污染物排放量和降低能耗，本文進(jìn)行了工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)研究。該節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)引入三輥式分層給煤裝置，可進(jìn)行分層燃燒。根據(jù)熱量平衡的原理，提出降低工業(yè)燃燒鍋爐內(nèi)部阻力的策略。明確工業(yè)燃煤鍋爐濕法除塵廢水水質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)濕法除塵廢水循環(huán)回用。實(shí)例應(yīng)用證明，應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)后，鍋爐污染物排放量得到有效控制，能源和電量消耗顯著降低，能夠達(dá)到鍋爐節(jié)能減排預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；減排；燃煤鍋爐

中圖分類號：TK 16" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在目前的能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)發(fā)展背景下，工業(yè)燃煤鍋爐的節(jié)能減排技術(shù)研究尤為重要。現(xiàn)有的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排技術(shù)主要圍繞提高燃燒效率、減少污染物排放和余熱回收利用等方面展開。其中，燃燒優(yōu)化技術(shù)采用調(diào)整燃燒器結(jié)構(gòu)、燃料配比和燃燒方式等手段提高燃燒效率，減少未燃盡損失；余熱回收技術(shù)利用鍋爐排放的廢熱進(jìn)行發(fā)電、供暖和制冷等，以實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。

現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多不足。李久成[1]提出的基于低氮燃燒器+廢氣再循環(huán)技術(shù)的節(jié)能減排改造方法雖然能提高燃燒效率，但是受限于燃料品質(zhì)和燃燒設(shè)備本身的性能，難以取得良好的節(jié)能減排效果。向同瓊等[2]提出的生物質(zhì)成型燃料鍋爐節(jié)能減排技術(shù)雖然能有效去除煙氣中的污染物，但是處理過程復(fù)雜、能耗高且投資大，還易產(chǎn)生二次污染。

因此，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，進(jìn)行工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。本文旨在探索新的節(jié)能減排技術(shù)，提高工業(yè)燃煤鍋爐的能源利用效率，降低污染物排放，為工業(yè)綠色發(fā)展提供有力支撐。

1 節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)

1.1 分層燃燒

本文為實(shí)現(xiàn)工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排，引入三輥式分層給煤裝置，以實(shí)現(xiàn)分層燃燒。分層燃燒結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該裝置的核心部分包括濕煤攪拌機(jī)構(gòu)、煤流轉(zhuǎn)移輥、煤層調(diào)整輥以及靈活配置的篩分結(jié)構(gòu)。燃煤由煤斗倒入濕煤攪拌機(jī)構(gòu)上方。在重力和攪拌機(jī)構(gòu)的作用下，燃煤被均勻攪動并傳送至煤流轉(zhuǎn)移輥。篩分系統(tǒng)根據(jù)燃煤的顆粒大小進(jìn)行精細(xì)化分層，顆粒較大的燃煤被分配至底部，適中的顆粒位于中層，細(xì)小顆粒的則位于上層[3]。最終，經(jīng)過精心篩分的燃煤在爐排上形成有序的分層結(jié)構(gòu)，以滿足燃燒需求。在該過程中，鍋爐熱效率得到了顯著提高，鍋爐熱效率為排煙熱損失量、氣體未完全燃燒產(chǎn)生的損失量、固體未完全燃燒產(chǎn)生的損失量、散熱損失量以及灰渣物理損失量之和與100%的差值。由此可知，鍋爐熱效率的核心影響因素是各項(xiàng)熱損失的程度[4]。在眾多熱損失中，排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失具有顯著影響。

當(dāng)燃煤通過分層燃燒裝置后，其燃燒過程得到了顯著優(yōu)化。這種分層燃燒技術(shù)不僅能使燃燒更充分，還能有效降低爐渣中的含碳量，減少了漏煤的損失[5]。此外，由于分層燃燒的設(shè)計(jì)降低了通風(fēng)阻力，鼓引風(fēng)量相應(yīng)減少，因此排煙量減少，排煙熱損失也因此得到降低。

綜上所述，通過減少各項(xiàng)熱損失，特別是排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失，分層燃燒技術(shù)可顯著提升鍋爐熱效率。

1.2 降低工業(yè)燃燒鍋爐內(nèi)部阻力

在鍋爐的正常運(yùn)行過程中，當(dāng)實(shí)際循環(huán)水流量接近其額定值時(shí)，鍋爐內(nèi)部的阻力通常維持在0.05MPa～0.1MPa。然而，在實(shí)際操作中，如果操作失當(dāng)或缺乏細(xì)致檢查，鍋爐的實(shí)際運(yùn)行阻力就會顯著超出該范圍。導(dǎo)致這種阻力異常增加的主要原因是鍋爐的實(shí)際循環(huán)水量顯著超過其額定流量[6]。為了準(zhǔn)確計(jì)算鍋爐所需循環(huán)水量，可以根據(jù)熱量平衡的原理，即鍋爐釋放的熱量應(yīng)等于水吸收的熱量，精確地確定鍋爐在特定工況下所需的循環(huán)水量為工業(yè)燃燒鍋爐額定發(fā)熱量與工業(yè)燃燒鍋爐額定發(fā)熱量、鍋爐額定回水溫度的差值，并與860相乘。在實(shí)際供暖操作中，多數(shù)鍋爐房傾向于大流量、小溫差的供暖策略。該方法可增加循環(huán)水泵的流量，保證外網(wǎng)最遠(yuǎn)端或供熱條件最不利的用戶也能獲得充足的流量，從而顯著提升整體供暖效果[7]。泵在不同工況下的軸功率為水泵揚(yáng)程乘以水泵流量與水泵效率乘以367的比值。在供暖的實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐內(nèi)部阻力過大會導(dǎo)致循環(huán)泵揚(yáng)程增加。為了保證供暖末端用戶的室內(nèi)溫度達(dá)標(biāo)，需要提升循環(huán)泵的電機(jī)功率。然而電機(jī)功率增加將直接導(dǎo)致系統(tǒng)耗電量大幅攀升[8]。針對上述問題，本文提出降低鍋爐內(nèi)部阻力的方法。首先，在鍋爐運(yùn)行過程中，需要根據(jù)實(shí)時(shí)燃燒狀況靈活調(diào)整運(yùn)行參數(shù)[9]。尤其需要持續(xù)監(jiān)控鍋爐的循環(huán)流量變化，并微調(diào)鍋爐進(jìn)出口的閥門，使實(shí)際循環(huán)流量與額定循環(huán)流量保持相近水平。其次，應(yīng)適時(shí)更換阻力系數(shù)較大的閥門，以減少流體流經(jīng)這些閥門時(shí)產(chǎn)生的額外阻力。最后，定期清理循環(huán)泵出口的除污器，避免其堵塞影響流體流通，降低內(nèi)部阻力。

采用以上3項(xiàng)措施，可有效降低鍋爐的內(nèi)部阻力，循環(huán)水泵的揚(yáng)程和電機(jī)功率也會隨之下降，從而減少耗電量，降低整體生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1.3 濕法除塵廢水循環(huán)回用

煤炭包括多種元素，例如碳（C）、氮（N）、硫（S）以及灰分。鍋爐中的煤炭燃燒后產(chǎn)生的煙氣包括二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）等有害氣體和煙塵。當(dāng)這些煙氣經(jīng)管除塵脫硫裝置時(shí)，其中的SO2、CO2等酸性氣體會與除塵器內(nèi)的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸氫鹽（HSO3-）、硫酸氫鹽（HSO4-）和碳酸氫鹽（HCO3-），導(dǎo)致除塵廢水的pH值降低。同時(shí)，煙塵中的顆粒物會增加廢水中的懸浮物含量。濕法除塵廢水中所含的酸性物質(zhì)和懸浮物的具體含量會受鍋爐所用煤種的影響而產(chǎn)生變化[10]。不同煤種下濕法除塵廢水的水質(zhì)情況見表1。

表1 工業(yè)燃煤鍋爐濕法除塵廢水水質(zhì)

指標(biāo) 數(shù)據(jù)

pH值 2～4

Mg2+/（mg?L-1） 45～65

CODcr/（mg?L-1） 55～305

SS/（mg?L-1） 205～1050

HCO3-/（mg?L-1） 305～705

HSO4-/（mg?L-1） 405～805

Ca2+/（mg?L-1） 105～205

F-/（mg?L-1） 10～20

可采用中和處理技術(shù)對濕法除塵廢水進(jìn)行處理。在處理酸性廢水過程中，常用方法是添加堿性物質(zhì)來進(jìn)行中和酸性廢水。常用的中和劑之一是石灰，主要原因是石灰成本較低并具備混凝功能。然而石灰的使用也存在顯著缺陷。在中和反應(yīng)過程中，石灰生成的硫酸鈣（CaSO4）溶解度有限，易形成覆蓋層，會阻礙進(jìn)一步反應(yīng)，影響中和速度和效果。而使用氫氧化鈉（NaOH）和碳酸鈉（Na2CO3）進(jìn)行中和反應(yīng)的效果通常優(yōu)于石灰，但是成本較高。燃煤鍋爐產(chǎn)生的爐渣中含有堿性物質(zhì)。如果將爐渣用于過濾除塵廢水，不僅能觸發(fā)中和反應(yīng)，還能利用其疏松多孔的特性有效過濾懸浮物。這種以廢治廢的策略在實(shí)際應(yīng)用中具有高度的實(shí)用性，是廢水處理領(lǐng)域的一項(xiàng)有效技術(shù)。

在鍋爐的煤炭供應(yīng)過程中，煤場會按照特定比例向煤中添加石灰石。當(dāng)這些煤在爐膛中燃燒時(shí)，石灰石會分解并生成生石灰。這種生石灰與煙氣中的二氧化硫（SO2）發(fā)生反應(yīng)，從而部分固定了硫。經(jīng)過處理的煙氣會進(jìn)入濕式除塵脫硫裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理，最終由引風(fēng)機(jī)引導(dǎo)經(jīng)煙囪排放至外界。除塵過程中產(chǎn)生的廢水與堿性沖渣水會一同流入沉淀池，進(jìn)行沉淀和凈化。整個(gè)摻燒固硫和濕式脫硫除塵的工藝流程如圖2所示。該工藝流程簡單，運(yùn)行可靠，日常維修、維護(hù)方便，適用于工業(yè)燃煤鍋爐。

2 煙塵減排改造技術(shù)分析

本文參考M市現(xiàn)有燃煤鍋爐煙塵治理措施原理、優(yōu)缺點(diǎn)和處理效率等情況，總結(jié)出滿足M市大多數(shù)現(xiàn)有燃煤鍋爐進(jìn)行煙塵超低排放的技術(shù)路線。同時(shí)也為達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)做準(zhǔn)備。

2.1 電-電除塵工藝

電-電除塵工藝是指工藝前端使用低低溫電除塵，工藝后端安置濕式電除塵。該工藝流程如圖3所示。

由圖3可知，該技術(shù)需要安裝煙氣余熱回收裝置，以將煙溫降至85℃～95℃，使SO3在低溫條件下發(fā)生結(jié)露，被煙塵表面吸附并發(fā)生反應(yīng)后，降低煙塵比電阻，達(dá)到脫硫的目的。除塵器出口煙塵濃度可降至20mg/m3以下，后經(jīng)引風(fēng)機(jī)輸送到濕式電除塵單元。黏性大和高比電阻的粉塵均被收集，粉塵濃度低于5mg/m3，可避免二次揚(yáng)塵。

2.2 電-袋除塵技術(shù)

電-袋除塵工藝包括一體式和分體式。一體式是指在一個(gè)箱體內(nèi)的前端使用靜電除塵技術(shù)，在后端使用袋式除塵技術(shù)。該工藝流程如圖4所示。

由圖4可知，鍋爐煙氣進(jìn)入多電場區(qū)，在靜電作用下顆粒物荷電，荷電的顆粒物向極板移動并附著在極板表面。該過程可以捕捉80%左右的粉塵，煙塵濃度降低顯著。剩余煙塵雖然沒有在該單元被去除，但是卻被荷電，進(jìn)入袋區(qū)后，在PPS+PTFE混紡濾料濾袋表面形成規(guī)則有序、結(jié)構(gòu)疏松的塵層，同時(shí)顆粒粒徑增大，濾袋可有效阻流。粉塵層的厚度和密度持續(xù)增加。袋區(qū)清灰的流程是對系統(tǒng)設(shè)定阻力閾值，超過閾值后脈沖閥打開，濾袋膨脹變形，驟然停止所產(chǎn)生的反向加速度會促使濾袋表面煙塵脫落，可滿足顆粒物濃度＜10mg/m3超低排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

分體式是指工藝前端采用低低溫電除塵，工藝后端安置布袋除塵器，二者屬于2個(gè)單獨(dú)個(gè)體，前、后端可根據(jù)需求安裝其他處理設(shè)施。該工藝流程如圖5所示。

由圖5可知，與電-電前端工作原理相同，工藝后端將低低溫電除塵處理后的煙氣由引風(fēng)機(jī)送入安裝PPS+PTFE混紡濾料布袋的除塵器，出口煙氣濃度＜5mg/m3。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

上文明確了工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排中的關(guān)鍵技術(shù)，將上述技術(shù)應(yīng)用到某工業(yè)燃煤鍋爐中，對鍋爐燃煤進(jìn)行改造，并檢驗(yàn)其效果。已知該燃煤鍋爐的工作電壓為380V，容水量為29L，啟燃溫度為80℃，最高溫度為170℃，處理風(fēng)量為3000m3/h～90000m3/h。比較應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)前、后污染物的排放情況，如果應(yīng)用后污染物排放濃度下降，說明本文關(guān)鍵技術(shù)具備實(shí)際應(yīng)用的可行性。應(yīng)用結(jié)果記錄見表2。

表2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前、后鍋爐污染物排放情況對比

污染物 應(yīng)用前排放

濃度/（mg·m-3） 應(yīng)用后排放

濃度/（mg·m-3）

SO2 325.62 86.58

TSP（總懸浮顆粒物） 1325.36 653.52

分析表2中的數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用本文關(guān)鍵技術(shù)后，TSP和SO2這2種主要污染物的排放濃度均呈顯著下降趨勢，不僅反映了本文技術(shù)的有效性，更證明了這些關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中能夠取得出色的減排效果。本文技術(shù)利用精細(xì)化控制和處理，成功地減少了有害物質(zhì)對環(huán)境的負(fù)面影響，為實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)的工業(yè)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。在此基礎(chǔ)上，對應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)前、后鍋爐采暖期耗煤量和耗電量進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。

表3 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前、后鍋爐能耗情況對比

指標(biāo) 應(yīng)用前 應(yīng)用后

采暖期耗煤量/t 34600 22600

采暖期耗電量/萬kW·h 295 232

分析表3可知，應(yīng)用本文的關(guān)鍵技術(shù)后，采暖期的耗煤量還是耗電量均得到明顯控制，不僅直觀展示了技術(shù)實(shí)施后的實(shí)際效果，更驗(yàn)證了上述關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠取得預(yù)期的節(jié)能效果。具體而言，采暖期是能源消耗的高峰期，其耗煤量和耗電量在全年能源消耗中占比較大。本文提出的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化了能源使用效率，減少了不必要的能源浪費(fèi)，降低了企業(yè)運(yùn)營成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，對推動節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義，也為相關(guān)行業(yè)提供一定經(jīng)驗(yàn)和借鑒。期待這些關(guān)鍵技術(shù)能夠應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，為構(gòu)建綠色、低碳而高效的能源體系貢獻(xiàn)力量。

為了驗(yàn)證工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排效果，本文分析了不同方法下的鍋爐熱效率，結(jié)果見表4。

表4 鍋爐熱效率

試驗(yàn)次數(shù)/次 鍋爐熱效率/%

文獻(xiàn)[1]方法 文獻(xiàn)[2]方法 本文方法

1000 75.2 79.3 99.6

2000 78.3 80.5 98.5

分析表4可知，當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)為1000次時(shí)，文獻(xiàn)[1]方法的鍋爐熱效率為75.2%，文獻(xiàn)[2]方法的鍋爐熱效率為79.3%，本文方法的鍋爐熱效率為99.6%。本文方法的鍋爐熱效率較高，表明本文方法能夠有效提升工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排效果。

4 結(jié)語

本文深入研究了工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)，取得了一系列新的成果。研究成果不僅豐富了工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排技術(shù)的理論體系，也為工業(yè)燃煤鍋爐的節(jié)能減排實(shí)踐提供了技術(shù)支撐。未來將繼續(xù)深化工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排技術(shù)研究，探索更高效、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的節(jié)能減排方案，為工業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。同時(shí)，也期待與更多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)合作，共同推動工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能減排技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李久成.低氮燃燒器+廢氣再循環(huán)技術(shù)在熱介質(zhì)鍋爐節(jié)能減排改造中的應(yīng)用[J].天津科技，2023，50（6）：22-24，30.

[2]向同瓊，周黎明，鄭邦華，等.生物質(zhì)成型燃料鍋爐能效分析與節(jié)能減排技術(shù)研究[J].中國特種設(shè)備安全，2022，38（4）：82-86.

[3]朱加繁，溫明肖，李民，等.立式燃?xì)忮仩t在卷煙廠的應(yīng)用與節(jié)能減排探究[J].設(shè)備管理與維修，2024（3）：182-184.

[4]謝棟華.余熱余壓在鍋爐節(jié)能減排中的有效應(yīng)用探析[J].皮革制作與環(huán)保科技，2023，4（19）：146-148.

[5]蔡文昕，戴國棟，陳小韓，等.福建省在用燃煤工業(yè)鍋爐能效現(xiàn)狀分析與節(jié)能減排對策[J].市場監(jiān)管與質(zhì)量技術(shù)研究，2023（3）：16-19.

[6]董素藝.鍋爐的節(jié)能減排與水質(zhì)檢測技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].中國設(shè)備工程，2024（6）：168-170.

[7]馬慶.工業(yè)鍋爐運(yùn)行與煙氣治理的節(jié)能減排措施[J].當(dāng)代化工研究，202，（11）：103-105.

[8]劉煒.熱管式低溫省煤器在鍋爐節(jié)能減排方面的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2022（8）：60-62，78.

[9]高春陽.基于數(shù)據(jù)挖掘算法的火電廠燃煤鍋爐節(jié)能減排效果評估研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2022，47（8）：31-35.

[10]張佳敏.燃?xì)鉄崴仩t供熱系統(tǒng)節(jié)能減排措施及效果探究[J].山西建筑，2024，50（6）：132-135.