工業鍋爐存在的弊端及節能減排對策

朱森林，楊潔

（南京凈環熱冶金工程有限公司，江蘇南京 210016）

1 我國工業鍋爐使用普遍存在的弊端

1.1 鍋爐運行負荷低，存在“大馬拉小車”的現象

據統計，目前全國工業鍋爐的平均運行負荷只有額定負荷的50%左右，實際運行效率往往要比鑒定熱效率低10%～15%，造成一次能源的浪費很大。由于鍋爐的低負荷運行，致使鍋爐運行的一些參數難以控制在合理的范圍內，如爐膛溫度、給風量、漏風系數等。如鍋爐在50%負荷下運行，散熱損失比在額定負荷運行時增大一倍，同時容易造成漏風系數增大，火床和爐膛溫度偏低，燃燒速度明顯減慢，煤中的固定碳燃燒變得越加困難，爐渣含炭量增加，這樣就使不完全燃燒熱損失增大，運行效率下降。同時由于煙氣溫度及流速發生變化，也增大了尾部受熱面腐蝕與積灰堵塞的可能性。

1.2 燃煤品質不穩定且多變

就燃煤供應來講，由于我國幅員廣大，產煤地區和大、中城市工業鍋爐所使用的煤為多品種煤—主要是煙煤、無煙煤、貧煤等，煤種經常發生變化。不同地區的煤質相差較大，有些地區的煤質很差。工業鍋爐的燃煤多為未經過洗選加工的原煤，顆粒度沒有保證，原煤中顆粒度＜3 mm的細末含量高達45%～65%，而顆粒度＞10 mm的塊粒含量僅占15%～30%。

我國的燃煤工業鍋爐以層燃鍋爐為主，由于層燃鍋爐在設計時其受熱面的布置型式、面積大小、爐拱爐排配風裝置的結構型式均按一定的設計煤種設計，其對煤種的適應性較差，所以，當燃燒煤種發生變化時，它的燃燒情況必然會變化，一般是變得更差一些;況且供應的煤種經常變化，也使鍋爐運行、管理人員無法掌握煤質情況，摸不清運行規律，也不能采取有針對性的應對措施。另外，由于供應的煙煤顆粒度不能保持一個相對穩定值，含有較多的細屑，灰粉也往往較多，這樣既降低了鍋爐運行熱效率，也增加了鍋爐污染物的排放。

1.3 鍋爐的燃燒設備存在較多缺陷

目前我國燃煤工業鍋爐的燃燒設備存在著較多的缺陷。機械爐排普遍存在漏煤量偏大、側密封不嚴等問題（往復爐排更為嚴重）。首先爐排運行易跑偏，受熱后易變性、斷裂，造成爐排漏煤、火口漏風等，造成了灰渣含碳量增加;其次有相當一部分配風裝置、調風門不嚴密，調節件結構不合理導致調節不靈活、調節作用不明顯，且爐排風室間不能密封，各風室互相串風，風量調節性能差，使火床上的各燃燒區段合理布風難以實現甚至不可能;此外爐排與側墻間漏風嚴重，鍋爐橫向風壓分布不均衡。上海、遼寧等地實測鍋爐過量空氣系數α平均在2～3之間，有的高達5以上。這些都嚴重影響爐內正常燃燒，影響鍋爐運行效率。

1.4 鍋爐運行監測儀表不全，控制水平低

目前在用工業鍋爐配置的運行監測儀表不全或失靈，尤其缺少顯示和控制鍋爐經濟運行參數的儀表。由于鍋爐沒有裝設流量表、氧量表、煤量表、溫度表、風壓表等測量儀表，又缺少必要的化驗手段，所以不能測定蒸汽（或給水）流量、燃煤量、過量空氣系數、爐渣含碳量、排煙溫度等經濟運行參數。因此，運行人員在調節時，往往由于缺少數據，不能對鍋爐的運行狀況及時作出準確判斷，無法在鍋爐的燃燒及運行工況變化時，實施相應的運行調節，使鍋爐處于最佳工況運行。

除了監測儀表不全以外，目前我國的燃煤工業鍋爐控制水平也很低，多為位式、開環控制，沒有實現連續閉環控制，不能根據外界變化調節鍋爐運行狀態。即使是機械燃燒爐排，也未能實現燃燒和負荷調整的自動控制。鍋爐的自動化水平低，使鍋爐的燃燒和運行調整變得難以操作和掌握，無法使鍋爐運行較快的適應工況的變化和處于持續穩定狀態，鍋爐運行效率的保證和提高收到了限制。

此外，自動化水平低也使鍋爐運行人員的勞動強度加大，對運行人員的依賴性增大，運行人員的素質高低成為決定鍋爐運行質量的重要因素，因此提高鍋爐控制技術水平成為提高鍋爐效率的重要手段。

1.5 鍋爐水質普遍達不到標準要求

按照GB/T 1576《工業鍋爐水質》標準規定，蒸汽鍋爐、承壓熱水鍋爐的給水應采用鍋外化學處理，也就是要安裝水處理設備對鍋爐給水進行處理。否則鍋爐水質不達標，會導致鍋爐結垢，既影響鍋爐受熱面傳熱，增加熱阻，又危及鍋爐的安全運行。鍋爐結垢對鍋爐熱效率的影響很大，每增加1 mm水垢，將多耗煤3%～4%。然而，目前很大一部分工業鍋爐沒有使用水處理設備，就是已配置的水處理設備其實際利用率也不足70%，尤其是邊遠地區和鄉鎮地區的工業鍋爐，既未安裝水處理設備，也未采用鍋內加藥處理方式。

1.6 鍋爐輔機配套不當

目前，許多工業鍋爐的鼓、引風機和給水泵、循環水泵等輔機配套偏大。即使輔機水按鍋爐的額定容量進行配置，但由于現在使用的泵與風機多為通用產品，無負荷調節檔次，不能隨鍋爐運行工況的變動相應進行變速調節，而僅是靠擋板、閥門的節流來調節流量或壓力，所以面對當前鍋爐多數處于低負荷運行狀態，輔機不能在高效率區域運行，輔機設備處于高消耗、低輸出的運行狀態，使得鍋爐的自身（電）耗比例增加，造成較大的能源浪費。

2 工業鍋爐節能減排的相關對策

2.1 燃料消費政策

為從根本上解決問題，“十一五”期間，國家應該從國家能源戰略管理和技術管理的角度制定工業和供熱行業燃料政策，形成政策或法規導向，從源頭上解決工業鍋爐長期以來燃用散煤致使工業鍋爐熱效率低下、污染嚴重的問題，具體來講，至少應該提倡以下的工業鍋爐燃料消費政策:

a）城市及鄉鎮小容量的生活鍋爐以新能源（如太陽能）、生物質可再生能源和燃用清潔燃料為主，如油品和天然氣、煤氣、液化氣，改善燃料供應結構;

b）中等及大容量工業和供熱鍋爐積極推行容量大型化，爭取一部分工業鍋爐燃用動力優質化配煤（洗選或篩分）;無法實施工業鍋爐燃用動力配煤的城市，至少應采用爐前篩分和成型的混煤配煤方式，或者開發新型的爐前分類、分質和成型化裝置;

c）淘汰手燒的非機械化燃燒的生活鍋爐。鑒于國內工業鍋爐煤質多變的供應狀態，以及工業鍋爐燃料消費量十分巨大，建議在“十二五”初期形成一部分工業鍋爐燃用動力配煤，大部分工業鍋爐燃用爐前分類、分質和成型化散煤的局面。

2.2 法規、標準

通過立法建立工業鍋爐設計、制造、運行的規定性文件，保證節能減排的有效實施。通過標準限制不符合節能減排的工業鍋爐產品進入市場。積極推行目前已經制定的《工業鍋爐能效限定值及能效等級》等國家標準規范化的執行，該標準是為我國《中華人民共和國節約能源法》在工業鍋爐行業中的實施提供科學依據，該標準將成為規范我國工業鍋爐市場、實施中國節能產品認證制度的重要技術支持文件，將在淘汰高耗能產品、促進企業技術進步、加強政府節能管理的宏觀調控等方面發揮重要作用。

2.3 目前在用工業鍋爐實施節能改造使用的主要技術

近幾年，在廣大鍋爐科技人員和節能工作者的努力下，工業鍋爐在節能新技術、新產品方面取得了一些成果，但由于缺乏必要的政策支持，總體推廣力度不大。目前在工業鍋爐節能改造中使用的主要節能技術和產品以及使用效果簡述如下:

a）冷凝式余熱回收技術

傳統鍋爐的排煙溫度一般在160℃ ～250℃，煙氣中的水蒸汽仍處于過熱狀態，不可能凝結成液態的水而放出汽化潛熱。眾所周知，鍋爐熱效率是以燃料低位發熱值計算所得，未考慮燃料高位發熱值中汽化潛熱的熱損失。因此傳統鍋爐熱效率一般只能達到87%～91%。采用冷凝式余熱回收技術改造鍋爐，鍋爐排煙溫度可降低到50℃～70℃，回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結潛熱，從而大大提高熱效率。

b）給煤裝置改造

我國的鏈條爐排鍋爐都是燃燒原煤，原有的斗式給煤裝置使得塊、末煤混合堆實在爐排上，阻礙爐排通風，影響燃燒。將斗式給煤改造成分層次給煤，即使用重力篩選將原煤中塊、末自下而上松散地分布在爐排上，有利于爐排通風、改善燃燒狀況，提高煤的燃燒率，減少爐渣含碳量，節能效果視改前爐況而異，爐況越差，效果越好，一般可提高效率3%～5%。該項改造投資少，見效快，投資回收也很快。部分單位的實踐已做出了很好的證明。

3 爐拱改造

鏈條爐排鍋爐的爐拱是按設計煤種配置的，拱型結構對煤種是否適用，對鏈條爐排燃燒好壞是一個關鍵。目前在用鍋爐的絕大部分爐拱都是II類煙煤設計的，由于實際運行工況與設計的差異（一是煤質不符合設計煤種要求及煤種多變;二是鍋爐低負荷運行，爐溫低，煤末進后拱已成壓火狀況），直接影響了鍋爐的熱效率，甚至影響鍋爐出力。按照實際使用的煤種，適當改變爐拱的形狀與尺寸，可以改善燃燒狀況，提高燃燒效率，減少燃煤消耗。這項改造可降低爐（灰）渣含碳量30%～50%，而且可提高出力。技改投資半年左右可收回。

4 燃燒系統改造

鏈條爐排鍋爐在負荷變化或煤質變化尤其是變差時往往會冒煙，爐齡較長的鍋爐此現象更為嚴重。近幾年，一項旨在降低污染、節約能源的工業鍋爐“氣、煤混燒”技術在美國等發達國家推廣應用。據了解，這種技術就是在爐膛適當部位噴入燃氣助燃燃煤，此項技術在美國的老齡鍋爐改造中應用較多，我國也有改造實例（如宣化鋼鐵集團公司焦化廠三臺SHL20—25/400—AII鍋爐的改造）。該項技術具有下列優點:暖爐、點火干凈快捷;鍋爐負荷調節范圍擴大，避免降負荷損失;由于燃盡率提高和過量空氣減少，鍋爐熱效率提高;適應負荷快速變化和煤質變化等。因此，該項技術可以在現在或將來有供氣源的地方用于燃煤工業鍋爐的改造，節能效果一般可提高5%～10%。

5 鍋爐輔機節能改造

燃煤鍋爐的主要輔機—給水泵、鼓風機和引風機的運行參數與鍋爐的熱效率和耗能量直接相關，用適當的變頻調速技術，按照鍋爐的負荷需要調節給水量、鼔、引風量，維持鍋爐運行在最佳狀況，一方面可以節約鍋爐燃料，另一方面又可以節約給水泵和風機的耗電，節電率一般可達20%～60%，節能效果好。

6 層燃鍋爐改造成循環流化床鍋爐

循環流化床鍋爐是燃煤在爐內循環流化燃燒，所以，它的熱效率比層燃鍋爐高10%～15%，而且負荷調節性能好，可以燃燒劣質煤。此外由于可以使用石灰石在爐內脫硫，所以，不但可以大大減少燃煤鍋爐酸性氣體SO2、NOX的排放量，而且其灰渣可直接用于生產建筑材料。這種改造已經有不少成功案例，但它的改造投資較高，約為購置新爐費用的70%，而且會大幅度提高電能消耗，所以要慎重決策。

7 控制系統改造

工業鍋爐控制系統節能改造主要是按照鍋爐的負荷要求，實時調節給煤量、給水量、鼔引風量，特別是實施燃燒自動調節，包括電動機的變頻調速，裝設煙氣氧量監測儀表，再配以先進的調風裝置，可大幅提高燃燒效率，降低過量空氣系數，使鍋爐經常處在良好的運行狀態，從而提高鍋爐效率，一般可提高2%～3%。

8 在供熱系統中推廣蓄熱器

由于采用蓄熱器，可以在用戶用熱負荷多變條件下，保持鍋爐的運行工況穩定，使鍋爐一直以穩定負荷狀況工作，從而提高運行熱效率。不然，由于鍋爐在低負荷或變負荷下運行，熱效率將會急劇下降。經上海地區試驗，在供熱系統采用蓄熱器的情況下，鍋爐熱效率可提高4%～5%，且對系統也有益。

9 其他改造

a）配以自動控制排污閥，以降低排污熱損失;

b）完善爐墻保溫及管道保溫，根據實踐經驗，做好保溫可提高鍋爐效率1.5%～2%;

c）安裝鍋爐吹灰器，一方面能提高受熱面傳熱效果，另一方面能降低排煙溫度30℃ ～45℃不等，可提高鍋爐效率2%～3%。