工业锅炉节能减排技术.docx

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工业锅炉节能减排技术

燃锅炉节能减排实用技术

目录

1、目前工业锅炉经济运行最突出的问题1

1.1锅炉运行负荷低1

1.2燃煤质量不稳定且多变1

1.3锅炉的燃烧设备存在较多缺陷1

1.4锅炉运行监测仪表不全，控制水平低2

1.5锅炉水质普遍达不到标准要求2

1.6锅炉辅机配套不当质量不高2

2、链条锅炉燃烧的基本概念2

2.1.锅炉燃烧的基本概念2

2.2燃烧的基本条件3

2.3燃煤锅炉燃烧要把握四大基本环节3

3、优化布煤节能技术3

4、低氧燃烧节能技术4

5、锅炉炉拱的功能与节能改造技术4

6、超导热管节能技术4

7、锅炉局部富氧燃烧节能技术5

8、复合燃烧节能技术5

9、锅炉辅机节能技术6

10、控制系统节能技术6

11、结语6

参考资料：

7

能源和环境保护已成为世界各国关注的热点,地球上的能源还能供人类使用多少年，相关报道文献极详尽，虽众多能源工作者知之甚多，然而在实际工作中尚未能千方百计地节能。

对广大用能单位来说，尚未视节能是降低成本的重要途径。

我国工业锅炉大部分还是以燃煤为主，由于实际运行效率低，能源浪费及环境污染还是很严重。

为此，如何提高效率，节约能源已成为当务之急，已是迫在眉睫之事。

本人就从事工业锅炉节能的多年实践经验出发，将本人认知的节能减排技术写出来，望广大能源工作者不吝指教。

1、目前工业锅炉经济运行最突出的问题

1.1锅炉运行负荷低

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要低，造成一次能源的浪费很大。

1.2燃煤质量不稳定且多变

就燃煤供应来讲，由于我国国土面积大，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<3mm的细末含量有高达45%～65%，而颗粒度>10mm的块粒含量仅占15%～30%。

1.3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α平均在2～3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。

1.4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。

1.5锅炉水质普遍达不到标准要求

按照GB/T1576《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%。

1.6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。

2、链条锅炉燃烧的基本概念

2.1.锅炉燃烧的基本概念

锅炉是由两大部分组成的，一部分叫“炉”，就是组织燃烧的热工装置；另一部分叫“锅”，就是热交换的受热面，即封闭的压力容器系统，用以吸收燃烧释放出的热量，把水转化为高温高压蒸汽、高温热水或其他热载体。

煤是一种燃料，其中的可燃物质有固定碳与挥发份，这些可燃成分与空气中的氧在一定温度条件下发生燃烧反应，释放出光和热的现象就叫燃烧。

2.2燃烧的基本条件

①、要有可燃物质。

②、要供给一定量的空气。

③、要具备足够的燃烧温度，温度越高燃烧反应速度越快。

④、要创造各种条件，使可燃物质与空气中的氧进行良好的混合，使燃烧反应更迅速、更完全，这就是强化燃烧。

2.3燃煤锅炉燃烧要把握四大基本环节

①、燃煤要合理进行加工与处理。

②、合理布煤，分段送风，创造风煤良好混合条件，促进完全燃烧。

③、尽力创造高温燃烧环境，提高炉膛温度，加快热交换进程。

④、及时、合理进行燃烧调整，促进燃烧反应进行的更迅速、更合理、更完全。

3、优化布煤节能技术

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。

将斗式给煤改造成纵向分行垄形布煤法，有如下特点：

1、煤层疏松，通风阻力小；

2、煤层外表面积扩大；

3、微型自动拔火；

4、促进氧化还原反应加快。

湖南省节能协会组织有关专家对全省9个锅炉房28台燃煤锅炉安装分行垄形布煤装置进行了实地考查，并与锅炉管理人员和司炉工进行了座谈讨论。

调查结果，平均节煤率为8.11%，风机节电7.5%，锅炉热效率提高2.75%，锅炉出力提高4.56%，灰渣含碳量降低5%，炉膛温度提高70-80℃。

4、低氧燃烧节能技术

采取各种有效措施，降低燃烧烟气中的残余氧含量，并能达到燃料完全燃烧，提高燃烧效率的控制方法，称为低氧燃烧技术。

低氧燃烧技术的优势

①、可降低排烟热损失q2。

通过降低空气系数，封堵漏风，改进侧密封装置，降低炉膛负压力等措施，使排烟处烟气中的残氧量由目前的8%-10%，降低到5%-6%以下，由于进入21%氧气，要带入79%氮气，增大3.76倍，降低烟气中的残氧量，必然可提高火焰温度，促进炉内热交换，减少烟气量，降低q2热损失。

②、降低烟气中残氧量，可减轻对锅炉钢管，预热器，省煤器以及钢烟囱等部件的氧化腐蚀。

③、可减少燃烧生成的NOX有害气体，有利于环境保护。

④、由于烟气量的减少，风机排烟量减少，风机便可节电。

5、锅炉炉拱的功能与节能改造技术

我国现有链条锅炉的炉拱设计理论有的仍然依据“反射原理”建造的抛物线形老式炉拱。

西安交大借鉴国内外研究成果，经反复试验，否定了上述理论。

提出了以“再辐射”为主的换热原理。

认为要强化前拱的引燃作用，只能通过提高前拱区的温度来实现。

为此，后拱的作用必须将主燃区中、后部的高温烟气输送到前拱区，提高前拱区的温度。

这就是强化燃烧的对流拱型。

此对流拱形是通过双人字型的前后拱协调组合来实现的。

该炉拱在国内广泛推广应用，取得良好效果，锅炉热效率可提高3%，节煤4%以上。

6、超导热管节能技术

排烟温度与排烟体积是构成排烟热损失q2的两大因素。

据锅炉热平衡粗略统计，目前锅炉排烟热损失q2约在15-20%之间，有的锅炉还要大一些。

上面谈到的多为如何减少烟气量的一些论述，本节着重讨论有关降低排烟温度的措施。

一般来讲，排烟温度每提高15℃，q2热损失增大1%，燃料浪费1.4%。

加装热管空气预热器后，排烟温度可降至140℃，未发现露点腐蚀问题，空气预热温度可达到80℃左右，实现热风助燃，收到明显节能减排效果，值得推广应用，其主要优越性列下：

①、热管导热性能优越，是水的103-104倍，空气预热温度可达到80℃左右，适合链条锅炉热风助燃，节能效果明显。

②、结构简单，投资较省，不到一年可回收。

③、将烟侧与风侧分别单独设通道，不会积灰堵塞，不必平时吹灰清扫。

④、热风助燃可提高火焰温度80℃左右，进而提高炉膛温度，增强辐射传热效果，降低灰渣含碳量。

因为辐射传热与温度差的4次方成正比。

正适合解决当前锅炉存在的火床短、炉温低、烤渣效果差等问题。

7、锅炉局部富氧燃烧节能技术

富氧燃烧节能技术适用于各种燃料的不同类型锅炉的助燃节能。

以空气为原料，经富氧机组分离出富氧空气，采用局部增氧燃烧技术，结合锅炉的结构特点，将富氧空气加到最需要氧气的地方，整体优化炉内燃烧工况，强化燃料化学动力燃烧及扩散燃烧的反应速率。

解决燃烧不充分、炉渣和飞灰含碳量高的问题，达到减少热损失、降低燃料消耗的综合节能目的。

局部富氧助燃的主要效果可以概括为以下几点：

1、加强炉膛内部烟气扰动，加快燃料的扩散燃烧速率；

2、提高炉膛温度，加快燃料的化学动力燃烧速率；

3、降低燃料的燃点温度和燃尽时间；

4、提高燃烧效率和燃尽度；

5、提高锅炉对煤质适应性；

8、复合燃烧节能技术

复合燃烧，就是在链条锅炉的炉侧或炉前，另装一套制粉系统，向炉内喷煤粉燃烧。

因此在链条炉的内部同时存在两种燃烧方式。

其中70%的煤在炉排上燃烧，30%的煤在炉膛内悬浮燃烧，这样充分利用了炉膛空间，减轻了炉排热负荷，提高了炉膛温度。

既提高了热效率，又大幅度增加了出力。

预先除铁后的原煤（颗粒小于25mm，水份小于6%）由输送绞龙送入磨煤机构，被高速旋转的叶片切向击碎，并利用运行过程中产生的1500—3000Pa的风压将煤粉喷入炉膛。

由于送煤的一次风其过剩空气系数小于1（约0.2—0.3），必须吸收炉膛内的炉排上的过剩空气予以燃烧。

由于减少了炉内的过剩空气系数，从而达到节煤及增加负荷的能力。

尽管增加了磨煤机构的电耗，但由于负荷提高，吨汽电耗仍可下降5%以上。

9、锅炉辅机节能技术

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。

10、控制系统节能技术

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4~5个百分点，且对系统也有益。

11、结语

工业锅炉节能减排还有很大的发展空间，本文仅起到抛砖引玉的作用，在未来很多年内在政府的倡导和职能部门的监管下，通过制造企业、用户以及节能公司等相关单位的共同努力，还有工业锅炉节能减排工作的工程技术人员的参与，我国的工业锅炉节能减排工作就能取得飞跃性的进步。

参考资料：

1、史培甫主编，赖光楷主审;工业锅炉节能减排应用技术;化学工业出版社2012.7第二次印刷；

2、车得福、刘银河主编；供热锅炉系统节能；机械工业出版社2008.5；

3、王鼎臣主编；水处理技术及工程实例化学工业出版社；2008年1月；

4、张昌煜、董进份、石培珍编；锅炉基本知识；科学技术文献出版社重庆分社；1983；

5、马驰、吕富；分行垄形燃烧在链条锅炉上的探索和创新；节能2005年6期；

6、黄祥新；层燃炉中的推迟配风及空气二次利用原理；工业锅炉1999年4期；

7、胡玉龙.在用工业锅炉节能运行与工作[J].应用能源技术，2009（3）：

15—17.

8、石斌.对工业锅炉节能减排的探索[J].中国质量技术监督，2008（12）：

60—61.

9、王彦秋.工业锅炉节能途径分析与探讨[J].应用能源技术，2008（11）：

18—20.

10、工业锅炉节能潜力分析及政策措施研究.上海工业锅炉研究所，2004.

11、陈听宽.节能原理与技术.北京[M]：

机械工业出版社.1988.

12、刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京:

中国电力出版社.2000.

另附：

长沙娃哈哈生物质锅炉存在问题分析。

供王工选择、指正。

锅炉情况

锅炉型号：

SZL15-1.25-T

制造商：

无锡锡能锅炉有限公司

制造日期：

2013年

与普通燃煤锅炉的区别：

1：

此“生物质锅炉”在两侧炉强外侧各设计一个二次给风（参数：

功率1.5kw；风压780Pa;风量4000m³/h；电机1.5kw4级）。

距炉排高度1000以内。

2：

锅炉设计有双级铸铁省煤器，省煤器后水平烟道上再设计一级烟气余热回收的热水发生器。

其设计理念本意为降低排烟温度，加热锅筒补水，节约燃料，提高锅炉热效率。

3：

除尘装置为多级布袋除尘。

这与普遍使用的麻石水幕除尘有很大区别，设计理念：

“生物质成型燃料燃烧后灰尘较大”，故有此设计。

4：

鼓引风机均配有变频器。

设计理念节约电耗。

5：

锅炉各水、汽管道，均做保温。

外包装整洁。

生物质燃料在链条锅炉中的燃烧特性：

技术特点：

炉排的下部风室提供一次风，一、二风室的供风为燃料的预热干馏气化及燃烧提供氧气。

生物质燃料与煤的最大区别是：

生物质燃料的挥发分在70%以上，而链条锅炉常用的II类烟煤只有约20-30%。

为了保证生物质燃料的挥发分在炉膛内及时完全燃烧，二次风的提供是锅炉改造成功的关键所在。

干馏挥发的燃气（即挥发分）二次风的作用下，与氧气充分混合并强烈燃烧；同时，与燃煤锅炉有很大区别前后拱为生物质燃料的充分燃烧提供了足够的炉膛空间。

（这也是这台锅炉炉体巨大的原因）。

在高压二次风气流和阻尘墙的作用下，可燃物质（挥发分及细小颗粒）必定停留在燃烧室内充分燃烧，可燃物充分燃尽后的高温烟气在引风机的作用下由燃烧室折出阻尘墙，这样不但可燃气体得到充分燃烧而且保证了炉膛的高温，加快了燃料的燃烧过程。

三、四风室为固定碳高温燃烧提供氧气，燃尽后炉渣落入除渣机排出锅炉。

通过上述一次风、二次风及改造后的炉拱结构，使锅炉形成独特的燃烧形式。

固体生物质燃料在炉排一次风作用下随锅炉链排移动燃烧，燃烧室内设置的二次风气流为挥发分的燃烧提供充足的氧气的同时，形成炉膛内旋转气流，从而大大的改善了燃烧条件，实现燃烧的化学能到热能的转换过程。

生物质燃料大量挥发分的及时燃烧是生物质燃烧最基本的要求，本技术实现了一个燃烧工况下两种燃烧方式（生物质压块层状燃烧，挥发分在炉膛空间的悬浮燃烧），才保证了生物质燃烧的全过程。

所谓锅炉经济运行，个人总结无非“人、机、炉、料、控”五个字。

下面就哇哈哈“生物质锅炉”存在的问题，就上述五个字逐条分析。

不妥之处，望诸位业内同行不吝指正。

人：

既司炉人员。

司炉工应该视生产用气具体情况、燃料的燃烬程度、炉膛温度等等情况，及时调整锅炉配风、炉料厚度、料条速度。

而现场三小时内该锅炉的二次风启动仅为一次，时间约为30分钟。

未见司炉人员经观火孔观察炉内燃烧状况，未见调整鼓引风机变频器参数。

问及司炉工如何调整燃烧状况？

答：

调整链排转数！

！

对出渣机排出的大量未经燃烧的生物质颗粒，排渣工人视而不见。

足见现场司炉工在上岗前没有接受一般的培训，更不了解生物质锅炉的燃烧、操作特性。

以链条速度的调整来控制气压的高低的做法实不可取。

机：

即为锅炉各种配置的机械。

在此不做赘述。

炉：

既锅炉。

从广西人最早的烧甘蔗渣、稻谷壳到东北四平市的专烧糠醛渣的烧渣炉，生物质锅炉发展至今10年有余，生物质锅炉配有二次给风，这是一般常识。

哇哈哈项目所见锅炉配风不足、设二次风位置偏低、给风口只在主燃区两侧各设计一个风口。

加之多级布袋除尘的设计，足见对生物质锅炉的燃烧工况不甚了解，人云亦云。

这台“生物质锅炉”锅炉没有设计阻烟墙！

导致蕴含大部分热能的挥发分直接被引风机拉出炉膛。

二次风的设计风压、风量、电机功率均明显不足。

料：

即燃料，现场见生物质成型燃料，颗粒度均匀、密度合理、未见掺杂、水分经湿度仪测试为10%以内。

控：

既控制。

也就是日常所说的烧锅炉。

综上所述，两级铸铁省煤器加一级热水发生器后排烟温度为：

180℃-190℃,造成排烟热损失q2加剧。

炉内设计差强人意；二次布风不合理、多级布袋除尘装置的设计表明，该锅炉设计伊始就估计到该锅炉会有大量未经释放热能的挥发分（也就是锅炉冒黑烟）随烟道排空，气体不完全燃烧q3热损失加剧（布袋除尘器中灰渣经测试热值为1000kcal/kg）

加之司炉工操作水平低下、责任心不强；以调整链排转数来控制炉温，导致大量生物质颗粒未经燃烧落入渣池，导致固体不完全燃烧q4、灰渣物理热损失q6热损失加剧导致该锅炉热效率低下，蒸汽热能单耗居高不下。

文中标注数据，可见现场照片、录像。