節能新技術在工業鍋爐燃燒系統中的應用

陳建芳

(西山煤電集團有限責任公司機電處特種設備檢驗所，山西太原030053)

實際生產生活中，社會的節能意識不強導致用能浪費現象比較嚴重，另外節能資金投入不足，節能監督管理體制、機制不健全，節能技術改造相對滯后。提高能源利用效率以及經濟增長的質量和效益，實現經濟社會可持續發展，建設節約型社會，滿足人民群眾生活需要成為當前社會發展的重要課題。

1 工程概況

針對西山煤電集團實際工況，響應國家節能號召，對集團所屬用能鍋爐改造十分必要。受山西西山煤電集團委托，北京中煤神州節能環保技術開發有限公司分別用兩年時間在西山煤電集團所屬6 個礦中11 臺共計108 蒸噸燃煤鍋爐進行了鍋爐高效燃燒技術改造。

2 鍋爐高效燃燒技術特點

鍋爐高效燃燒技術是一項全新的燃燒技術，它是一種把高新材料技術與鍋爐綜合技術有機地結合在一起。從爐膛內部改造入手，在燃燒室內應用高新材料做成的功能耐火磚及制品，應用多種化學、物理原理，強化燃燒反應，改變燃燒不充分、不完全狀況的一種全新的高效潔凈燃燒方式，達到節能、環保的目的。功能材料針對鏈條鍋爐弊病，從多種功能上對鍋爐燃燒區施以綜合作用，改變其燃燒方式的狀態。

1)促進了新煤點燃。功能材料的蓄熱功能使得功能材料的溫度高于原筑爐材料(高100℃ ～200℃)。高溫的功能材料形成了對新燃煤層強烈的熱輻射，縮短了點火時間，提高了對不同煤種、煤質變化的適應性。

2)強化燃燒。由于功能材料的蓄熱功能和強烈燃燒熱輻射，提高了爐膛中火焰的充滿度和均勻度，從而提高爐溫，改善了燃燒工況。同時功能材料促進了煤的熱解，使碳黑粒子、氫、甲烷、一氧化碳等可燃物與助燃的氧提高了活性，使化學反應加快。功能磚的安裝強化了熱動力場，從而提高了燃燒效率和強度，實現了高效燃燒。

3)實現燃盡。由于功能材料的表面吸附作用和孔道呼吸作用，使可燃顆粒物和可燃氣體被吸附或被吸入孔道實現二次燃燒。在側墻橫向功能風的作用下，優化了爐膛內的動力風。爐排上一次風主氣流由直流變成湍流，延長了可燃物在爐膛內的停留時間。另外從功能孔道吹入適量的新鮮空氣，補充了氧氣，解決了主燃區缺氧問題，并使可燃物與氧氣充分混合。由于功能風經過預熱，產生了熱氧效應。高的溫度、充分的時間和助燃的氧氣這三個條件實現了燃盡。

4)實現減排及部分脫硫，改造后林格曼黑度小于1，煙氣中煙塵排放量由于碳黑粒子充分燃盡而大幅度減少。SO2排放也有一部分在功能材料脫硫觸媒的作用下與燃煤灰分中的氧化物化合形成鈣化爐渣。

3 技術分析

鍋爐本身作為一種燃燒形式的設備，其運行期間就是通過進行燃燒的方式達到能量轉換目的。鍋爐是否能夠充分地將煤炭燃盡，最大限度地對熱能進行轉換利用，保持極高的穩定性，就成為了鍋爐運行過程中的關鍵所在。鍋爐運行期間多方面問題的出現，主要是由于鍋爐本身的燃燒狀況較差，所呈現出的熱交換也極不合理等方面因素所導致。鍋爐本身燃燒的效率高低、爐床在對煤炭燃燒熱能所采取的對流管吸收措施是否能夠最大限度地傳遞到汽包之中，實際上都和鍋爐中的爐拱布置工作有著直接聯系。參照原爐拱設計結構，可以看出，本工程鍋爐沿用傳統的熱反射理論進行設計，爐拱的設計布置不合理，仍為短而高拋物線拱，當煤被點燃后，溫度傳到爐拱上，靠前后拱的熱輻射來達到熱傳遞目的。但熱的反射要求反射面(爐拱盡可能光滑)，當施工不太光滑時，反射效率降低。加之鍋爐運行時間長，爐拱都已破壞，使熱反射效率更低。所以當鍋爐運行時，后部煤不能得到其所需的點燃熱而出現斷火，爐膛溫度也因為同樣原因而降低，熱傳導不充分，導致鍋爐的產汽量和熱效率降低。由于爐膛不能很好地燃燒，所以煤在爐膛內就不能燃盡，造成煤渣含碳量增高，造成輕質未完全燃燒的煤粒隨煙氣從煙筒中排出，造成煙氣黑度和排塵量增加。爐膛燃燒不好，熱傳遞不良，也造成了鍋爐燃燒的煤種適應性差。至于爐膛中帶狀燃燒，是由于配風不合理造成的。

4 技術改造方案及實施

4.1 改造方案

本工程鍋爐的改造方案主要有兩方面:首先要針對鍋爐內部爐拱進行改造，直接將原本短小并且拋物線高度較大的內部前后拱，改造成為拋物線低、長度大的雙人字形式爐拱，如此以來，就促使原本的傳熱形式直接從之前的低效率反射傳熱形式轉變成為了輻射傳熱形式，極大地提升了傳熱效率。其次，要針對通風系統加以改造，采取通風能力更加強勁的風機，進行更換，促使風煤之間的比率能夠保持相對的平衡。最后，應當對鍋爐本身的風室系統進行重新布置，保證配風形式更加合理，確保爐膛本身能夠處在一個極為均勻的燃燒狀態之下。

4.2 技術原理

前拱在鍋爐之中的內部作用實際上就是引燃煤，而在煤本身被點燃之后，便會直接隨著爐排來運轉，其中引燃的煤灰逐漸地向后進行推進，新添入到其中的煤能夠持續不斷地被點燃。這其中主要的運作原理就是依靠燃煤對于前拱所起到的相應熱傳導效果，其熱能會經過爐拱作用影響后，重新傳遞到新的燃煤層之上。拱本身在煤燃燒過程中所呈現出的熱能傳遞效率就有著至關重要的作用。而后拱所起到的作用便是燃燒，其也被稱之為燃燒拱，后拱的主要作用就是將主燃區域所吸收到的相應熱能直接傳遞到煤層之中，促使煤層能夠保持更加旺盛的燃燒狀態。并且將主燃區的高溫煙氣導回預燃區，增加預燃區的溫度，進一步促進點火。

4.3 改造方案的實施

①加長壓低前后拱。將原爐拱拆除，按新設計的爐拱進行重新澆注。②更換引風機。使爐膛負壓保持一定，避免鍋爐正壓燃燒。③風室的重新布置。將原風室增加合適的導流裝置，使爐膛燃燒更均勻。另外要注意，在澆注爐拱時必須精心施工以免塌拱事故發生。在加導流板時必須嚴格按設計尺寸進行，且焊接必須牢固，以免形成新的帶狀、窩狀燃燒。

5 經濟效益分析

經過采用燃煤鍋爐高效燃燒技術改造后，集團所屬11 臺鍋爐經過一段時間的運行考察，鍋爐運行穩定，鍋爐節能效果非常明顯，普遍熱效率提高約10%，經改造后鍋爐平均熱效率為73%，爐渣含碳量控制在6% ～8%，基本上達到了鍋爐改造前的預期。改造后的鍋爐呈三個特點:①火焰清亮，火焰中不再有數量眾多的火星、飛灰。②火焰均勻發紅白，充滿度高，火力非常強。③煤層減薄，煤層厚度在同樣出力下，同樣負荷下只有改造前的70% ～80%，節煤效果顯著。在鍋爐側面增加了二次熱風，同時采用空氣預熱器提高二次風溫度，大大加強了爐內燃燒的效果。改造回收期也在預期時間內。節能效益以1 臺10 噸爐為例:投資25 萬，共10 蒸噸。每蒸噸每小時耗煤160 kg，每天工作22 h，供暖天數按150 d，節煤10%計算可節省528 t。每噸煤400 元，節省21.12 萬元，投資回收期178 d。兩年改造11 臺，按110 蒸噸計，投資275 萬，150 d 節煤約5 808 t(232.32 萬元)，不到6 個月即可收回投資。

6 結語

要想樹立良好的國家形象和企業品牌，就必須勇于承擔相應的具有約束力的減排責任，優化產業結構，嚴格控制企業的能源使用和污染排放，加快先進適用技術推廣應用。節能減排是貫徹落實科學發展觀;是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇;是推進經濟結構調整，轉變增長方式的必由之路;只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展，才能實現經濟又好又快發展。

［1］顏曙光.淺析工業鍋爐節能減排［J］.中小企業管理與科技，2009(6).

［2］夏潔. 工業鍋爐節能的幾種措施［J］. 甘肅科技縱橫，2009(2).