淺析工業鍋爐設計中節能減排問題

江濤

（南京凱盛開能環保能源有限公司，江蘇 南京 210036）

1 分析現階段工業鍋爐在節能減排方面的各種問題

1.1 高熱量高污染

1.1.1 鍋爐容量小、熱效率低。近年來熱電聯產項目逐漸上升，但總體上小容量鍋爐所占比重仍然偏高，且大多數鍋爐長期在低負荷下運行，造成不完全燃燒和排煙溫度升高，熱損失增大，煤種多變、煤質差。工業鍋爐的燃煤由于產供緊張，其顆粒度、熱值、灰分等均無法保證。而工業鍋爐90%以層燃鍋爐為主，層燃鍋爐對煤種的適應性較差，當煤種發生變化時，其燃燒工況相應也發生變化，且燃燒時工況也相應變差。

1.1.2 排煙溫度高、污染大。企業大量使用有機熱載體鍋爐，而有機熱載體鍋燃燒方法大多數以層燃為主，其排煙溫度長期在300℃～350℃之間，大量高溫煙氣及粉塵 SO2、CO2、NO對環境造成極大污染，熱量流失嚴重。

1.2 自控裝置水平低

鍋爐運行自控裝置水平低，在用工業鍋爐普遍未配置運行監測儀表，操作人員在調整鍋爐燃燒工況或負荷變化時，無法掌握具體數據，不能及時根據負荷變化調整鍋爐運行工況，鍋爐、電機的運行效率受到限制，造成了浪費。

1.3 能源浪費嚴重

在相當長的時期內能源浪費現象十分嚴重，我國的能源結構以煤為主，燃煤工業鍋爐仍將是主導產品，同時也是我國主要的煤煙型污染源。根據國家質檢總局特種設備安全監察局的統計資料:目前，全國在用工業鍋爐保有量50多萬臺，約180萬蒸噸/小時。燃煤鍋爐約48萬臺，占工業鍋爐總容量的85%左右，平均容量約3.4蒸噸/小時，其中20蒸噸/小時以下超過80%。113個大氣污染防治重點城市中約有燃煤工業鍋爐24萬臺，90萬蒸噸/小時，均占全國的1/2。工業鍋爐主要用于工廠動力、建筑采暖等領域，每年耗原煤約4億噸。

2 節能減排的具體實施辦法

2.1 降低燃耗的方法是提高燃料利用率

2.1.1 在設計過程中爐膛容積應保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿，有利于向料坯的傳熱。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負荷的不同而有所差異。不同的燃料產生的單位熱量所具有的廢氣體積是不同的，因而所需的燃燒空間大小是不一樣的。一般發熱值越高，廢氣體積相應越?。▽嶋H消耗燃料及空氣少）。在爐膛內的熱量相同的條件下所流過的廢氣量是不相同的，所以在決定爐膛尺寸時必須考慮這個特點，同時在確定燃燒空間大小時，還要考慮到在什么空間內要求燃料燃燒完全的問題。在設計的過程中計算所得的爐高數值是設計爐膛高度的依據之一。但在最后確定高度時必須綜合地考慮爐膛高度應保證在燃燒裝置安放得下、爐內氣體流動和傳熱狀況維持正常的前提下盡量不使爐膛過高。同時要注意使整個爐膛內充滿爐氣并能滿足組織火焰的要求。

2.1.2 爐底結構應能使物料下表面由爐內冷卻水管滑道造成的“黑印”盡量減輕消除。工業的爐的爐底承受加熱件的重量、裝出料時的碰撞和摩擦、氧化鐵皮的侵蝕以及旋轉過程溫度的反復變化，因此要求爐底上層的耐火材料具有抗高溫、耐急冷急熱、磨、不與氧化鐵皮起化學反應等性能。需將設計所得的參數包括整個爐底的重量、鋼機的推程、步距、上下行程等作為設計爐底機械的原始數據。

2.2 高煙囪排放

煙囪是最常用的一種排煙裝置，爐內煙氣通過煙道，依靠煙囪排入大氣。排煙方式分為自然排煙與機械排煙兩類，煙囪必須有獨立的基礎，不能與煙道基礎相連。煙囪底部應設計人孔以備燒烤煙囪、扒灰和修理內襯之用。在煙囪設計的過程中根據煙囪的高度計算所得的排放濃度與允許排放濃度作的比較，確定采用的煙囪高度并按煙囪系列尺寸選用煙囪直徑和高度。通過設計雖然不降低排放物的絕對數量，但可降低有害物質的著地濃度，煙囪越高著地濃度越低。煙氣中的SOx被大氣稀釋這是一種局部解決的方法 ，所以落到地面時濃度已很稀無害于動植物的生存。但它并不能從根本上消除SO2對大氣的總污染，這種方式僅僅起到緩和污染的作用。

2.3 燃料的選用和改質

2.3.1 燃料中含有的硫在燃燒時產生SO2，在氧化條件下SO2能被氧化成SO3，再與水汽相遇便生成H2SO4具有很強的腐蝕性。SO2除直接危害人體健康外，對環境的危害是以酸雨的形式出現的。因此在選用燃料時采用低硫或不含硫燃料或通過洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是從燃料燃燒的過程中脫硫采用煙氣脫硫技術。目前煙氣脫硫是一個主要的SO2控制方法，它將煙道廢氣中SO2成分脫除或回收，從而使煙氣中SO2的污染大降低。

2.3.2 大氣中的NOx主要來源于燃料的燃燒過程。NOx吸收并散射光線，在空氣中與光化學氧化劑、顆粒物以及日光發生一系列的復雜的反應而形成光化學煙霧，不僅降低能見度而且對人體的健康有很大危害。防治 NOx的方法有兩種:一是通過燃燒技術的改進來抵制它的生成。二是從煙氣中將NOx除去，即煙氣脫除NOx。此外還可采用高煙囪稀釋法。這雖沒有減少向大氣的排放量但對減輕局部地區的污染是有效的。

2.4 影響燃燒操作條件的三個主要因素

燃燒操作條件的影響比較復雜涉及的因素較多，這里介紹三個主要因素:空氣燃燒比、燃燒溫度和燃燒時間。空氣燃料比增加表示空氣量增多，燃燒完全排煙中的煙塵濃度會下降。一般而言煙氣出口濃度降低煙塵濃度將增大。提高燃燒溫度和延長在高溫區的停留時間都會使煙塵量下降。因為燃燒所產生的炭黑、油灰和飛灰可燃物質都是固體物質，其燃燒速度決定于氧化劑擴散到固體表面上的擴散速率，以及表面上的反應速率。高溫時對于炭黑和小粒徑的油灰及飛灰的燃燒速率，化學反應速率是主要影響因素。所以對大粒徑的顆粒擴散速率的影響就不能忽視。

2.5 排煙治理

在燃料燃燒的過程中會發生一系列的物理和化學變化并有可能形成大小不一的細微碳粒，這些以氣體漂浮的灰分以顆粒狀存在，是煙氣中灰塵的主要來源。為了減輕煙囪排出煙氣中有害物質對環境的污染，應該改進燃燒技術創造良好的燃燒條件，保證燃料的完全燃燒。當煙氣的含塵量高于排放標準的規定時可考慮在煙道中設置除塵裝置，各種除塵裝置都有其效果最佳的工況條件，不符合這些條件時除塵效率將大為降低。當采用強制排煙時除塵裝置要安裝在排煙機之前，這樣可以減少或避免煙氣中粉塵對排煙機的磨損而且含塵煙氣處在負壓條件下不會產生粉塵飛出的問題。為使輸送含塵氣流至除塵器的管道內不產生積灰，保證除塵系統的正常工作，要求水平管段內的流速在10～12m/s以上。

結語

我國的經濟在飛速發展，能源對經濟發展的制約越來越明顯，工業鍋爐節能降耗已列為國家節能重點，鍋爐是高能耗設備，但是通過以上措施的實施，可有效地提高鍋爐效率，降低工業鍋爐能源消耗，最終實現節能減排。

[1]夏喜英.鍋爐與鍋爐房設備[M].中國建筑工業出版社，2011.

[2]徐生榮.鍋爐原理與設備[M].中國水利水電出版，2009.