浅谈中国工业锅炉产品及发展.doc

报告课程：系统节能原理与技术报告题目：浅谈中国工业锅炉产品及发展报告人：xxx 学号：xxxx Xxx 学号：xxxx浅谈中国工业锅炉产品及其发展【摘要】随着我国国民经济的提高，我国已成为世界第二大经济体。伴随着经济的腾飞，工业锅炉在工业领域扮演的角色越来越重要，而工业的发展与人民生活水平的提高息息相关。中国作为世界上最大的消费体，对锅炉产品有了更高的要求。本文将在锅炉发展背景、产品现状及发展、节能改造技术、存在问题及其解决等方面作简要叙述。【关键词】工业锅炉 经济体 发展【正文】一、 发展背景锅炉的的发展分锅和炉两个方面。 18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。 随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉，后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。 1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。 19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。 二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。 以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。 辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。 第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。 在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物) 早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。 早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造高，并采用炉拱和二次风，从而提高了燃烧效率。 发电机组功率超过6兆瓦时，以上这些层燃炉的炉排尺寸太大，结构复杂，不易布置，所以20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧，发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电站锅炉几乎全部采用室燃炉。 早年制造的煤粉炉采用了形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降，再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在炉膛中形成形火炬。随着锅炉容量增大，旋流式燃烧器的数目也开始增加，可以布置在两侧墙，也可以布置在前后墙。 第二次世界大战后，石油价廉，许多国家开始广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后，许多国家又重新转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大，要求燃烧设备不仅能燃烧完全，着火稳定，运行可靠，低负荷性能好，还必须减少排烟中的污染物质。 在燃煤(特别是燃褐煤)的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术，即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧，或把燃烧器分散开来抑制炉温，不但可抑制氮氧化物生成，还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧，除可燃用灰分十分高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。工业锅炉产品分两种，一是蒸汔，用于发电，或是供汔，比如化肥厂可用蒸汔汔化，以煤为原料，合成化肥，这就是典型的工业锅炉， 工业锅炉还是以燃煤占大多数，燃汽的一般是余热锅炉用于回收废热。工业锅炉常见的是循环流化床锅炉 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。中国制造业是在新中国成立后建立和发展起来的二、 产品现状及发展工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来越受到能源政策和节能、环保要求的制约。随着高性能产品的普及和产品质量的提高，在20002010年每年有约5万蒸吨的工业锅炉更新，2010年后，每年将有约7万蒸吨的工业锅炉需要更新，再加上新增装机，从需求上讲，到 2010年每年工业锅炉需求量约为1012万蒸吨。今后大中城市的小容量燃煤锅炉的比重将会显著下降，循环流化床锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉将得到较快的发展，燃气锅炉将会有长足的进步，燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大，蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加值的产品市场发展（一）循环流化床锅炉循环流化床燃烧技术具有强化传热、燃烧效率高、燃料适应性广和排放污染物少等特点，在 10 t/h 燃煤工业锅炉中应积极发展应用，该型锅炉是种很有发展前途的清洁燃烧技术。 （二）燃油、燃气锅炉燃油或燃气工业锅炉，不仅可以提高锅炉热效率，而且可以显著减少污染物排放。但其受制于初期投资和日常运行成本。加之国家在推广节油替代政策，预计燃油锅炉的发展会受到抑制，但随着国家环保力度的加大，加之西气东输和利用国际天然气资源等工程的实施，大多数城市开始推广应用清洁能源，大量的燃气锅炉将替代原有的燃煤锅炉，燃气锅炉的市场前景相当广阔。预计今后燃气锅炉将占年产工业锅炉总容量的15 %20% 。（三）垃圾焚烧锅炉当前我国城市生活垃圾成分有了明显的变化，纸质、塑料、木质、纤维等可燃物和其它有机物大大增加，其质量已基本具备焚烧的条件，城市垃圾焚烧发电已成为可能，为发展垃圾焚烧锅炉创造了条件。采取垃圾焚烧使垃圾体积减小90%，重量减小70% 以上，用回收热量产生蒸汽，效率约达 85% ，转变成电能大约为 30% 。所以垃圾焚烧技术在我国将成为有极具发展潜力的新兴产业。借鉴国外先进技术，迅速研制国产垃圾焚烧锅炉，其市场前景非常广阔。 （四）水煤浆锅炉水煤浆是一种由35%左右的水、65%左右的煤以及1% 2%的添加剂混合制备而成的新型煤基流体洁净环保燃料。水煤浆既保留了煤的燃烧特性，又具备了类似重油的液态燃烧特性。水煤浆外观象油，流动性好，储存稳定、运输方便，燃烧效率高，污染排放低。国内燃用水煤浆实践证明：约1.82.1吨水煤浆可替代 1 吨燃油，可节约成本约600元。因此水煤浆在量大面广的工业锅炉中替代油气燃料有很好的前景。 另外冷凝式锅炉，半煤气流动燃烧锅炉等工业锅炉在我国都有一定的发展空间，也应予以关注。 三、 工业锅炉节能改造技术（一）加装燃油锅炉节能器经燃油节能器处理之碳氢化合物，分子结构发生变化，细小分子增多，分子间距离增大，燃料的粘度下降，结果使燃料油在燃烧前之雾化、细化程度大为提高，喷到燃烧室内在低氧条件下得到充分燃烧，因而燃烧设备之鼓风量可以减少15至20，避免烟道中带走之热量，烟道温度下降5至10。燃烧设备之燃油经节能器处理后，由于燃烧效率提高，故可节油4.87至6.10，并且明显看到火焰明亮耀眼，黑烟消失，炉膛清晰透明。彻底清除燃烧油咀之结焦现象，并防止再结焦。解除因燃料得不到充分燃烧而炉膛壁积残渣现象，达到环保节能效果。大大减少燃烧设备排放的废气对空气之污染，废气中一氧化碳（CO）、氧化氮（NOx）、碳氢化合物（HC）等有害成分大为下降，排出有害废气降低50以上。同时，废气中的含尘量可降低3040。安装位置：装在油泵和燃烧室或喷咀之间，环境温度不宜超过360。 （二）安装冷凝型燃气锅炉节能器 工业锅炉燃气锅炉排烟中含有高达18%的水蒸气，其蕴含大量的潜热未被利用，排烟温度高，显热损失大。天然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径，冷凝型燃气锅炉节能器可直接安装在现有锅炉烟道中，回收高温烟气中的能量，减少燃料消耗，经济效益十分明显，同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降低污染物排放，具有重要的环境保护意义。 （三）采用冷凝式余热回收锅炉技术传统锅炉中，排烟温度一般在160250，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。众所周知，锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜热的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到87%91%。而冷凝式余热回收锅炉，它把排烟温度降低到5070，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，提升了热效率；冷凝水还可以回收利用。 （四）锅炉尾部采用热管余热回收技术余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。 超导热管是热管余热回收装置的主要热传导元件，与普通的热交换器有着本质的不同。热管余热回收装置的换热效率可达98以上，这是任何一种普通热交换器无法达到的。热管余热回收装置体积小，只是普通热交换器的1/3。其工作原理如图所示：左边为烟气通道，右边为清洁空气（水或其它介质）通道，中间有隔板分开互不干扰。高温烟气由左边通道排放，排放时高温烟气冲刷热管，当烟气温度30时，热管被激活便自动将热量传导至右边，这时热管左边吸热，高温烟气流经热管后温度下降，热量被热管吸收并传导至右边。常温清洁空气（水或其它介质）在鼓风机作用下，沿右边通道反方向流动冲刷热管，这时热管右边放热，将清洁空气（水或其它介质）加热，空气流经热管后温度升高。由若干根热管组成的余热回收装置,安装在锅炉烟口，将烟气中热量吸收并高速传导至另一端，使排烟温度降至接近露点而减少热量排放损失。加热后的清洁空气可烘干物料或补充到锅炉内循环使用。提高锅炉和工业窑炉的热效率，降低燃料消耗，达到节能的目的。 在工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态排烟温度一般不低于180，最高可达250，高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染环境。 热管余热回收器可将烟气热量回收，回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水，或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用，降低生产成本，减少废气排放，节能环保一举两得。改造投资3-10个月回收，经济效益显著。 （五）采用防垢、除垢技术通过采用锅炉除垢剂和电子防垢器，优化水汽循环系统，合理控制锅炉的排污率，从而减少水垢，提高锅炉热效率。 （六）采用燃料添加剂技术在燃料中加入添加剂达到优化燃料，达到降低烟垢，提高热效率的目的； （七）采用新燃料采用新型环保燃料油，达到降低燃油成本的目的。 （八）采用富氧燃烧技术空气中氧气含量21%。工业锅炉的燃烧也是在这样空气下进行的工作。实践表明：当锅炉燃烧的气体氧气量达到25%以上时，节能高达20%；锅炉启动升温时间缩短1/22/3。而富氧是应用物理方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量为25%30%。富氧助燃是一种最新节能环保技术。近十几年来，富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃发展，现在西方一些发达国家要求全部新增工业炉窑、工业锅炉不得用普通空气助燃，都得用富氧空气助燃。 （九）采用旋流燃烧锅炉技术众所周知，传统锅炉存在着两大弊端，一是燃烧时有烟雾烟尘冒出，成为重要的污染源；二是煤渣燃烧不充分，能源浪费极为严重。采用纯无烟再节能旋流燃烧锅炉新技术与传统工业锅炉相比较，有着绝对的优势。它比手烧式锅炉节煤30%35%，比链条式自动化锅炉节煤25%。由于纯无烟再节能技术使用了PID变频和ABM节电系统，比传统锅炉节电40%，挥发份可实现90%以上的燃烧和利用，而传统锅炉的挥发份的燃尽率只有78%左右，有22%的烟尘排向大气层，纯无烟再节能旋流燃烧技术使灰渣燃尽率达到了97%，而传统锅炉煤渣的燃尽率只有80%左右，正是由于这些原因，纯无烟再节能燃烧技术可使炉温从原来的1200提高到1500左右，提高了燃烧效率，节省了燃料，满足了客户的需求。 （十）采用空气源热泵热水机组替换技术将现有的燃油（气）热水锅炉替换成空气源热泵热水机组；可节约能源消耗30%到50% 四、存在问题及其解决供分析用的是一台DZD20-25/400型锅炉，该锅炉生产的蒸汽送至厂蒸汽站的分配联箱，再分送至各用汽单位，分配联箱安全阀定压0.08Mpa起跳，生产用汽最大压力0.4Mpa，厂内设有一台1000kw汽轮发电机组，在不发电的情况下，为保证生产用汽，锅炉只能低压运行，运行压力1Mpa左右，过热蒸汽温度340，由于低压运行，带来了一系列问题。 （一）由于压力降低从而使汽水混合物的饱和温度降低，导致燃料消耗量的减少，最终使炉膛温度降低，炉膛温度降低对燃料的燃烬不利，可导致机械未完全燃烧损失q4的增加，在压力降低的情况下如试图提高蒸发量，则必须多进煤，增加送引风量使风煤协调，因炉膛温度水平低，易导致煤的不完全燃烧，使烟囱冒黑烟，污染环境。锅炉的效率也会降低。如该锅炉因具有半室燃的特性，故低压运行时尚能燃烧良好，但遇有负荷增大的情况，就必须多进煤，这时就易冒黑烟，为了克服这个缺点，进行了操作技术上的改进，首先是将主汽门适当关小，以求提高压力，从而提高炉膛温度，同时注意风量的调配，使引风不过大，增加烟气在炉内的停留时间，注意使用二次风，加强搅拌和混合，控制输煤电压即控制给煤量控制煤层厚度，采取了这些措施，基本上消除了黑烟，锅炉燃烧良好，但对于一般层燃链条炉，因其着火条件不及DZD炉，低压运行时在燃烧方面碰到的问题较多，有时不是单纯改进操作方法就能解决，而必须结合煤种在锅炉的结构方面作一定改进，才可能达到正常运行。 （二）低压运行导致蒸汽严重带水。锅炉在设计参数下工作蒸汽速度有一个合理的范围，经汽水分离装置后可以获得较干燥的蒸汽品质，反之，在保持锅炉铭牌出力下低压运行，蒸汽速度显著增大，蒸汽带水也增大，这将对过热器的工作带来影响，一方面蒸汽流速的增加将改善过热器的冷却条件，对过热器的工作有利，另一方面由于饱和蒸汽压力降低，蒸汽密度降低，传热性能下降，对降低过热器壁温不利，但总的来讲，由于烟气温度的降低，对过热器的工作是有利的，蒸汽中水分的增加会在过热器蛇形管底部结垢，埋下事故隐患，导致超温破坏。 （三）低压运行工况，炉膛中烟气温度低，若灰粒中多硬性物质，灰粒粗大而有棱角，使灰粒变硬，则灰粒的磨损也大，由于燃料为高硫煤烟气露点高，烟气温度低，易引起尾部受热面腐蚀，大修检查发现，锅炉的省煤器腐蚀较为严重，每次检修均要更换数根管子，而空气预热器在运行4年以后，已全部更换了一次。 （四）低压运行造成大马拉小车，浪费能源。低压运行时送引风机挡板均要关小，造成节流损失，消耗能源。给水泵也存在负荷不足的现象，这样就增加了损失，由于辅机损失增大，从而使锅炉机组净效率下降。 低压运行对锅炉的工作和经济性有不良影响，同样，超负荷运行对锅炉的工作也是不利的。 锅炉在设计中允许有一定的超负荷能力，短时过负荷运行是允许的，但实践中有些锅炉因为热负荷较大，而锅炉容量又较小，于是盲目地使锅炉处于长期超负荷运行状态，这对设备本身是极为不利的，将严重地影响到设备的使用年限。 在超负荷工况，为了多发汽，必须多耗燃料，使烟气流速增加，而使烟气侧对流放热系数增大，同时由于烟气温度增加，使传热温差增加，因而使对流过热器吸热量增加的值超过负荷增加值使出口汽温增高，这对过热器的工作是很不利的。由于整个炉膛温度水平的提高使各受热面的工作条件恶化，长期超温运