立式燃氣鍋爐在卷煙廠的應用與節能減排探究

朱加繁，溫明肖，李 民，唐書文，陳 立

（紅云紅河集團會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

0 引言

隨著國家對工業企業在安全、節能、環保等方面的要求越來越高，煙草企業積極響應國家號召，選擇使用清潔燃料的燃氣鍋爐。以天然氣為燃料，可大幅降低煙氣中粉塵、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度，提高燃料利用率，對建成資源節約型、環境友好型企業意義重大，但天然氣價格較高，增加了企業的生產成本[1]。

燃氣鍋爐的自動化程度較高，可以根據工況變化自動跟蹤運行，保持蒸汽壓力穩定。設備運行過程中需要手動操作的項目不多，操作人員難以找到明確的節能方向和措施，而且在點爐過程中仍然存在煙氣污染物排放持續超標的情況。立式燃氣鍋爐具有結構緊湊、熱效率高、環保清潔、安全性好等特點，近年來正逐漸被煙草企業引進和采用。由于煙絲生產過程中蒸汽用量波動大、壓力需求變化快等因素，許多卷煙廠在節能減排方面的效果不太理想。本文結合會澤卷煙廠（以下簡稱“卷煙廠”）蒸汽耗用的特點及規律，查找出主要原因，分析并制定出相應的節能減排措施。

1 卷煙廠對蒸汽的需求及特點

卷煙廠的蒸汽主要用于制絲生產線和工藝空調增溫增濕，制絲生產線主要有真空回潮機、蒸梗機、潤梗機、加香加料機、煙絲膨脹機、薄板烘絲機和低速氣流烘絲機等用汽設備；工藝空調主要利用蒸汽對生產區域增溫增濕，確保卷煙生產環境溫濕度達到工藝要求?？傮w來說，卷煙廠的用汽量規律有以下兩個特點。

（1）用汽量波動大，峰谷明顯。煙絲生產過程中，由于不同品牌所使用的工藝不完全相同，蒸汽耗用量也不同，且制絲主要用汽設備是分批次過料，因此過料時蒸汽耗用量急劇增大，過料后又大幅減小，每一批次之間呈現規律性變化。因為過料的不連續性，所以生產時段蒸汽耗用量需求大、波動幅度大。

（2）蒸汽壓力需求不一致。工藝空調與制絲生產線用汽設備對蒸汽壓力的需求差異較大，如烘絲機需要利用蒸汽加熱大量的煙絲，降低煙絲含水量，對蒸汽的壓力和溫度要求較高，而工藝空調只需要用蒸汽調節環境溫濕度，蒸汽壓力需求較低；制絲生產過程中，蒸汽管道壓力較高，工藝空調用汽前端需要安裝減壓閥，將蒸汽壓力降低后才能供工藝空調使用。

2 影響鍋爐能耗的因素分析

2.1 鍋爐氣汽比

鍋爐氣汽比是指鍋爐產生1 t 蒸汽所需耗用的天然氣量，是反映鍋爐熱效率的重要指標[2]。該指標既取決于鍋爐本身的結構類型，也會受到給水頻率、風門開度、風機頻率、燃氣蝶閥開度等運行參數的影響，只有各項參數設置合理，燃氣才能充分燃燒，提高能源轉化率，實現節能的目的。如果鍋爐運行參數搭配不合理，則氣汽比偏高、熱效率低、燃氣浪費較大。

2.2 燃氣質量

天然氣質量也是影響鍋爐能耗的重要因素。理論上天然氣的熱值越高，完全燃燒1 m3的天然氣釋放的熱量就越多，鍋爐將等量的水加熱至相同溫度所需的天然氣越少，鍋爐能耗也就越低。反之，如果天然氣的熱值越低，則天然氣耗用量增大、能源成本升高。

2.3 蒸汽供需不平衡

卷煙廠的“煤改氣”項目完成后，配備了2 臺鍋爐，額定蒸發量分別為10 t/h 和5.3 t/h。為了讓用汽負荷與鍋爐型號相匹配，制絲過程中蒸汽用量較大時運行10 t/h 鍋爐，夜班和周末制絲非生產時段蒸汽用量小的情況下運行5 t/h 鍋爐。但是由于制絲車間和鍋爐房的溝通不及時等原因，經常出現制絲生產已結束仍然運行10 t/h 鍋爐的情況，造成蒸汽壓力偏高和天然氣浪費。

2.4 周末期間鍋爐持續運行

卷煙廠的生產模式一般為每周生產5 d，周末（2 d）休息期間需要保障儲葉、儲絲所需的環境溫濕度，鍋爐設備持續為工藝空調提供蒸汽。由于工藝空調所需的蒸汽量較小、壓力要求不高，鍋爐持續低負荷運行、熱效率較低，而且當外界環境溫濕度較高時，工藝空調短暫停運，相關區域的環境溫濕度基本維持穩定。因此，周末非生產時段工藝空調和鍋爐持續運行，存在浪費現象。

2.5 夜班期間鍋爐自動運行

夜班是指0：00—8：00 這一時段，制絲生產已經結束，僅有工藝空調用汽，鍋爐負荷低、保持自動運行。自動運行過程中，由于工藝空調用汽存在波動，鍋爐燃燒率隨負荷波動，不能穩定在最小燃燒率運行。而且空調設備所需的蒸汽壓力相對較低，0.3 MPa 即可滿足工藝要求，如果夜班期間不調整蒸汽壓力的跟蹤值，采用與制絲生產線相同的壓力供汽，也會造成能源浪費。

2.6 鍋爐排污和蒸汽管道泄漏

為了控制鍋爐水質符合規定，鍋爐需要定期排污，排出含鹽量較大的爐水和沉積在鍋爐內部的水渣。如果排污操作不規范、排污手法不統一、排污時間過長等，也有可能導致大量合格的爐水外排，造成浪費。

另外，蒸汽管道泄漏也會造成能源損失。鍋爐產出的蒸汽需要通過蒸汽管道輸送至制絲車間和空調機房，蒸汽管道上通常會裝有多個疏水閥，疏水閥長時間使用后可能出現泄漏或關閉不嚴的情況，如果未能及時發現也會形成蒸汽消耗、引起燃氣浪費。

3 影響鍋爐煙氣排放的因素分析

理論上，燃氣鍋爐的燃料為甲烷，燃燒后的產物為二氧化碳和水，而煙氣排放污染物主要為顆粒物、二氧化硫和氮氧化物，設備運行過程中不應出現排放超標的情況。但是實際上鍋爐點火升壓過程經常出現顆粒物超標的情況。通過數據統計和現場分析發現，點爐過程中鍋爐顆粒物排放超標的主要原因有兩個，一是煙氣濕度大，另一個是燃燒不充分、煙氣氧含量偏高。

3.1 煙氣濕度大，顆粒物檢測裝置將水汽誤判為煙塵

點爐過程中，由于煙氣的濕度較大，顆粒物檢測裝置將水汽誤判為煙塵。

目前國內大多數的卷煙廠安裝的煙塵濃度在線監測儀工作原理為，向煙囪內發射穩定的激光信號，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子反射激光信號，反射的信號強度與煙塵濃度呈正相關變化，再通過特定的算法計算出煙塵的濃度。鍋爐點爐是一個緩慢升溫的過程，由于煙道內壁溫度較低，煙氣容易在內壁上形成冷凝水，隨著溫度的升高被加熱為水蒸汽混在煙氣中導致在線監測儀探頭將其誤判為顆粒物。

不過，鍋爐升壓完成之后，冷凝水會完全蒸發，顆粒物濃度值會逐漸恢復正常。

3.2 燃氣燃燒不充分導致顆粒物的折算值超標

點爐過程中，如果燃氣燃燒不充分，則煙氣中的氧含量偏高，同樣會導致顆粒物折算值超標。

國家環保部門對工廠煙塵排放的管控主要針對折算值ρ，其與實際值ρ′的關系為：

其中，φ′（O2）為煙氣中的實測氧含量。

本文中，燃氣鍋爐過剩空氣系數為1.2，空氣成分中氧氣體積分數約占21%，則

從圖1 可以看出，煙氣氧含量對煙塵折算值的影響很大，煙塵實測值一定時，氧含量越高、折算值越大。點爐過程中，由于燃燒率低、燃燒不充分，煙氣氧含量偏高、折算倍率大，極易造成煙塵折算值超標。

4 采取的措施及建議

4.1 降低立式燃氣鍋爐能耗

4.1.1 優化鍋爐運行控制參數，降低鍋爐氣汽比

降低氣汽比是實現鍋爐節能運行最直接的方法，操作人員和維修人員應對鍋爐定期保養，避免盤管結垢等問題降低傳熱效率，同時應定期優化調整鍋爐運行參數，如適當減小給水頻率、風門開度、燃氣蝶閥開度等，讓鍋爐氣汽比穩定在一個較優的水平。卷煙廠通過不斷優化鍋爐運行控制參數，氣汽比由86 m3/t下降至83 m3/t 左右，能源有效利用率提高。

4.1.2 嚴格管控天然氣質量，確保燃氣品質達標

為了避免燃氣質量不達標增加天然氣耗用量，應嚴格把控天然氣品質，與燃氣供應單位簽訂詳細的采購合同，在合同中要明確燃氣質量需要達到的標準，并不定期對天然氣抽樣送檢，供氣質量不達標的情況可依據合同條件處理。另外，應要求燃氣公司定期提供天然氣質量檢測報告，以確保天然氣品質符合工廠要求。

4.1.3 加強信息溝通，確保供需平衡

工廠制絲生產線與鍋爐房應加強溝通，建立蒸汽供需聯動方式，加強部門之間的溝通協作。制絲車間提前告知鍋爐房用汽設備的啟停時間、用汽流量等，鍋爐房則根據生產需求及時切換鍋爐型號并調整運行參數，盡可能實現蒸汽供需平衡，避免蒸汽和燃氣浪費。

4.1.4 周末期間間歇運行設備，減少蒸汽供給

為了檢驗鍋爐間歇運行實現節約天然氣的可行性，首先對工藝空調機組進行了間歇運行試驗：鍋爐保持連續運行供汽，空調機組停運，觀察儲葉、儲絲等區域環境溫濕度的變化情況，當溫濕度降低一定數值時，立即啟動空調加溫加濕，確保溫濕度在工藝要求范圍內。

試驗結果顯示，當外界溫濕度較高時，空調停運后，儲葉、儲絲等區域環境溫濕度基本保持穩定；隨著工藝空調停運時間的增長，部分區域溫濕度逐漸降低，但停運期間鍋爐處于熱備狀態，從點爐到正常供汽僅需15 min，有充足的時間提供蒸汽保障空調運行。這說明周末卷煙非生產時段，通過鍋爐和空調的間歇運行節約天然氣是可行的。

4.1.5 夜班采取手動操作，精準控制鍋爐燃燒率

夜班期間，由于氣溫相對較低，儲葉、儲絲等區域溫濕度變化較快，鍋爐設備不能間歇運行。為了消除燃氣浪費，將鍋爐切換為手動操作方式，將鍋爐設定為固定燃燒率運行，蒸汽壓力滿足空調用汽需求即可。

4.1.6 科學排污，杜絕“跑、冒、滴、漏”現象

為了避免鍋爐排污時間長、操作手法不統一等造成的能源浪費，首先應加強對鍋爐操作人員的技能培訓，增強他們的節能意識和節能操作水平，排污操作應遵循“勤排、少排、均衡排”的原則，盡量縮短排污過程、減少爐水消耗。2022 年會澤卷煙廠優化了鍋爐的排污方式，由原來的“注水+點火+升壓”全過程排污改為僅升壓過程排污，縮短排污時間、減少排污產生的浪費。

其次，操作人員應重視管道巡檢工作，采用疏水閥檢漏儀等設備，發現泄漏的應及時維修和更換，發現管道跑冒滴漏情況要按期修復，避免不必要的能源損失。

4.2 降低鍋爐煙塵超標風險

為了避免點爐過程煙氣夾帶的水汽對檢測儀器造成干擾，工廠首先應在煙氣管道容易產生冷凝水的部位安裝排水裝置和加熱裝置，及時將冷凝水排出，而且在點爐之前可以提前啟動加熱裝置對煙管內壁進行預熱，降低煙氣與煙管內壁的溫差，避免冷凝水的產生。

其次要盡量降低點爐過程的煙氣氧含量。煙氣氧含量與鍋爐的負荷一般負相關，鍋爐負荷越大、燃燒越充分，則氧含量越低。點爐過程中，操作人員可適當開啟蒸汽排空閥門、增加燃燒率，在保證設備安全運行的前提下，盡量縮短點爐升壓時間，降低煙塵超標的風險。

5 結束語

本文以會澤卷煙廠為例，系統分析了影響立式燃氣鍋爐能耗和煙氣排放的主要因素，并提出對應的改進措施及建議。通過一系列措施的試驗實施，卷煙廠鍋爐能耗明顯下降，煙氣超排的情況明顯改善，證明了節能措施的合理性與有效性。該方案的實施，也為立式燃氣鍋爐的節能減排提供了一定的理論依據。