锅炉节能减排.docx

浅析工业锅炉节能减排 摘要:针对我国工业锅炉的使用现状，在总结我国工业锅炉使用中普遍存在问题的基础上，分析了工业锅炉使用问题的根源，归纳了现阶段在用工业锅炉实施节能改造主要使用的技术、产品以及使用效果。结合我国工业锅炉节能潜力巨大的国情，提出我国工业锅炉节能减排要抓源头、重实用、严监管，并强调近期应重点考虑的工业锅炉节能减排方法、途径和对策。本文主要是对燃煤工业锅炉的使用以及节能减排现状进行分析，至于燃油气工业锅炉，目前存在的主要问题是排烟温度过高，针对这一问题，可以通过增加尾部受热面即加装节能器来加以解决，因此在本文中就不加详细阐述。 关键词：炉拱、给煤装置、控制系统。 绪论: 我国每年工业锅炉的污染物排放约为：烟尘：800万t/a;CO2:12.5亿t/a。目前，从总体上看，工业锅炉能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二，仅次于电站锅炉，煤炭消耗量远高于钢铁、石化等高耗能工业行业。全国重点城市工业锅炉排放造成的污染已经超过了电站锅炉。对燃煤工业锅炉的使用以及节能减排现状进行分析，至于燃油气工业锅炉，目前存在的主要问题是排烟温度过高，针对这一问题，可以通过增加尾部受热面即加装节能器来加以解决，因此在本文中就不加详细阐述。一 工业锅炉使用中普遍存在的问题（一）锅炉运行负荷低，存在“大马拉小车”的现象据统计，目前全国工业锅炉的平均运行负荷只有额定负荷的50%左右，实际运行效率往往要比鉴定热效率低1015个百分点，造成一次能源的浪费很大。由于锅炉的低负荷运行，致使锅炉运行的一些参数难以控制在合理的范围内，如炉膛温度、给风量、漏风系数等。如锅炉在50%负荷下运行，散热损失比在额定负荷运行时增大一倍，同时容易造成漏风系数增大，火床和炉膛温度偏低，燃烧速度明显减慢，煤中的固定碳燃烧变得越加困难，炉渣含炭量增加，这样就使不完全燃烧热损失增大，运行效率下降。同时由于烟气温度及流速发生变化，也增大了尾部受热面腐蚀与积灰堵塞的可能性，图1是燃煤锅炉效率曲线。图1（二）燃煤质量不稳定且多变就燃煤供应来讲，由于我国幅员广大，产煤地区和大、中城市工业锅炉所使用的煤为多品种煤主要是烟煤、无烟煤、贫煤等，煤种经常发生变化。不同地区的煤质相差较大，有些地区的煤质很差。工业锅炉的燃煤多为未经过洗选加工的原煤，颗粒度没有保证，原煤中颗粒度10mm的块粒含量仅占15%30%。我国的燃煤工业锅炉以层燃锅炉为主，由于层燃锅炉在设计时其受热面的布置型式、面积大小、炉拱炉排配风装置的结构型式均按一定的设计煤种设计，其对煤种的适应性较差，所以，当燃用煤种发生变化时，它的燃烧情况必然会变化，一般是变得更差一些；况且供应的煤种经常变化，也使锅炉运行、管理人员无法掌握煤质情况，摸不清运行规律，也不能采取有针对性的应对措施。另外，由于供应的烟煤颗粒度不能保持一个相对稳定值，含有较多的细屑，灰份也往往较多，这样既降低了锅炉运行热效率，也增加了锅炉污染物的排放。（三）锅炉的燃烧设备存在较多缺陷目前我国燃煤工业锅炉的燃烧设备存在着较多的缺陷。机械炉排普遍存在漏煤量偏大、侧密封不严等问题（往复炉排更为严重）。首先炉排运行易跑偏，受热后易变性、断裂，造成炉排漏煤、火口漏风等，造成了灰渣含碳量增加；其次有相当一部分配风装置、调风门不严密，调节件结构不合理导致调节不灵活、调节作用不明显，且炉排风室间不能密封，各风室互相串风，风量调节性能差，使火床上的各燃烧区段合理布风难以实现甚至不可能；此外炉排与侧墙间漏风严重，锅炉横向风压分布不均衡。上海、辽宁等地实测锅炉过量空气系数平均在23之间，有的高达5以上。这些都严重影响炉内正常燃烧，影响锅炉运行效率。（四）锅炉运行监测仪表不全，控制水平低目前在用工业锅炉配置的运行监测仪表不全或失灵，尤其缺少显示和控制锅炉经济运行参数的仪表。由于锅炉没有装设流量表、氧量表、煤量表、温度表、风压表等测量仪表，有缺少必要的化验手段，所以不能测定蒸汽（或给水）流量、燃煤量、过量空气系数、炉渣含碳量、排烟温度等经济运行参数。因此，运行人员在调节时，往往由于缺少数据，不能对锅炉的运行状况及时作出准确判断，无法在锅炉的燃烧及运行工况变化时，实施相应的运行调节，使锅炉处于最佳工况运行。除了监测仪表不全以外，目前我国的燃煤工业锅炉控制水平也很低，多为位式、开环控制，没有实现连续闭环控制，不能根据外界变化调节锅炉运行状态。即使是机械燃烧炉排，也未能实现燃烧和负荷调整的自动控制。锅炉的自动化水平低，使锅炉的燃烧和运行调整变得难以操作和掌握，无法使锅炉运行较快的适应工况的变化和处于持续稳定状态，锅炉运行效率的保证和提高收到了限制。此外，自动化水平低也使锅炉运行人员的劳动强度加大，对运行人员的依赖性增大，运行人员的素质高低成为决定锅炉运行质量的重要因素，因此提高锅炉控制技术水平成为提高锅炉效率的重要手段。（五）锅炉水质普遍达不到标准要求按照GB/T 1576工业锅炉水质标准规定，蒸汽锅炉、承压热水锅炉的给水应采用锅外化学处理，也就是要安装水处理设备对锅炉给水进行处理。否则锅炉水质不达标，会导致锅炉结垢，既影响锅炉受热面传热，增加热阻，又危及锅炉的安全运行。锅炉结垢对锅炉热效率的影响很大，每增加1mm水垢，将多耗煤3%4%。然而，目前很大一部分工业锅炉没有使用水处理设备，就是已配置的水处理设备其实际利用率也不足70%，尤其是边远地区和乡镇地区的工业锅炉，既未安装水处理设备，也采用锅内加药处理方式。（六）锅炉辅机配套不当质量不高目前，许多工业锅炉的鼓、引风机和给水泵、循环水泵等辅机配套偏大。即使辅机水按锅炉的额定容量进行配置，但由于现在使用的泵与风机多为通用产品，无负荷调节档次，不能随锅炉运行工况的变动相应进行变速调节，而仅是靠挡板、阀门的节流来调节流量或压力，所以面对当前锅炉多数处于低负荷运行状态，辅机不能在高效率区域运行，辅机设备处于高消耗、低输出的运行状态，使得锅炉的自身（电）耗比例增加，造成较大的能源浪费。二 目前在用工业锅炉实施节能改造使用的主要技术、产品及效果分析近几年，在广大锅炉科技人员和节能工作者的努力下，工业锅炉在节能新技术、新产品方面取得了一些成果，但由于缺乏必要的政策支持，总体推广力度不大。目前在工业锅炉节能改造中使用的主要节能技术和产品以及使用效果简述如下：（一） 冷凝式余热回受技术 传统锅炉的排烟温度一般在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。总所周知，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%。采用冷凝式余热回收技术改造锅炉，锅炉排烟温度可降低到5070，回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热，从而大大提高热效率。（二）给煤装置改造 我国的链条炉排锅炉都是燃用原煤，原有的斗式给煤装置使得块、末煤混合堆实在炉排上，阻碍炉排通风，影响燃烧。将斗式给煤改造成分层次给煤，即使用重力筛选将原煤中块、末自下而上松散地分布在炉排上，有利用炉排通风、改善燃烧状况，提高煤的燃烧率，减少炉渣含碳量，节能效果视改前炉况而异，炉况越差，效果越好，一般可提高效率35个百分点。该项改造投资少，见效快，投资回收也很快。部分单位的实践已做出了很好的证明。（三）炉拱改造 链条炉排锅炉的炉拱是按设计煤种配置的，拱型结构对煤种是否使用，对链条炉排燃烧好坏是一个关键。目前在用锅炉的绝大部分炉拱都是II类烟煤设计的，由于实际运行工况与设计的差异（一是煤质不符合设计煤种要求及煤种多变;二是锅炉低负荷运行，炉温低，煤末进后拱已成压火状况），直接影响了锅炉的热效率，甚至影响锅炉出力。按照实际使用的煤种，适当改变炉拱的形状与尺寸，可以改善燃烧状况，提高燃烧效率，减少燃煤消耗。这项改造可降低炉（灰）渣含碳量30%50%，而且可提高出力。技改投资半年左右可收回。（四）燃烧系统改造 链条炉排锅炉在负荷变化或煤质变化尤其是变差时往往会冒烟，炉龄较长的锅炉此现象更为严重。近几年，一项旨在降低污染、节约能源的工业锅炉“气、煤混烧”技术在美国等发达国家推广应用。据了解，这种技术就是在炉膛适当部位喷入燃气助燃燃煤，此项技术在美国的老龄锅炉改造中应用较多，我国也有改造实例（如宣化钢铁集团公司焦化厂三台SHL2025/400AII锅炉的改造）。该项技术具有下列优点：暖炉、点火干净快捷；锅炉负荷调节范围扩大，避免降负荷损失；由于燃尽率提高和过量空气减少，锅炉热效率提高；适应负荷快速变化和煤质变化等。因此，该项技术可以在现在或将来有供气源的地方用于燃煤工业锅炉的改造，节能效果一般可提高510个百分点。（五）锅炉辅机节能改造 燃煤锅炉的主要辅机给水泵、鼓风机和引风机的运行参数与锅炉的热效率和耗能量直接相关，用适当的变频调速技术，按照锅炉的负荷需要调节给水量、鼔、引风量，维持锅炉运行在最佳状况，一方面可以节约锅炉燃料，另一方面又可以节约给水泵和风机的耗电，节电率一般可达20%60%，节能效果好。（六）层燃锅炉改造成循环流化床锅炉 循环流化床锅炉是燃煤在炉内循环流化燃烧，所以，它的热效率比层燃锅炉高1015个百分点，而且负荷调节性能好，可以燃用劣质煤；此外由于可以使用石灰石在炉内脱硫，所以，不但可以大大减少燃煤锅炉酸性气体、的排放量，而且其灰渣可直接用于生产建筑材料。这种改造已经有不少成功案例，但它的改造投资较高，约为购置新炉费用的70%，而且会大幅度提高电能消耗，所以要慎重决策。（七）控制系统改造 工业锅炉控制系统节能改造主要是按照锅炉的负荷要求，实时调节給煤量、给水量、鼔引风量，特别是实施燃烧自动调节，包括电动机的变频调速，装设烟气氧量监测仪表，再配以先进的调风装置，可大幅提高燃烧效率，降低过量空气系数，使锅炉经常处在良好的运行状态，从而提高锅炉效率，一般可提高23个百分点。（八）在供热系统中推广蓄热器由于采用蓄热器，可以在用户用热负荷多变条件下，保持锅炉的运行工况稳定，使锅炉一直以稳定负荷状况工作，从而提高运行热效率。不然，由于锅炉在低负荷或变负荷下运行，热效率将会急剧下降。经上海地区试验，在供热系统采用蓄热器的情况下，锅炉热效率可提高45个百分点，且对系统也有益。（九）其他改造 a）配以自动控制排污阀，以降低排污热损失； b）完善炉墙保温及管道保温，根据实践经验，做好保温可提高锅炉效率1.52个百分点； c）安装锅炉吹灰器，一方面能提高受热面传热效果，另一方面能降低排烟温度3045不等，可提高锅炉效率23个百分点。三 近期可重点考虑的工业锅炉节能减排技术、方法和措施 我国燃煤工业锅炉中目前采用链条炉排燃烧方式的占绝大多数，这种燃烧方式对外界的负荷变化适应能力差，实际运行中常采用停停烧烧的方法调整锅炉出力。目前这种燃烧方法大多采用人工控制调节出力，既要跟踪用气量的变化，又要调整风煤比例，仅靠司炉工采用人工方法进行合理操作实际是不可能的，因此国内链条炉排锅炉的过量空气系数大都偏大，有的甚至达到了45，使得锅炉实际运行效率比锅炉连续运行额定工况下的鉴定效率低很多（过量空气系数对排烟热损失和效率的影响见图2、图3）。尽管采用微机技术来解决链条炉排燃烧的自控问题是大家一致的看法，也经过了各种尝试，然而，现阶段层燃工业锅炉大多自动控制水平不高，很难实现文中提及的燃烧工况和锅炉负荷的及时调整。另外，链条炉排锅炉燃烧原煤存在问题不少，但全国借鉴国外燃煤在锅炉上使用的成功经验，就我国目前经济实力也不可能，我们需要努力寻找符合我国国情的锅炉用煤方式。还有需要特别注意的是，作为节能减排主体的企业对工业锅炉节能减排大多数没有积极性，有的甚至很抵触。因此近期可重点开展以下几个方面工作： 1）通过通过炉排热强度改变控制对象参数，达到有效控制燃煤工业锅炉的目的； 2）通过对燃料简单筛选分供给不同燃烧方式的锅炉使用达到节能减排目的； 3）针对大多数工业锅炉用户不愿实施节能减排首先需要解决的问题。图2 过量空气系数和q2的关系曲线图3 过量空气系数和锅炉效率的关系曲线结论 工业锅炉节能减排任重道远，相信在政府的积极倡导和职能部门强有力监管下，通过制造企业、用户以及其他相关单位的共同努力，尤其是有志于工业锅炉节能减排工作的工程技术人员的积极参与，我国的工业锅炉节能减排工作就能取得飞跃性的进步。就现在看，想尽快提高节能减排要做到以下几个方面工作：