譚勇

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院（萬州中心） 萬州）

工業(yè)鍋爐現(xiàn)存問題與節(jié)能減排措施探討

譚勇

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院（萬州中心） 萬州）

本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)闡述了我國(guó)工業(yè)鍋爐能耗現(xiàn)狀，并且針對(duì)存在的問題提出了工業(yè)鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造的幾點(diǎn)措施，希望能夠?yàn)橥凶鲄⒖肌?/p>

工業(yè)；鍋爐；節(jié)能；能耗；燃煤；給煤

引言

工業(yè)鍋爐被廣泛的運(yùn)用在采暖通風(fēng)、工廠動(dòng)力等多項(xiàng)領(lǐng)域。煤炭消耗約占我國(guó)煤炭消耗總量的1/4。且在用工業(yè)鍋爐多為使用年限較長(zhǎng)的老舊鍋爐，效率低，污染重，節(jié)能潛力巨大。工業(yè)燃煤鍋爐效率普遍較低。目前平均效率僅為60～65%，比鍋爐產(chǎn)品的鑒定效率低10～15%，比國(guó)際水平低20%左右。實(shí)際出力一般為額定出力的60～70%，少數(shù)運(yùn)行不好的僅在50%左右。面對(duì)這樣的形勢(shì)，做好工業(yè)鍋爐的節(jié)能改造變得十分必要和重要。

1 我國(guó)工業(yè)爐的現(xiàn)狀

從工業(yè)爐的產(chǎn)量和擁有量來看，在世界上我國(guó)堪稱“工業(yè)爐大國(guó)”。我國(guó)共有各類工業(yè)爐約12萬臺(tái)。工業(yè)爐中燃料爐約6.6萬臺(tái)，占爐窯總數(shù)的55%以上，電爐約5萬臺(tái)。機(jī)械行業(yè)爐窯約7.5萬臺(tái)，占爐窯總數(shù)的66%；冶金行業(yè)擁有各類工業(yè)爐1萬余臺(tái)，約占總數(shù)10%左右；陶瓷、建材、耐材行業(yè)擁有各類爐窯15000臺(tái)，約占總數(shù)的12%左右。石油化工行業(yè)有各類工業(yè)爐窯4000臺(tái)以上，約占總數(shù)的4%左右。

工業(yè)爐是我國(guó)的能耗大戶，年總耗能達(dá)2.6億tce，約占全國(guó)總能耗的1/4，占工業(yè)總能耗的60%，位居發(fā)電、供熱之后第三位。工業(yè)爐中燃料爐能耗占工業(yè)爐總能耗的92%，其中固體燃料約70%左右，其它為氣體和液體燃料。電爐按臺(tái)數(shù)計(jì)算占45%，而能耗僅占工業(yè)爐總能耗的8%左右。

我國(guó)工業(yè)爐技術(shù)自改革開放以來有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但工業(yè)爐的能源利用總體水平不高，僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)70～80年代的水平，工業(yè)爐的熱效率平均不到36%，而國(guó)際上工業(yè)爐的熱效率平均為50%以上。

我國(guó)是世界上第一鋼鐵大國(guó)，冶金工業(yè)爐的能量利用水平參差不齊。以連續(xù)軋鋼加熱爐為例，大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的爐子熱效率達(dá)到40%以上，部分爐子已達(dá)到甚至超過了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家水平，但非鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的加熱爐效率均在40%以下，發(fā)生爐煤氣加熱爐的熱效率在35%左右，直燃煤爐的熱效率僅為10～20%。

我國(guó)是世界上機(jī)械制造大國(guó)，但機(jī)械行業(yè)各類工業(yè)爐的熱效率的平均水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距甚大。我國(guó)機(jī)械行業(yè)中，先進(jìn)的爐型所占比重不大，絕大多數(shù)為20世紀(jì)50～60年代的結(jié)構(gòu)形式，例如數(shù)以萬計(jì)的鍛造加熱爐，大多數(shù)燒煤，且室式爐居多，爐溫波動(dòng)較大，加熱質(zhì)量差，熱效率低。如我國(guó)鍛造加熱爐的單耗高達(dá)0.7kg標(biāo)煤/kg，熱效率只有3～10%；而日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的鍛造加熱爐的單耗只有0.15kg標(biāo)煤/kg，熱效率可達(dá)20%以上。

2 工業(yè)鍋爐節(jié)能減排措施

2.1 調(diào)整工業(yè)爐能源結(jié)構(gòu)，燃?xì)馊〈济?/p>

我國(guó)工業(yè)爐的能源結(jié)構(gòu)是以煤為主的，燃煤工業(yè)爐占工業(yè)爐總能耗的70%，燃油、燃?xì)鉅t僅為20%左右。目前絕大部分燃煤爐的爐型落后，污染嚴(yán)重，熱效率低，不利于先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國(guó)工業(yè)爐節(jié)能減排的總體水平，成為瓶頸性問題。要想工業(yè)爐節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，調(diào)整工業(yè)爐能源結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行，它是實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)爐從“蒸汽機(jī)”向“內(nèi)燃機(jī)”轉(zhuǎn)變的引擎。按國(guó)家“十一五”節(jié)能減排規(guī)劃，年單位GDP能耗減少4%，“十一五”期間節(jié)能目標(biāo)20%。如果按此比例，工業(yè)爐年節(jié)能目標(biāo)為0.52億tce。而燃煤工業(yè)爐年總耗能為1.82億tce，如果用先進(jìn)的蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)改造這類爐窯，按節(jié)能50%計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)能0.91億tce，超額完成國(guó)家節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.2 鏈條爐燃燒系統(tǒng)節(jié)能改造

2.2.1 給煤裝置改造

我國(guó)的鏈條爐排鍋爐給煤主要采用斗式給煤裝置。采用統(tǒng)煤時(shí)，爐排上塊煤和細(xì)末分布不均，造成通風(fēng)不均，影響燃燒；細(xì)末多的地方容易被風(fēng)吹走而形成“火口”，造成大量竄風(fēng)；可以采用分層給煤的方式，分層給煤將煤倉(cāng)中溜下來的原煤經(jīng)過輥筒疏松后，落到篩板上。粒度大的顆粒從篩板上落到爐排上，粒度小的漏到篩下的爐排爐上，隨著爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)，形成了下大上小的給煤層次，使煤層顆粒分布均與，通風(fēng)均勻，提高了爐膛溫度，利于燃燼。采用分層給煤可以增加鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性，出力提高；降低各項(xiàng)熱損失，鍋爐熱效率可提高4～5%，甚至8～10%；提高鍋爐運(yùn)行的可靠性，減少維修費(fèi)用；改造工期短、投資回收快，一般為3～6個(gè)月。如石景山魯谷供熱廠供131萬m2居民冬季采暖，裝有三臺(tái)DHL29-1.6/150/90-AⅡ鏈條鍋爐，采用傳統(tǒng)的給煤調(diào)節(jié)方式，自1995年投入運(yùn)行以來，煤著火困難，燃燒效率低，還保證不了負(fù)荷的需要。北京節(jié)能中心于1996年、1997年分別在1號(hào)、2號(hào)爐上拆除原鍋爐上的加煤斗，在原位置上安裝新的分層給煤裝置。改造，鍋爐負(fù)荷提高，1997年冬季最冷期運(yùn)行兩臺(tái)爐達(dá)到了改造前三臺(tái)爐的供暖水平（131萬m2）；灰渣含碳量由原來的28%降到5%～7%；鍋爐熱效率提高到83%。

2.2.2 爐拱改造

爐拱布置是否合理對(duì)鍋爐的燃燒工況影響極大，對(duì)于不同的燃料特性，應(yīng)該有不同的拱形及尺寸。不同煤種的爐拱推薦如下：①燃用無煙煤時(shí)，采用低而長(zhǎng)的后拱，把爐排后端過量氧氣導(dǎo)向燃燒中心供可燃?xì)怏w燃燒，灼熱煙氣和火紅炭粒在氣流轉(zhuǎn)彎處分離，象“火雨”一樣投落到新煤上，改善著火。②燃用煙煤、褐煤時(shí)，采用高而短的前拱，后拱也不太長(zhǎng)，以保證一定爐膛高度，并利用高溫?zé)煔廨椛湟?，保證喉口有良好的擾動(dòng)作用。③燃用多水多灰的劣質(zhì)煤時(shí)，可采用人字形拱、中拱、后拱，使煙氣向前流動(dòng)提高著火區(qū)爐溫，并使煙氣對(duì)新煤和爐拱產(chǎn)生較強(qiáng)的直接對(duì)流加熱。爐拱改造只要與煤種匹配得當(dāng)，一般效果都是很明顯的。這項(xiàng)改造可降低灰渣含碳量30～50%，而且可提高出力。技改投資半年左右可收回。如北京市瀝青混凝土廠的KZL4-13型蒸汽鍋爐，自投入運(yùn)行以來，出力達(dá)不到額定值，爐灰含碳量20～30%，排煙溫度200℃左右，鍋爐熱效率僅55～60%。該廠對(duì)該爐進(jìn)行了改造，改造內(nèi)容為：壓低前拱，延長(zhǎng)和壓低后拱；省煤器入口前加裝管式空氣預(yù)熱器；對(duì)爐墻、爐頂煙風(fēng)道進(jìn)行密封及保溫處理。改造后，鍋爐出力達(dá)到了銘牌出力；點(diǎn)火性能改善，能摻燒劣質(zhì)煤；排煙溫度低于170℃；效率由改造前的66.4%提高到76.7%。

2.2.3 鏈條爐加煤粉復(fù)合燃燒

將鏈條爐排上方修改爐拱，取消喉口；爐排與爐膛上部空間保持不變。在燃燒室下半部?jī)蓚?cè)墻或前墻布置煤粉燃燒器（一般為爐排上方1.5～2m）。增加一套制粉系統(tǒng)。制粉用煤和爐排用煤可共用一個(gè)煤斗。磨制好的煤粉和干燥劑一起送出磨煤機(jī)后形成一次風(fēng)煤粉氣流，與二次風(fēng)同時(shí)進(jìn)入煤粉燃燒器。燃燒器中的一次煤粉氣流同二次風(fēng)合理混合后在火床上方形成高溫煤粉火焰。煤粉燃燒形成的高溫火焰提高了爐膛溫度，為鏈條爐排上的煤層著火提供了豐富的熱源，大大改善了鏈條爐排上新煤的著火條件；同時(shí)，穩(wěn)定燃燒的火床又是煤粉氣流著火的可靠熱源，可以保證煤粉及時(shí)穩(wěn)定地著火。復(fù)合燃燒使鍋爐在負(fù)荷多變特別是改燒一般劣質(zhì)煤情況下均能達(dá)到穩(wěn)定高效燃燒。

2.3 傳熱系統(tǒng)節(jié)能

2.3.1 安裝省煤器

省煤器在降低鍋爐排煙溫度的同時(shí)，預(yù)熱給水，提高進(jìn)入鍋筒的水溫，減小鍋筒壁面所受的溫差熱應(yīng)力，延長(zhǎng)鍋筒的使用壽命。省煤器的傳熱溫差大，而且可采用鰭片式鑄鐵管或小直徑鋼管，所以傳熱效果好，降低相同的排煙溫度時(shí)，傳熱面積僅需蒸發(fā)受熱面的一半且單位受熱面價(jià)格低廉。對(duì)于本身沒有安裝省煤器的空間的鍋殼式鍋爐，可以加裝煙道并安裝緊湊式省煤器。但需要校核送風(fēng)機(jī)的壓頭是否夠用。

2.3.2 煙氣余熱回收

可將熱管技術(shù)用于工業(yè)鍋爐的煙氣余熱回收，把氣液熱管換熱器安裝在鍋爐煙道內(nèi)，利用煙氣余熱加熱鍋爐給水。某熱水鍋爐使用這種氣液熱管換熱器后，煙氣溫度由原來的230℃下降到170℃，給水溫度由10℃上升到60℃，熱量回收率達(dá)26%，鍋爐熱效率提高3.1%，節(jié)能效果顯著。

2.3.3 吹灰、清渣

鍋爐運(yùn)行中，按照鍋爐吹灰工作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)定期進(jìn)行受熱面的吹灰工作，可以保持受熱面清潔，提高傳熱效。采用智能優(yōu)化吹灰系統(tǒng)，實(shí)行及時(shí)定點(diǎn)定量吹灰，能進(jìn)一步提高鍋爐效率0.2～0.5%左右。沒有吹灰裝置的鍋爐，可在停爐之后打開人孔門，人工清理積灰；也可以考慮加裝吹灰器。鍋爐一旦結(jié)渣，不容易清除，因此要預(yù)防為主；如果出現(xiàn)受熱面嚴(yán)重結(jié)渣現(xiàn)象，必須引起高度重視。

2.3.4 采用防垢、除垢技術(shù)

結(jié)垢使管壁溫度升高，易造成鍋爐爆管等事故。水垢的存在減少了工質(zhì)流動(dòng)面積，增大了流動(dòng)阻力，容易造成水循環(huán)故障。水垢不容易清除，清垢既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)，操作不當(dāng)還容易造成爆管等事故。主要方法是通過水處理除去水中的鈣、鎂離子。采用適當(dāng)?shù)乃幚碓O(shè)備，保證鍋爐給水和補(bǔ)水的品質(zhì)。對(duì)于額度蒸發(fā)量≤2t/h，且額度蒸汽壓力≤1.0MPa的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐；對(duì)于額定功率≤4.2MW鍋筒式承壓和常壓熱水鍋爐，可以通過鍋內(nèi)加防垢劑處理，但必須加強(qiáng)排污。

2.4 加強(qiáng)運(yùn)行管理，減少各項(xiàng)熱損失

注意觀察爐內(nèi)燃燒情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)調(diào)整。注意監(jiān)測(cè)排煙溫度，及時(shí)做好鍋爐的清焦和吹灰工作。注意監(jiān)測(cè)煙氣含氧量，漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)密封，大力降低漏風(fēng)率。加強(qiáng)爐墻、管道表面散熱損失節(jié)能監(jiān)測(cè)，及時(shí)維修破損保溫。加強(qiáng)水質(zhì)管理，減少結(jié)垢和排污。抓好漏煤回?zé)?，必要時(shí)灰渣可以返燒。

3 結(jié)語

當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大主體就是資源、能源和環(huán)境，工業(yè)鍋爐作為能耗大的行業(yè)，被賦予了節(jié)能減排的重大使用。中國(guó)工業(yè)爐市場(chǎng)空間廣闊，節(jié)能潛力巨大。工業(yè)爐產(chǎn)業(yè)仍是充滿生機(jī)的朝陽產(chǎn)業(yè)。愿工業(yè)爐同仁抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，用不斷的創(chuàng)新進(jìn)取推進(jìn)中國(guó)工業(yè)爐的技術(shù)進(jìn)步。

[1]韓民德.論我國(guó)工業(yè)鍋爐節(jié)能減排的現(xiàn)狀與措施[J].今日中國(guó)論壇，2013（17）：44～45.

[2]王際春.淺談燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能減排[J].中國(guó)科技財(cái)富，2011（19）：67～68.

[3]符柔則.工業(yè)鍋爐燃用煤粉節(jié)能探討[J].鍋爐技術(shù)，1989（12）：87～89.

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1004-7344（2016）21-0234-02

2016-7-5