關于鍋爐節能減排技術及實踐的探討

孫少辰 劉 鐸 劉 剛 趙華楠 楊銘斯

（1.沈陽特種設備檢驗研究院 2.大連理工大學化工學院）

0 引言

特種設備是指涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、游樂設施、客運索道、場 （廠）內機動車輛等設備設施，是國民經濟和人民生活的重要基礎設施。我國現有持制造和安裝特種設備許可證的企業有：鍋爐2千多家、壓力容器2千多家、壓力管道1千多家、電梯2千多家、起重機械2千多家、游樂設施100多家[1]。

在工業生產和日常生活中，特種設備設施與人們之間的關系越來越密切，其所面臨的問題也越來越嚴重。在國家提倡節能減排的大環境下，特種設備的節能減排形勢不容樂觀。工業鍋爐是最典型的特種設備，其與工業經濟和人民生活息息相關。本文將對工業鍋爐的節能減排技術和實踐方面的問題加以分析。

1 我國鍋爐節能減排現狀

節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針。黨的十六屆五中全會通過了 《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》，提出了實現單位GDP能耗降低20%的約束性目標，部署了十大重點節能工程，其中，燃煤工業鍋爐 （窯爐）的節能改造被列為了首項重點節能工程[2]。

我國工業鍋爐制造業已經形成了自己的產品型譜，有數十家設計生產水平比較高的企業具有新產品開發能力，整個行業具備年產15～18萬蒸噸的能力。但單機容量小，平均不足4 t/h（日本5 t/h、美國14 t/h），且以燃煤為主 （國外≤20 t/h的工業鍋爐以燃油燃氣為主），運行效率低。因此，大容量、高效率、低排放是我國工業鍋爐發展的必然要求和主要趨勢[3]。

由于我國鍋爐的設計、制造、使用環節中，操作性強的節能法規、標準不多，使用和管理水平普遍較低，造成鍋爐熱效率總體不高，能源浪費嚴重，其中工業鍋爐尤為突出。我國燃煤工業鍋爐的平均實際熱效率僅為62%，而工業國家平均為80%以上。如采取切實有效的措施，使其平均熱效率提高10%，每年就可節約標準煤4300萬t以上。

2 遼寧工業鍋爐現狀與存在的問題

據遼寧質監系統數據庫，目前遼寧省安全監察范圍內在用鍋爐32 014臺，其中燃煤鍋爐有29 470臺，燃油鍋爐470臺，燃氣鍋爐1864臺，還有其他類型鍋爐210臺。

由于油和氣在燃燒過程中燃燒效率較高、熱損失少、節能空間有限，因而本文不將燃油鍋爐和燃氣鍋爐作為分析重點。分析重點是當前應用中占大多數、節能空間較大的燃煤鍋爐。下文將從容量數量、使用和運行三個方面分析遼寧省燃煤工業鍋爐的概況以及存在的問題。

2.1 從容量數量的角度分析

從數量的角度考慮，可以找到節能工作的重點；從容量的角度考慮，可以明確節能潛力的大小。綜合以往的數據可以得到如下的情況：

容量小于2.8 MW的熱水鍋爐數量占37.62%，容量占10.93%；蒸發量小于4 t/h的蒸汽鍋爐數量占65.61%，容量占12.24%。根據目前的數量分析，這一容量區間和蒸發量區間中的鍋爐，點多面廣，熱效率低。其中，熱水鍋爐單臺供暖面積小，蒸汽鍋爐生產負荷不穩定，基礎條件差，設備普遍運行時間長。因此該區間內的鍋爐節能工作的重點應以更新、替代低效率鍋爐和推廣熱電聯產為主。

容量大于29 MW的熱水鍋爐數量上占0.72%，容量上占12.64%，蒸發量在75 t/h以上的蒸汽鍋爐在數量和容量上分別占0.71%和29.88%。該區間的鍋爐其設備狀況較好，管理水平相對較高，實際熱效率和設計熱效率相差不大，主要任務就是在運行操作環節中注重設備的保養。

容量在2.8～29 MW的熱水鍋爐和蒸發量在4～75 t/h的蒸汽鍋爐應是節能監管的重點對象。該區間的鍋爐平均熱效率為60%～65%，經過局部節能改進 （改造），實際熱效率會有明顯的提高。

綜合以上的分析，我們應該根據不同地區鍋爐容量、數量分布的不同情況，確定工作重點，實施重點突破。

2.2 從使用方式上分析

由圖1可以看出，在燃燒方式上遼寧省工業鍋爐主要以層燃爐為主，室燃爐和沸騰爐的數量較少。由于室燃爐和沸騰爐的燃燒效率較高，節能空間不大，因此工作重點應放在層燃爐上，尤其以鏈條爐為主。

圖1 按鍋爐燃燒方式分類

圖2所示為按鍋爐用途分類的情況。由于遼寧省發電鍋爐數量所占比例非常小，且發電鍋爐熱效率已較高，節能潛力不大，所以工作重點應集中在生產、生活用鍋爐上。

圖2 按鍋爐用途分類

水是鍋爐運行中的重要物質載體，對爐中水的處理也是鍋爐使用管理的重要環節。有些鍋爐為了保持鍋內較好的水質，在鍋爐水的處理過程中，常采用增大排污率的做法，從而使得大量熱能白白流失。目前，遼寧省鍋爐的水處理情況如圖3所示。

圖3 水處理情況

2.3 從運行管理上分析

由圖4可知，目前工業生產企業對于鍋爐的節能減排態度大致可以分為三類：有的企業對鍋爐運行根本沒有節能意識；有的企業節能意識強烈，但是苦于沒有資金；還有一些企業有節能意識，也有資金，很想改進自身的設備以達到節能的目的，但是苦于沒有技術，不知道從何入手。

圖4 工業鍋爐抽樣調查合格率

綜上所述，造成遼寧省工業鍋爐效率過低的原因是多方面的。盡管存在設計、制造環節不足這一先天的原因，但運行管理水平低還是主要原因。只有把加強工業鍋爐運行環節操作人員的培訓和運行監管作為工作重點，解決運行管理中存在的問題，才能夠顯著提高運行效率。

3 工業鍋爐節能主要技術措施

針對前面提到的問題，下面從四個方面介紹工業鍋爐節能的主要技術措施，包括工業鍋爐節能改造、水處理達標、司爐人員培訓和鍋爐用煤。

3.1 工業鍋爐節能改造

工業鍋爐節能改造的目的：就是提高爐子的效率，提高鍋爐的出力。鍋爐節能改造應達到四個方面要求：效能——保產保暖，可靠——安全耐用，經濟——節能省材，環保——消煙除塵。遵循工業節能改造的原則：改爐不動鍋，能小改決不大改。

影響工業鍋爐節能的因素很多，只有對存在問題正確判斷，結合實際情況，采用節能改造技術，才能達到預期效果。以下是一些應用于層燃工業鍋爐的節能改造技術：鍋爐更新、給煤裝置節能改造、爐拱節能改造、燃煤系統節能改造、尾部受熱面節能改造、鍋爐輔機系統節能改造、層燃鍋爐改造成循環流化床鍋爐、控制系統節能改造等。

鍋爐新產品應考慮采用以下技術：水火管鍋爐采用螺紋煙管、拱形管板，使鍋爐的鋼耗進一步下降；有條件的、達到一定容量的鍋爐，盡量采用膜式水冷壁，這樣不但可明顯提高鍋爐的整體密封性，同時還可節省鋼材；鍋爐本體盡量采用自支撐結構，以減少鋼耗；鍋爐的配套輔機盡量選用低能耗、低噪聲的節能產品；鍋爐能效監測儀表應齊全；盡量采用尾部受熱面，如在出口煙道上設置簡易的換熱器；應在尾部考慮吹灰措施；設計與煤種相匹配的拱形，并配合二次風裝置，這樣既有利于組織良好的燃燒，而且還能減少污染物的排放。

3.2 水處理達標

鍋爐水處理是一個重要的生產和節能環節，對于水處理的改造主要可以從下述幾方面入手。

（1）合理選型，避免出現 “頭疼醫腳”現象。水處理要根據爐型、當地水質合理選配水處理設備。蒸汽鍋爐應盡量采用爐外水處理，如采用離子交換法，重點除去水中硬度；熱水鍋爐應考慮除氧、除污和防丟水。

（2）水處理人員須持證上崗，以保證水處理設備正確操作、維護。鍋爐水處理人員應當按照安全技術規范的要求，經考核合格，方可從事鍋爐水處理作業。

（3）監測水垢厚度，選擇合理的除垢方法。應當盡量采用機械方法除垢，采用化學清洗除垢的，應由專業單位進行。

3.3 司爐人員培訓

當前遼寧大多數工業企業中，司爐人員大部分沒有經過全面系統的技術學習和培訓，缺乏對鍋爐基礎知識的了解。很多運行人員不具備觀察火床、火焰燃燒狀態，查看煤質、煙色，判斷燃燒產物、燃燼程度、過剩空氣系數大小等經驗性知識，尤其對有關燃燒調整、選擇合理運行方式等規律性的東西更是不甚清楚。

在當前鍋爐儀表不全、自動控制水平低、煤質多變的現實情況下，提高鍋爐運行人員的操作技能就顯得非常必要。重點培訓內容應包括鍋爐基礎知識、設備性能、燃燒調整、水處理和規章制度。

3.4 鍋爐用煤措施

目前工業鍋爐以燃用散煤為主，清潔燃料比重小。煤炭工業能夠提供的經過洗選和篩分的燃煤比例不到原煤供應的20%，而且主要用于煉焦行業，用于工業鍋爐的動力配煤的比例極低。目前，不同類型的工業鍋爐基本上都適合于燃燒特定尺寸的粒煤。但鏈條爐排鍋爐燃用的散煤是由不同粒度的煤混合而成的，許多粘結性、結焦性很強的煤也被用于鏈條鍋爐。這些煤在入爐過程中受熱膨脹，隨即粘結在鏈條上，阻礙了空氣暢通。

基于此，應該從國家能源戰略管理和技術管理的角度規范各行業的燃料消費政策，具體來講可從以下幾方面入手[4]：

（1）城市生活鍋爐以燃用清潔燃料為主，新能源為輔，如燃用油品和天然氣、煤氣、液化氣等清潔燃料，輔之以太陽能等新能源；

（2）城鎮生活鍋爐以燃用生物質可再生燃料為主，如燃用生物質顆粒燃料，推廣應用太陽能等；

（3）城市工業鍋爐以燃用動力配煤 (按粒度分級供應)為主；

（4）大容量的集中供熱熱水鍋爐允許使用爐前篩分和成型的混煤配煤；

（5）根據本地區資源條件推廣潔凈煤技術的應用，目前型煤、水煤漿、煤炭液化、煤炭氣化等加工技術已基本成熟。

4 總結與展望

盡管煤炭不像石油和天然氣那樣燃燒值高、便于運輸，但中國煤炭資源豐富，易于獲得，所以煤炭仍然是我國能源消耗的主力軍。工業化和城市化發展也會極大地促進燃煤鍋爐的發展，所以應積極推廣高效燃燒與污染控制的一體化技術，建立先進燃煤技術的評價標準。只有提高系統節能集成優化技術水平，才能實現鍋爐系統的高效潔凈運行。工業鍋爐的發展不是簡單的技術問題，而是一個戰略管理和機制問題。工業鍋爐新技術是否被行業和用戶所采用，不僅是技術本身的問題，而且還要考慮用戶的經濟承受能力。工業鍋爐節能要靠社會力量共同來完成。

工業鍋爐節能是一項系統工程，既涉及工業鍋爐系統的設置、產品的設計、制造、安裝、使用、維修、改造、檢驗以及能效測試等各環節，也涉及政府工業鍋爐節能監管部門、檢驗檢測機構、制造單位、安裝改造維修單位、使用單位以及其他政府部門等相關方。因此，需要進一步加強與有關部門溝通，爭取他們理解、支持和配合，形成 “政府推動、部門聯動、企業主動、技術機構提供技術支撐、社會相關方共同參與”的工業鍋爐節能多元共治格局。

[1]丁克勤，胡斌，葛森.特種設備安全檢測技術現狀與發展趨勢 [A].第九屆全國無損檢測新技術學術研討會[C].寧波：2004：1-10.

[2]趙欽新，王善武.我國工業鍋爐未來發展分析 [J].工業鍋爐，2007(1)：1-9.

[3]陳鋼，陶雪榮，丁克勤.特種設備安全科技發展戰略研究報告 [A].特種設備安全國際論壇 [C].北京:2009：12-26.

[4]魏力軍.實現燃煤工業鍋爐節能降耗的措施和途徑 [J].電器工業，2006(9)：50-54.