中国工业锅炉的调研和展望

45 中国工业锅炉的调研和展望 黄学成 张 浩 机械工业部第二设计研究院,中国联合工程公司 摘要摘要: 本文通过中国工业锅炉行业和在用锅炉的调研， 对燃煤锅炉生产和使用的现状及问题市场 需求和产品发展走势进行分析探讨。认为要根本上解决中国燃煤工业锅炉的节能和污染问题，单靠 锅炉本身性能的改善与提高是不够的，也是不可能的。必须从燃煤供应锅炉岛整机操作运行管 理以及热能输供方式等系统工程上加以综合整治。 关键词：关键词：工业锅炉使用节能污染供煤运行整治 0 前言前言 工业锅炉是中国重要的热能动力设备， 中国是当今世界燃煤工业锅炉生产和使用得最多 的国家： - - 近十年每年生产工业锅炉 3- 4 万台 8- 10 万蒸吨。 - - 全国工业锅炉装机总量 2001 年为 53 万台 120 万蒸吨。 - - 1992- 2001 年的十年间，平均每年新增工业锅炉 7258 台、21690 蒸吨。 工业锅炉是我国耗能大户， 每年燃用全国原煤产量的三分之一， 目前锅炉运行效率不高， 能源浪费相当严重，每年白白多用燃煤约 6000 万吨。工业锅炉又排放大量烟尘，以及 SO2 和 NOx 等污染物，成为我国大气主要煤烟型污染源之一；尤其燃煤排放的 CO2气体，直接 影响全球温室效应，业已引起国际关注。这些问题长期没有得到妥善解决，工业锅炉前景正 面临挑战。 1 中国工业锅炉行业中国工业锅炉行业 中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。 尤其改革开放以来， 随着国民经 济的蓬勃发展， 到目前全国现有上千家持有各级锅炉制造许可证的企业， 可以生产各种不同 等级的锅炉。 1.1 工业锅炉的历年产量工业锅炉的历年产量 所有 AD 各各级锅炉许可证的企业都可生产许可范围内的工业锅炉，但以 A、B 两级锅 炉企业生产为主。2001 年工业锅炉产量为 20300 台计 85400 蒸吨。 近廿年来，工业锅炉的产量发展如下： 46 每年产量每年产量 五年产量五年产量 年份 台数 蒸吨 蒸吨/台 台数 蒸吨 蒸吨/年 蒸吨/台 1981- 85 158874 341266 68253 2.15 1986- 90 160590 402523 80504 2.51 1991- 95 122950 433282 86656 3.52 1996 20890 85000 4.07 1997 22350 81600 3.65 1998 20661 75200 3.64 1999 22400 70500 3.19 2000 21400 82912 3.60 107701 395212 79042 3.67 2001 20300 85400 4.20 85400 4.20 由上表可见，从六五计划到八五计划期间，工业锅炉产量持续稳步地增长。但九五期间 生产有所回落，其间年产量还出现起伏。 1.2 工业锅炉的行业特征工业锅炉的行业特征 1.2.1 行业规模的畸形发展 A、 B 级级锅炉企业（1998 年统计） 企业数 职工总数 固定资产 工业锅炉产量 企业平均产量 级别 家 万人 亿元 台数 蒸吨 t/h /台 t/h /年 A 9 3.788 78.94 225 2644 11.75 378 A B 18 2.686 10.45 2449 16930 6.97 940 C 40 3.904 12.83 6440 26813 4.16 670 B D 149 6.292 17.08 11547 28813 2.49 193 合计 216 17.307 119.3 20661 75200 3.64 348 C、D 级级锅炉企业 企业数 职工总数 固定资产 工业锅炉产量 企业平均产量 年份 家 万人 亿元 台数 蒸吨 t/h /台 t/h /年 1998 490 5.4 3.6 25862 16572 0.64 0.37 2001 年，237 家 A、B 两级企业的工业锅炉产量为 85400 蒸吨。732 家 C、D 两级企业 缺乏 2001 年数据。据相关统计：1999 和 2000 年安检锅炉产品分别为 50221 台和 67649 台， 由此推测 C、D 两级企业生产的锅炉约为 2- 3 万台左右。 十五年来，全国工业锅炉年产量一直在 7- 10 万蒸吨间徘徊。1987 年全国工业锅炉产量 就达 85483 蒸吨，而 2001 年还是 85400 蒸吨。然而工业锅炉行业规模却由当初的 551 家企 业增加到目前的 969 家，将近扩大一倍，并且所增加的企业绝大多数是规模很小的 CD 两 级企业。 这些企业在工业锅炉行业中居然占到企业总数的四分之三以上， 不能不说是一种畸 47 形发展。 1.2.2 企业的分散重覆生产 中国工业锅炉现有制造企业上千家，厂点太多，生产分散，不能形成规模生产，每个企 业产量不多。2001 年产量超过 1000 蒸吨的，只有 A 级企业中的 18 家；达到 2000 蒸吨的企 业仅 7 家，最高一家的年产量为 5550 蒸吨。18 家企业 2001 年共计生产锅炉 37613 蒸吨， 却占全国总产量的 44%。 而那些生产压力 P 0.8MPa 且 D1t/h 的蒸汽锅炉和热水锅炉的 C、D 两级企业的平均锅炉年产量不过 50 蒸吨左右，厂点总数则多达 732 家。原 E 级企业 所生产 P 0.4MPa 锅炉在总产量中按容量不足 4%。可见工业锅炉生产何等分散，单台小 量生产，生产设备简陋，制造粗糙，水平和质量难予保证，不加整治也将难免淘汰。 1.3 工业锅炉产品走势工业锅炉产品走势 经过五十年来的发展， 中国工业锅炉行业已形成比较完整的产品体系， 锅炉企业近千家， 但具有自行设计和制造能力的仅百家左右，其余大多缺乏基本的技术开发能力，特别 C、D 两级的众多企业，技术上东拼西凑，工业锅炉产品水平有待提高。 这些年来，随着国民经济的蓬勃发展和人民生活的不断改善，工业锅炉的需求增加。同 时受到国家能源结构调整和环境保护严格要求的政策制约，工业锅炉产品开始出现新的变 化，近十年基本走势如下： 1.3.1 工业锅炉容量 4t/h 小容量锅炉所占比例几乎减少一半， 由 1991 年的 60%降至 30%； 而10t/h 中大 容量锅炉所占比例则由 25%增至 54%。 年份 1 t/h 2-4t/h 6t/h 10t/h 20t/h 35t/h 合计 1991 8.5 51.7 15 11.8 5.0 8.1 100.0 1996 5.23 43.92 17.06 17.92 9.62 6.25 100.0 1999 7.85 28.96 15.53 18.11 18.76 10.48 100.0 2000 5.08 30.79 13.0 20.61 14.62 15.88 100.0 2001 5.24 24.65 15.80 20.55 7.87 25.88 100.0 1.3.2 工业锅炉按工质 热水锅炉产量的比例有所增长， 其台数和容量所占比例均由1991年的30%增至37%左右。 1.3.3 工业锅炉按炉型 水火管锅炉在容量上所占比例大为降低， 由 1991 年的 45%降至 21%； 而内燃式锅炉所占 比例则由不足 4%增至 10%以上。 1.3.4 工业锅炉按燃烧 流化床燃烧在总容量中所占比例由 1991 年的 3%增至 10%以上；链条炉排略有增加；而 往复炉排所占比例则减低很多，由 17%降至 5%左右。 1.3.5 工业锅炉按燃料 48 燃煤锅炉按容量所占比例开始降低， 由 1991 年的 90%降至 81%； 而油气锅炉所占比例则由 不足 6%增高至 15%以上；电热锅炉开始出现，但所占不到 1%。 2 工业锅炉的使用运行工业锅炉的使用运行 2.1 在用锅炉持续增长在用锅炉持续增长 全国在用锅炉 2001 年装机总量为 53 万台 122 万 MW。其中： 1）发电锅炉为 6100 台，占总台数的 1.15%。共计 38 万 MW（约 54 万蒸吨）占总容量 的 31.3%。 2）工业锅炉为 53 万台，计 84 万 MW(约 120 万蒸吨)，工业锅炉装机总容量是发电锅 炉装机总量的 2.2 倍。 锅炉装机总量近十年来的增长如下： 年份 1991 1999 2000 2001 万台 万 MW 万台 万 MW 万台 万 MW 万台 万MW 1 锅炉装机总量 50.38 114.9 50.04 124.8 52.63 125.7 53.67 122.3 2 其中：蒸汽锅炉 33.41 88.59 33.33 97.06 34.91 96.39 34.68 93.40 3 热水锅炉 16.97 27.44 16.30 27.30 16.67 28.44 16.86 27.11 4 有机热载体锅炉 0.39 0.51 0.61 0.78 0.95 1.24 5 其它锅炉 0.45 1.17 0.56 按用途分： 6 生活用锅炉 26.52 35.96 25.9 37.86 27.11 39.4 27.35 35.65 7 生产用锅炉 16.54 47.9 23.61 48.86 24.99 49.0 25.70 48.31 8 发电用锅炉 0.46 30.18 0.53 38.15 0.53 37.27 0.61 38.36 2.2 工业锅炉总量过大工业锅炉总量过大 2001 年全国在用工业锅炉装机总量为 120 万蒸吨。工业锅炉装机枸成如下： 组成 万台 % 万蒸吨 % 蒸吨/台 3 总计 53.67 100 120.0 100 2.24 A 按种类分： 1 蒸汽锅炉 34.01 63.37 75.77 65.55 2.28 2 热水锅炉 16.86 31.41 38.73 32.29 2.3 3 有机热载体锅炉 0.95 1.77 1.77 1.47 4 其它锅炉 1.17 2.18 0.8 0.66 B 按用途分： 1 生活用锅炉 27.35 50.95 50.92 42.44 1.86 2 生产用锅炉 26.32 49.05 69.08 57.56 2.62 十年来，工业锅炉的装机总量由 46 万台 98 万蒸吨，增长到 53 万台 120 万蒸吨。其前 49 五年由46万台98万蒸吨， 增长到51万台127万蒸吨， 净增了5万台计29万蒸吨； 而1997- 2001 年这后五年工业锅炉装机总量出现了台数增加而容量降低的变异局面。 2.3 锅炉运行热效率低锅炉运行热效率低 我国燃煤工业锅炉的设计效率不低，一般为 72- 80%。但实际运行热效率大多在 60- 65% 左右，通常比锅炉产品的鉴定热效率低 10 个百分点以上。甚至还在热效率 50%下运行，而 先进国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为 80- 85%。其主要致因在于：普遍存在锅炉运行 负荷低，炉渣含炭量高，过量空气系数大，排烟温度高。 据 100 多台不同容量锅炉运行实测如下： 锅炉容量锅炉容量(t/h) 项目内容项目内容 单单 位位 1 1 2 4 6 10 实测台数 台 3 11 55 75 5 1 1 锅炉实际出力 平均 t/h 0.39 0.73 1.21 2.37 5.06 5.81 2 灰渣含炭量 平均 % 20.5 27.6 18.9 23.4 25.4 18.2 3 过剩空气系数 平均 2.97 2.73 3.28 3.48 3.36 3.37 4 排烟温度 平均 211 139 134 145 133 128 5 锅炉运行热效率 平均 % 63.5 67.2 68 69.7 72.2 74.5 2.4 热效率的改进途径热效率的改进途径 中国燃煤工业锅炉热效率低，主要是由于机械不完全燃烧热损失及排烟热损失过大所 致。实际原因在于： （1）所燃用的煤不能符合锅炉的燃烧要求； （2）燃烧设备的机械质量不佳； （3）锅炉烟气侧的密封不当； （4）缺乏基本的自动控制； （5）运行人员培训和监督差。 这此因素相互作用下导致过高的机械不完全燃烧热损失和排烟热损失。 2.4.1 机械不完全燃烧热损失 中国燃煤工业锅炉的机械不完全燃烧热损失设计推荐值为 8- 12%，目前实际运行时高 达 10- 27%；而英国类似炉排锅炉设计时为 3- 5% ，燃烧时为 3- 6%，甚至可控制到2.5%。 仅此一项损失就使中国锅炉运行热效率降低 5- 10 个百分点。差别是由于燃用灰分高细末 多煤质多变的原煤所致。 如果燃用经过洗选筛分和低膨胀特性的煤。 当过多的细煤末从 给煤中被去除的情况下，未燃炭损失几乎可以减半。同时司炉工若能较好进行燃烧控制，也 会使布风均匀炉排漏落的细煤末更少。 2.4.2 排烟热损失 可通过降低排烟温度和减少烟气量来降低排烟热损失. 排烟温度受锅炉热负荷和烧料 含硫量的影响， 中国大多数锅炉排烟温度低于 200,其效率的改善已无多作用。 热损失增大 50 的主要原因是过量空气系数偏大， 烟气量调整至良好燃烧所需的最低值时， 锅炉热效率最高。 在英国，一般 100%负荷时最佳过量空气系数=1.3， 50%负荷时增为=1.6，25%负荷时 可到=2。 但中国过量空气系数比英国高得多,产品设计典型的=1.8- 2.0。 运行调查表明， 在 100%负荷时过量空气系数=2- 2.5， 60%负荷时=3- 4， 在40%负荷时有时高达=5- 6； 过量空气系数这样高， 致使大量多于燃烧所需的空气， 通过锅炉并吸收热量后排入大气而 白白浪费掉。这就是为什么中国锅炉热效率一般为 65%的缘故。 由此相比，中国锅炉的热效率，在 100% 负荷时降低了 6.5 个百分点，60%负荷时则降 低了 12.8 个百分点。中国燃煤工业锅炉若能采用设计先进的燃烧设备，同时配置严密的自 控装置，以及操作人员忠于职守，那么在实际运行中提高 12.8 个百分点是不难的，也有望 在每年 3.5 亿吨燃煤中可能避免 6000 万吨煤的浪费。 2.5 减低污染排放的措施减低污染排放的措施 长期以来我国工业锅炉以燃煤为主， 每年工业锅炉煤量占我国原煤产量的三分之一。 尤 其燃用未经洗选加工的原煤，灰分高，一般为 20- 40%；细末多，3 的达 45-65%，有的 硫分也高。因此不仅能源浪费严重，而且燃煤的大气污染十分严重。每年向大气排放烟尘 600- 800 万吨，占全国烟尘总排放量的 33%；SO2：500- 600 万吨，约占全国 SO2总排放量的 21%；CO2约 6 亿吨，以及大量的 NOx。 2.5.1 减少烟尘排放 GWPB3- 1999 标准规定，2001 年起锅炉烟尘最高允许排放浓度：一类地区为 80 mg/m 3,， 二三类地区分别为 200 mg/m 3,和 250 mg/m3,。我国现有层燃工业锅炉的烟尘排放浓度大多 在 200- 400 mg/m 3,左右，与标准相差很大，其原因在于锅炉烟尘初始排放浓度偏高，以及除 尘器运行效率不佳所致。 目前我国锅炉烟尘初始排放浓度一般达 1000- 3000 mg/m 3,，与标准允许的锅炉烟尘初始 排放浓度 1600-1800 mg/m 3相比大得多，而先进国家仅为1000 mg/m3。这就增加了烟尘污 染和除尘器负担。链条炉排试验表明，燃煤的灰分和细末量直接决定初始排放浓度。燃煤灰 分由 10%增至 21%时，初始浓度由 750 mg/m 3增高到 1500 mg/m3， 。3 细末量由 30%增至 60%时，初始浓度由 1284mg/m 3增加到 2233mg/m3。为了控制烟尘污染，必须限止原煤散烧， 代之以洗选煤或成型煤燃烧。 2.5.2 控制二氧化硫排放 按 GWPB3-1999 标准，二氧化硫最高允许排放浓度为 900 mg/m 3,。中国高硫煤（S2%） 约占全国原煤产量的六分之一， 尤以中西南地区较多。 我国工业锅炉 SO2的排放量占全国总 排放量的 21%，减排 SO2可分为燃烧前燃烧中燃烧后三大类很多种技术，各种技术的 所需投资运行成本减排效果等差别很大。 （1）燃烧后 SO2减排技术由于都有副产品产生，投资较大，对以中小型为主的中国层 燃工业锅炉，燃烧后减排较难实现。 （2）燃烧中 SO2减排技术是在燃烧过程中添加一定脱硫剂，主要技术为采用循环流化 51 床技术，这不仅能在燃烧中脱硫，同时还可脱氮。最有利于中大型燃煤工业锅炉上采用，脱 硫率高达 90%以上，目前在我国应用发展较快。 （3）燃烧前 SO2减排技术是采用洗选块煤，洁净动力配煤，以及固硫型煤。这也是中 小型燃煤锅炉的经济实用的主要减排措施。 为防治燃煤的大气污染。 首先应使用低硫份低灰份的优质煤炭， 以及发展洁净煤技术； 大力推行煤炭洗选加工， 降低煤的硫份和灰份； 达不到大气污染物排放标准规定要求的锅炉， 不得制造销售。 2.5.3 氮氧化物的减排 GWPB3- 1999 规定：油气锅炉 NOx 最高允许排放浓度为 400 mg/m 3。对燃煤锅炉并无 规定。但在采用流化床燃烧技术时，燃煤过程中在高效脱硫的同时，也具有减排 Nox 的效 果。 3 市场产品的需求变化市场产品的需求变化 工业锅炉是中国重要的热能动力设备，使用面广，需求量大。包括工业用蒸汽锅炉自 备/热电联产工业锅炉集中供暖热水锅炉民用生活锅炉特种用途（热风热油）锅炉 以及余热锅炉。目前中国工业锅炉的参数和容量一般在 P2.45 MPa ，容量 D65 t/h 的范畴之内。 3.1 工业锅炉需求总量工业锅炉需求总量 中国工业锅炉产品市场主要在国内， 以往影响工业锅炉市场的主要因素是： 国民经济的 发展速度和投资规模，北方地区采暖需要和住宅建设，第三产业和民营企业的发展，效率低 污染重的落后锅炉淘汰改造，以及正常的更新改造等。中国工业锅炉出口很少，1999- 2001 三年总共出口锅炉 390 台，但进口多达 5818 台。 1991- 2001 历年工业锅炉的年生产量和在用量列如下表： 项目 生产总量 装机总量 装机净增 年份 台数 蒸吨 蒸吨/台 台数 蒸吨 蒸吨/台 蒸吨/年 1991 21500 66462 3.00 464114 983092 2.28 +38777 1992 27860 90020 3.23 442578 1027930 2.32 +44838 1993 28900 99700 3.45 464114 1081350 2.33 +53420 1994 23200 86500 3.72 479079 1100164 2.30 +18814 1995 21490 90600 4.22 499202 1198094 2.40 +97930 1996 20890 85000 4.07 515700 1273000 2.47 +74906 1997 22350 81600 3.65 508468 1264939 2.48 - 8061 1998 20661 75200 3.64 501200 1256880 2.48 - 8059 1999 22400 70500 3.19 495100 1239000 2.50 - 17880 2000 21400 82912 3.60 521000 1265800 2.43 +26800 2001 20300 85400 4.20 536700 1200000 2.24 - 65800 十年来，工业锅炉产量保持在 7- 10 万蒸吨之间，全国工业锅炉保有量在前五年持续增 52 长，由 98 万蒸吨增加到 127 万蒸吨，约共增加 5.16 万台 29 万蒸吨。但近五年则出现负增 长，在我国国民经济年增长率超过 8%的情况下，工业锅炉装机台数虽然不断增加 2.1 万台， 总容量却连续降低 7.3 万蒸吨， 这意味着五年来， 在工业锅炉利用率和热效率的提高的同时， 而且小容量的锅炉也增加不少。 3.2 工业锅炉的需求态势工业锅炉的需求态势 未来国内工业锅炉的市场发展受到能源政策和环保法规的制约。 在国家热电联产和集中 供热的影响下， 大中城市的层状燃煤锅炉的比重将会下降； 循环流化床锅炉将得到较快的发 展；小型锅炉向着机械化给煤发展；燃油燃气锅炉特别是燃气锅炉将会有稳步发展；电热锅 炉也会拓宽发展。 工业锅炉的发展方向依然是高效节能环保。 在未来相当长的一段时期内， 燃煤工业 锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品。 中小型的生产和生活用燃煤锅炉使用范围和分布地域 如此之广，它为我国工业经济和人民生活提供了主要的热源和用能。因此，一二十年内不可 能很快退减的。 唯一的出路是必须发展高效燃煤锅炉和清洁燃料锅炉， 尤其以发展高效洁净 煤锅炉更为重要。 在充分利用我国能源资源和努力加强环境保护的前提下， 必将采用洁净煤 技术，对于层状燃烧的工业锅炉，将燃用洁净的洗选块煤锅炉型煤及动力配煤。 为防治燃煤的大气污染，首先改进能源消费结构，推广使用清洁能源。重点城市应停 止燃用高污染燃料，改用天然气液化气用电或其它清洁能源。 从燃料结构上看，在中小型锅炉容量中，燃煤锅炉约占 80%，油气锅炉约占 10%以上， 电热锅炉占 1%，少数锅炉则以沼气黑液甘蔗渣生物质为燃料。过去几年里，单台锅 炉的容量组成有所变化，大容量锅炉有所增加，特别是燃煤小容量锅炉产量逐年下降；单台 产品的平均容量逐年增大。小容量油气锅炉在增加。 3.3 能源和供热多极化能源和供热多极化 3.3.1 集中供热 发展热电联产和集中供热是今后国家支持的供热领域优先发展的产业，必将逐步替代 众多分散的中小型燃煤锅炉。 对中小型锅炉的产品市场规模会产生较大的抑制作用。 热电联 产具有节约能源改善环境提高供热质量和增加电力供应等综合效益。 热电厂的建设是城 市治理大气污染和提高能源利用率的重要措施，是集中供热的重要组成部分。 充分发挥城市已有集中供热设施的作用， 加快淘汰各种低效除尘器和原始排放浓度高的 落后锅炉。城市热网范围内不允许新建分散供热锅炉，已有分散供热锅炉限期拆除。热电联 产和集中供热的锅炉容量大，大多为 35 t/h 以上， 至 220 t/h；热效率高，一般链条炉排 约为 80%，煤粉炉为 88-90%；除尘效率高，一般可在 90%以上。 大量分散使用的燃煤锅炉容量很小， 锅炉热效率低， 分散小锅炉的供热的标准煤耗率高， 一般要比热电联产锅炉的供热的标准煤耗率高出 10-20%, 因此热电联产能有效地节约能源。 3.3.2 小型生活锅炉 53 由于国家能源结构的调整，环保力度的加大，人居面积的扩大，以及私人住宅的增多， 使得供采暖和洗浴用的小型生活锅炉的需求量将会大幅增长。 随着西气东输工程的实施， 我 国将形成多种的能源供给，集中和分散的多样化供热格局。小型生活锅炉种类繁多，燃煤 燃油燃气电热等各式锅炉， 我国小型生活锅炉的发展尚处于初级阶段， 将有广阔的发展 空间。 过去分散式家用采暖及各单位的小锅炉大多燃用煤炭， 如今已被多极化能源结构和多 极化供热方式所打破。 中心城市单位的分散燃煤小锅炉大多改为燃气燃油或用电或其它 清洁能源。 1996- 2001 五年间，在用锅炉的台数增加了 2 万多台，但其装机容量却减少了 7 万多蒸 吨。 这一方面说明锅炉的热效率和运行负荷有所提高， 另一方面在推进集中供热大容量锅炉 增加的同时，也大量增加了小容量锅炉的使用。 3.4 层燃链条炉排锅炉层燃链条炉排锅炉 层燃炉排燃烧方式在国外具有相当高的热效率，一般在 85%以上。其原因在于：首先 都燃用按一定粒度供应的块煤，其最佳粒度范围是 6- 30 mm。其次设计要求机械不完全燃烧 热损失不到 5%，实际运行时可控制在 3%左右。而我国工业锅炉推荐值为 8- 12%，实际运 行时可达 14- 25%。仅此一项实际运行热损失就比国外高 5- 15 个百分点。再者国内锅炉运行 管理水平比较低。 我国燃煤工业锅炉大多按 类烟煤设计，对粒度是有较高要求的。但实际应用中 燃煤同设计煤种差异较大，大多为原煤散煤。导致不能按设计工况运行，造成锅炉出力不 足，燃烧不完全，热效率下降，污染严重，这是工业锅炉长期以来设计性能得不到发挥的主 要原因。 使用层燃机械化炉排锅炉，应该采用低硫分低灰分的煤，或经过洗选筛分的块煤。原 煤经过洗选筛分按一定的粒度供应， 可以适合不同形式的燃烧装置， 如链条炉排往复炉排 抛煤机炉排燃煤锅炉对煤种的灰分和粒度均有不同的要求。 目前层燃炉排锅炉的平均热效 率一般在 65%左右，究其主要原因是燃料供应达不到设计要求，送风极不均匀，过量空气增 高。据燃煤锅炉运行调查，过量空气系数最高达=5-7，排烟热损失很大。因此只要对原煤 的洗选和筛分一项，就可使链条炉排锅炉的实际运行热效率提高到 80%以上。 大量的小型生活锅炉大多采用手工加煤丶间歇燃烧的方式， 没有采用机械化给煤燃烧方 式。这种锅炉形式必将淘汰，需要开发新型机械化加煤锅炉。由于缺乏必须的自动控制装置 和燃烧监控手段，使锅炉运行效率相对低下，特别是机械化炉排加煤的层燃锅炉。目前燃煤 锅炉的主力是机械炉排层燃锅炉，在结构上主要为自然循环的 DZL 型水火管锅炉“D”型 和“O”型水管锅炉，以及 SHL 型水管锅炉，虽然结构不同，其运行效率和环保效果均不够 理想。 3.5 循环流化床锅炉循环流化床锅炉 循环流化床燃煤锅炉具有强化燃烧和传热燃烧效率高燃料适用性广和排放污染物 少等特点。一台 10 t/h 循环流化床锅炉与同容量抛煤机链条锅炉相比，可提高热效率 7%， 54 每年可节约燃煤 1 万吨左右。与链条锅炉相比，可减少 NOx 排放量 75%以上。如采用炉内 脱硫剂，脱硫率可超过 90%，无需再装烟气脱硫装置，可在10 t/h 燃煤工业锅炉中积极 发展应用， 将会产生十分明显的经济和社会效益。 我国自行设计的循环流化床工业锅炉的热 效率一般在 85%以上。其低温燃烧添加石灰石除硫效果良好，符合环保要求，是一种很有 发展前途的清洁燃烧技术。今后将在用的10 t/h 炉排锅炉改造成为循环流化床燃烧，也 是一种很有竞争力的改造方式。 中国循环流化床锅炉的市场需求， 主要来自煤种适应性高环保标准日益严格和中小电 站技术升级的需要。关于 2003 年底前基本关停50MW 常规小火电机组的规定，促进了我 国小型循环流化床锅炉的市场发展，估计需要 120 台以上，在供电的同时主要用于供热，以 及矿区劣质煤利用。 3.6 燃油燃气锅炉燃油燃气锅炉 燃油或燃气锅炉工业锅炉， 不仅可以提高锅炉热效率， 而且还可显著改善烟气的污染排 放。燃油与燃煤的排放量相比，一般烟尘不足 10%，NOx 约为三分之一；燃气则更少。推广 应用燃油燃气锅炉，关健在于投资较大，运行成本较高。燃油消耗价格是燃煤的 3-4 倍，燃 气是燃煤的 2.5-3.5 倍。 因此在人口密集的大中城市采用燃油或燃气锅炉是我国工业锅炉的 必然趋势。我国发现了一系列储量丰富的气田，在三年内将 200 亿 Nm 3的天然气输送上海， 此外还在大力开采煤层气和煤炭气化工程。因之燃气资源相对丰富，而燃油资源较为缺乏。 随着西气东输，越来越多的城市可获得稳定的气源，燃气锅炉的比例将超过燃油锅炉。分散 供热的中小容量的燃油或燃气锅炉将在有气源的城市获得稳步的发展， 中小城市锅炉容量为 7MW，大城市（如北京）已安装了容量 29-116MW 锅炉用于集中供热。 随着国家环保力度的加强， 大多数城市开始推广清洁能源， 大量的燃油燃气以及电热锅 炉将替代原有的燃煤锅炉，燃油燃气锅炉的市场前景相当广阔。 3.7 电加热锅炉电加热锅炉 电加热锅炉具有清洁可靠以及占地面积小等优点， 但电能是一种清洁的二次能源， 电 价较高，其运行成本约为燃煤锅炉的 6 倍，或为燃油燃气的 2 倍，因此长期以来电加热锅炉 在我国未能得到很好发展。但随着对环保要求的严格，实行峰谷电价分开计价后，电加热锅 炉会得到一席之地。 采用分散式蓄热电热锅炉的供热技术， 在供热领域可以作为对中小型燃 气锅炉供热的补充。 4 展望和建议展望和建议 4.1 综合整治的基本措施综合整治的基本措施 锅炉在整个供热系统中只是其中一个环节， 这个系统包括燃料的配送供应， 锅炉本体的 性能，整机的设备成套，锅炉的运行管理，以及热能的使用方式等全过程。过去一直在锅炉 产品上化大气力进行研发改进， 这确实发展和提高了锅炉产品自身的性能质量。 但如果只对 锅炉这一环节进行改进， 而忽视了供热系统工程中对相关产业的改造和提高， 最终不可能从 根本上解决锅炉的节能和环保两大难题。 为了达到安全节能及环保的全面效果， 必须进行 55 综合整治。 1）首先要有先进的锅炉产品，在提高锅炉产品的同时，必须优化配套辅机，完善整机 性能水平。 2）单有好的锅炉产品，如果不改变目前燃烧原煤的落后状态，节能和环保的问题不可 能得到根本解决，燃煤及燃料的改善是重中之重。 3）大力发展集中供热和热电联产，发展大容量热水锅炉，这样既节约能源又改善环境。 可以替代众多分散式的小锅炉产热方式。 在大中城市中心区域和风景旅游区， 应发展和提倡 燃油燃气及电热锅炉，限止和取消燃煤锅炉。 4）发展名牌产品，创建名优锅炉产品企业集团，集开发设计生产营销及资询于 一体，要像空调和汽车产品那样，形成和发展品牌产品企业集团，分工协作，专业化批量生 产。锅炉行业必将出现大型企业集团的兼并和整合，必将大调整大变化。产品技术和装备 不占优势的小锅炉厂，必将按优胜劣汰的法则逐步自然消亡。 5）改造和重组供热方式，提高锅炉房自动控制和监察水平，加强锅炉的运行操作管理， 所有操作人员必须持证上岗，包括安全节能和环保三方面的综合操作许可证。 6）目前工业锅炉的安全节能和环保由不同部门归口管理执法，建议建立统一的监督 执行机构，从锅炉的设计生产建造及运行进行全过程监督管理。 4.2 改善燃煤质量和供应改善燃煤质量和供应 在世界银行 GEF 中国高效工业锅炉项目评估中，国际锅炉专家指出： 影响中国燃煤工 业锅炉运行效率和污染排放的根本问题是在于： 目前大量的小容量锅炉不得不燃用煤质多变 粒度不当及灰分很高的原煤。 为达到先进国家的锅炉热效率和污染排放水平， 应燃用低膨 胀烟煤低灰分粒度应与炉排的要求相匹配。 可以洗选块煤机制型煤以及动力配煤来 替代原煤。 工业锅炉是按一定的燃料特性而不同设计的。 不同燃烧方式对燃煤的品质和粒度都有一 定的要求， 包括发热量灰分硫分水分以及颗粒度。 各国炉排锅炉对燃煤煤质的适用 范围均有其规定指标。英美一般参考指标为：发热量 23- 28 MJ/，挥发份24%，灰分 %15，水分 8- 15%，硫分1.5%。 燃煤粒度及其组成 （包括粒度的上下限各粒级所占比例均匀性限下率及粒级的宽 窄等指标）对层状燃烧是非常重要的影响因素。粒度的过大或过细，均会造成机械不完全燃 烧热损失增加热效率降低和污染排放加重。 因此国外对链条炉排燃煤的粒度均有比较严格 的要求，英国链条炉排锅炉能源有效利用文献所推荐的粒度为 0- 25 mm，最大块粒38 mm，3MM 细煤末不超过 30%，而且每 10 个百分点的3 mm细煤末，需加 1.5%的外水分。 南非规定使用粒度为 0- 25 mm，但各粒级间需有一定的配比。 我国一直未能按设计要求为各类锅炉供应不同性质的煤， 以及优先为工业锅炉供应低灰 低硫煤的供煤机制， 尤其未按粒度为层燃锅炉供煤。 中国锅炉绝大多数燃用未经洗选加工 的原煤。工业锅炉用煤中 75.5%为烟煤，9.7%为无烟煤，9.1%为贫煤，5.6%为褐煤，燃煤 的平均硫分灰分偏高。 56 我国供应的燃料煤大部分是未经加工的原煤， 或近似原煤的加工后次品。 原煤煤质多变； 灰分高达 20-40%，粒度不当，3MM 细煤末多达 45-65%。 为减少煤末多和煤质多变的影响， 对层燃锅炉提供燃烧特性良好低灰分的分级煤成 型煤或动力配煤将是一种有效措施，锅炉热效率约可提高 5-15 个百分点。这样可提供含 硫低的燃煤，以免配置脱硫设备。十五期间逐步限制直接销售和燃用原煤，扩大工业锅炉燃 用洗选煤固硫型煤动力配煤等清洁燃料的比重。 4.2.1 洗选块煤 中国燃煤工业锅炉以层燃为主，而且 60%以上为链条炉排锅炉，炉排锅炉对煤质，尤 其是对粒度有比较严格的要求。国外一般燃用按一定粒度供应的块煤，其最佳粒度为 6- 25 mm 或 6- 30 mm。最大块粒38 mm。美国锅炉制造商协会对抛煤机炉排用煤要求粗细块煤 配比，即 0- 6 mm6- 13 mm 及 13- 19 mm 三种粒度各占三分之一。层燃炉排燃烧方式在国 外具有相当高的热效率，一般在 85%以上。煤炭供应部门必须按层燃用煤要求来生产加 工和供应洗选块煤。锅炉燃用洗选煤，不仅可提高锅炉热效率，并大大减少烟尘和 SO2的排 放，适用于层燃链条炉排，特别是抛煤机炉排锅炉。 推行煤炭洗选加工，可控制高硫份和高灰份煤炭污染。洗选煤将原煤经过洗选后，可 去除原煤中 60%的灰份及近一半的硫份，使煤炭成为颗粒和质量均匀的筛选块煤。 洗煤为清除杂质和硫分，筛分可作粒度分级（如 13- 6 mm ，25- 13 mm等） 。根据用户 要求，按煤种粒度灰分及发热量等指标以不同级别供应市场。 我国动力煤洗选比例原来不到 30%，无法供应目前的能源消费。这些年发展较快，2000 年动力选煤产量已达 9230 万吨。还将大力提高原煤入洗率，对新建 S1.5%的煤矿，要求 配套建设煤炭洗选设施。建立一批先进的选煤厂，到 2005 年全国原煤入选率达到 50%以上。 燃料煤入洗量极少，仅占原煤量的 5%。如洗选煤筛分块煤以及型煤等使用比例极低。 4.2.2 锅炉型煤 大气污染防治法规定，应当采取措施推广低污染燃烧技术，逐步限制原煤散烧，积极发 展工业型煤。用于锅炉的型煤实际上是一种燃料型煤，除满足环保要求之外，性能上还要热 值高，易燃烧。 型煤是一种将原煤筛分粉碎加入添加剂，加工混和，轧制成为团块型煤，它比燃用 原煤可减少烟尘排放量 50%，节煤 15- 27%。如加入固硫剂，则固硫率可达 40- 60%。型煤可 用于众多的层燃炉排锅炉。 但用作锅炉燃料的型煤， 必需按照锅炉的用煤技术要求来生产和 供应。 。 至今国家没有制定不同煤种不同用途型煤的产品质量标准，用户对型煤产品不知优 劣，使型煤燃烧效果不佳，如点火难烧不透。 2A）工业型煤 近一二十年来，我国型煤技术得到很大发展，建立了二十多条年产 2- 20 万吨级的工业 型煤生产线，开发了炉前成型的型煤技术，但并未在工业锅炉上正常推广使用。其核心问题 在于还缺少符合中国工业锅炉使用条件和燃烧要求的锅炉专用型煤。 57 中国目前工业型煤年产量约 2200 万吨，市场上的工业型煤大多用于冶金造气或化肥 生产，并不适宜于锅炉燃烧。这些工业型煤的粒度大强度高表面光，在层燃锅炉上燃烧 时，往往出现着火推迟燃烧延缓不能燃烬等困难。尤其目前在用锅炉多以 2-6 t/h 链条 炉排为主，炉膛容量不大，炉排速度较快，不宜燃烧大颗粒高强度的型煤。某些研究得出， 锅炉型煤颗粒应予改小减薄，强度低些。甚至将工业型煤再作轧碎改性处理，使其 6-25 mm 碎煤颗粒占 80% 以上，这使燃烧效果颇好。不然为了燃用又大又硬的工业型煤，非得设计 专门的型煤锅炉不可，或将在用锅炉加以改造成为型煤锅炉，这样所化代价太高，效果也不 一定会好。 2B）专用型煤 机械工业部第二设计研究院开发一种专用于锅炉的板栗状型煤，粒度为 12x19x25mm,周 边且有断裂层。杭州市曾在 30 多台几十台锅炉上燃用，其着火燃烧以及燃烬状态十分正 常，节能和环保的效果相当良好。因此，开发生产与供应适合于我国工业锅炉燃烧的锅炉 专用型煤是必要和可能的。 我国在用工业锅炉 50 多万台， 年需型煤 5000 万吨以上。 型煤原料可采用大量积压的无 烟粉煤贫煤等非炼焦煤，以降低生产成本。可用黏土类无机黏结剂价格低，但会使型煤增 大灰分降低固定炭及影响发热值。 如果原料灰分高黏结剂增灰大及固定炭含量低的型煤 是不利于市场的。型煤售价与原煤相比，约为原料粉煤价的 2- 3 倍，在经济发达和人口密集 的大中城市使用是完全可行的，而在经济尚不发达的地方是较难于推广的， 4.2.3 动力配煤 工业锅炉一般燃用动力煤即烟煤。 随着采煤机械化程度的提高， 销往市场的混煤粒度组 成变化很大，其中13 mm 细末煤含量越来越高，大多在 55%以上，最高达 80%。这样的 粒度组成对于工业锅炉来讲造成灰渣含炭量升高， 烟灰浓度和烟气黑度增加， 既浪费能源又 污染环境。 3A）混统配煤 混统配煤是根据燃料比和发热量等指标，把不同煤种和质量的煤，经过筛选破碎 或添加剂按比例配合等过程， 混合搭配成为不同产品供应用户。 这样充分利用煤炭资 源，使煤质互补，以适应工业锅炉各种燃烧设备对煤质的要求。可以提高燃烧效率和减少污 染排放。 动力配煤使用量不过每年 2000 万吨左右，仅占工业锅炉用煤量的 6- 8%。正在建设 3-5 个大型动力煤配煤基地，动力配煤量达到 7000 万吨左右。 混统配煤虽然可按燃料比和发热量等煤质指标配制供应， 但难于控制燃料粒度， 从上海 和杭州等城市的配煤资料来看，配煤中细末煤1 mm 的占 23- 30%，3 mm 的占 47- 65%， 6mm占 52- 77%。细粉煤这样高的配煤与原煤相比，在粒度上几无差别。如在锅炉上直接 燃用，对锅炉的燃烧和排污均为不利的。近几年开发的分层燃烧技术对此很是有益的。 （1）分层燃烧 分层燃烧是针对目前燃烧原煤情况下的一种改造措施。 通过炉前双层分筛， 将不同粒径 58 的燃料煤分开，大的颗粒布于炉排底层，中颗粒布于中层，细煤粉则布在顶层，这样形成的 煤层空隙大，通风良好，燃烧均匀,挥发份很快析出。煤粉在上层，容易被点燃，着火点前 移，炉膛燃烧明显改善。煤燃烬度大大提高，灰渣含炭量显著降低，提高了锅炉热效率，不 过烟尘减排效果并不明显。 （2）筛分成型 在分层燃烧的基础上，筛下再配置成型机后，将6mm 的块煤筛出来直接送上炉排燃 烧，而把6mm 的筛下煤粉末经安装在筛下的型煤机轧制成型煤，与6mm 的块煤一起进 炉燃烧。在 29MW 链条炉排锅炉上使用运行结果，与分层燃烧相比，燃烧工况大为改善， 热效率由 74%提高到 84%以上，锅炉烟尘排放量减少 50- 75%。此为烧用细末煤的大型锅炉 改造，为供热节能和环保达标开拓了一条崭新的途。 3B）洁净配煤 杭州市开发了一种洁净动力配煤， 由煤炭供应部门集中对煤炭进行筛选， 加入固硫剂和 添加剂，统一配制成固硫洁净料煤。这种洁净配煤的主要性能指标为： 低位发热量 20- 25MJ/，挥发份 25-40%，灰分30%，水分 8-12%，硫分1%，粒度为 0-6 mm。 由杭州市燃料公司建立洁净煤配送中心， 根据用户燃烧设备的不同特点， 严格按照最佳 煤质要求配比，配制供应动力配煤。然后配送给用户，由用户分散在炉前轧制成型煤，然后 进入锅炉直接燃烧。 4.3 锅炉岛整机性能锅炉岛整机性能 中国工业锅炉在近十多年来有了不少发展和提高，但就总体产品水平而言，与发达国 家相比，差距可能在廿年左右。锅炉在整个供热系统中只是一个重要环节，工业锅炉的性能 质量水平和使用运行效果基本上取决于锅炉岛整体。 中国在锅炉本体， 尤其是受压部件的设 计和制造上做了不少工作， 取得了良好的成绩。 但从产品技术上看， 工业锅炉产品本体虽好， 主要还存在：1）燃烧设备的设计和制造质量粗糙；2）锅炉辅机性能不相匹配，制造粗劣； 3）基本控制手段不足，锅炉房调控水平低。不仅影响整机性能，而且关系安全、节能及环 保的性能和效果。通过 GEF 中国高效工业锅炉项目，工业锅炉产品水平将会得到一定提升。 4.3.1 锅炉产品 经过五十年来的发展，中国工业锅炉行业已形成比较完整的产品体系。形成了我国的 锅炉型谱，九十年代全国就拥有八大类，38 个系列，85 个品种，300 多个规格的工业锅炉 产品。 经机械工业部工业锅炉节能产品委员会评审推荐为优良节能锅炉产品有 100 多个。 可 是全国知名的品牌产品没有几个，这是中国工业炉行业的一大憾事。 1A）优化改进现有锅炉产品 以现有优良节能产品为基础，吸收国内外行之有效的先进技术，加以完善提高。尤其 在炉排密封配风传热燃烧等技术上加以改进。 形成新一代的高效率低污染综合 技术经济性能先进的锅炉产品。 59 1B）引进优秀技术开发新型产品 针对中国工业锅炉以燃煤为主的格局不会很快改变， 并将向中大容量发展的趋势， 引进 开发 10- 100 t/h 新型蒸汽锅炉和热水锅炉产品是必要的，以满足集中供热和热电联产的市 场需求。 采用先进的燃烧技术和燃烧设备， 引进开发燃烧给水以及排放上的计算机智能 化控制和监测系统，以提高锅炉运行效率和降低污染排放。 4.3.2 燃烧设备 多少年来，锅炉受压部件由劳动部门进行安全检查监督，质量较好。但燃烧设备缺少有 效的监督管理，有些仍然粗制滥造，质量得不到严格保证。由于炉排铸件质量低劣,造成炉 排面间隙过大或不一，以致产生漏煤或配风不均。也因炉排和风室设计不良，炉排的配风控 制差,挡板调节后关闭不严而漏风。引风鼓风通过炉排周边泄漏过量空气，短路而进入燃烧 空间。这些都增加了未燃炭热损失和排烟热损失。 为改变和提高炉排的设计水平和制造质量， 在 GEF 项目中由永宁机械厂和湖光燃烧设备 厂分别从日本 SINTO 及美国 Hunter 公司引进炉排生产线，组成专业化炉排生产企业。 4.3.3 配套辅机 配套辅机水平直接影响着我国工业锅炉的整机性能和质量的稳定保证， 甚至还常常影响 锅炉的正常运行。 锅炉厂未能提供整机性能良好的锅炉成套产品， 辅机匹配优化不隹， 大多由用户自行选 购，而忽视辅机的匹配和性能。用户对辅机也认识不足，重视不够。辅机产品的可靠性，或 质量不能保证。 配套辅机还存在不少问题， 配套辅机缺乏行业有效的控制和管理， 辅机大多由乡镇企业 扩散协作生产，技术力量薄弱，生产设备简陋，不少辅机产品陈旧落后，粗制滥造，质量低 劣，产品性能不佳，直接影响着锅炉的整机性能和正常运行。 为锅炉提供性能良好和质量可靠的配套辅机 （包括风机挡板水泵阀门仪表变 速电机水处理装置以及烟气净化设备） 是一台安全高效洁净锅炉的重要前提。 为此 在 GEF 项目中引进二次风机多管除尘器布袋除尘器型煤机冷渣器以及气力输送 系统等多项国外先进技术。 4.3.4 控制装置 目前我国工业锅炉自控水平低， 锅炉燃烧工况基本没有自动调节， 主要靠司炉工凭经验 调控。燃油燃气锅炉的自动控制水平近年有所提高。为保证锅炉安全运行，仅有高低水位