锅炉节能技术探讨
摘要 锅炉的节能要靠合理的设备选用和科学的运用技术实现。
关键词 锅炉 节能 技术
一 背景分析
在世界能源短缺,各国都在重视节能减排、环境保护的背景下,我国也加强了对高耗能各种设备的节能监管,并颁发多部法规标准,为节能监管工作的全面开展提供了法律依据,打下了良好的基础。我国的工业锅炉能源浪费严重,锅炉的热效率普遍偏低,锅炉的节能工作一直是节能减排工作的重点,具有很大的节能潜力。而锅炉的节能的实施,将会获得巨大的节能效益。
就目前状况来看，传统能源占取绝对比例，煤炭仍然在我国的一次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国的能源构成中所占的比例是相当大的。以煤为主的能源构成以及62%的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染的主要根源，能源的低利用率增加了煤的消耗量。2009年锅炉用煤21亿吨，占煤炭总产量的70%，锅炉平均运行效率65%，锅炉运行比国际先进水平低15%-20%，每年多消耗燃煤约7000万吨。 我国是一个“富煤、少气、缺油”国家，这样的能源结构决定了我国以煤为主的能源消费格局。国内燃油燃气锅炉的少量应用始于20 世纪60 年代后期; 进入70 年代，随着石油、天然气工业的发展，燃油燃气锅炉的用量才逐渐增加，但多数在油、气田和石化企业内部使用，而且，除少数产品从国外引进外，大多是由燃煤锅炉改造而成。20 世纪70 年代后期，石油、天然气的开发工作大面积铺开，在我国的东北、华东、西南、西北和中原地区相继发现油、气田，因此在一些距油、气田较近的城市和地区，一些企业和公共事业单位开始使用中小型的燃油燃气锅炉。同时原国家一机部开始指定几家锅炉厂( 如广
州、重庆锅炉厂等) 开发研制中小型燃油燃气锅炉并定点生产，但没有大规模地推广。 改革开放后，一方面，石油、天然气的开发速度大大提高，国家取消了大中型城市燃用油品和天然气的限制; 另一方面随着我国国民经济迅速发展，人民生活水平不断提高，环保意识的不断增强，我国对燃料政策进行了调整，为改善大中型城市的环境污染和大气质量，政府开始鼓励公共企事业单位燃用油品或天然气，大大加快了燃油燃气锅炉的发展。 近十多年来我国燃油燃气锅炉的发展取得了长足的进步，与国外同类产品相比，不仅自控水平大大提高，产品的性能和外观也进步很快，逐步取代进口产品，使进口燃油燃气锅炉在我国销售逐年减少。
然而随着经济和社会的讯速发展，我国承受着能源短缺和环境污染的双重压力。工业锅炉作为高耗能、高排放产品，面临着节能减排的巨大压力，也引起国家相关职能部门重视。近年来，国家相关职能部门相继发布了《高耗能特种设备节能监督管理办法》、《锅炉节能技术监督管理规程》、《工业锅炉能效限定值及能效等级》等法规、标准，不断规范和提高工业锅炉的能效指标，对锅炉行业发展是一次挑战，也是一次机遇。虽然燃油燃气锅炉与燃煤锅炉相比锅炉热效率、污染物排放要好很多，但节能减排方面依然有很大潜力可挖。
二 国内外锅炉的状况
国内工业锅炉运行状况
我国在用工业锅炉以中小容量为主，据2008 年时统计平均容量为3.27MW/ 台。2008 年全国在用锅炉中，小于35t/h的锅炉约占总量的98.9% ；主要炉型为层燃锅炉，约占燃煤工业锅炉总量的95% ；固定炉排锅炉所占比例约40%，链
条炉排锅炉约占50%，其余约占10%[1]。可见对于小于35t/h 的层燃锅炉节能改造对提高整体工业锅炉节能减排水平起到至关重要的作用。
我国燃煤工业锅炉总体平均运行热效率为65% 左右，对于燃油（气）工业锅炉，总体平均运行热效率为80%~85%，效率低于发达国家。按容量分效率如下
造成我国工业锅炉效率低下的原因主要有：
1）平均容量小。我国工业锅炉容量小于35t/h 的仍占绝大多数，锅炉运行效率仅不到65%，且锅炉日常运行负荷大多低于原设计额定负荷，造成运行效率进一步下降；
2）锅炉设备缺陷多，辅机不配套。我国工业锅炉多为层燃锅炉，燃烧设备存在缺陷，如炉排存在漏煤量大，炉侧漏风等。许多锅炉的鼓、引风机和给水泵、循环水泵配套偏大。据统计，在用锅炉水泵及风机平均效率只有50% 和60% ；
3）运行自动化水平低。我国在用燃煤工业锅炉大部分采用手工操作，不能实现自动调节，尤其10t/h 以下的燃煤锅炉，极少安装运行监测仪器仪表；
4）节能、环保技术落后。目前常用的节能环保技术包括增加余热回收设备、加强水处理、安装尾部脱硫除尘设备、电器设备变频技术、分层燃烧技术等。而我国在用工业锅炉实际上很少应用这些技术，造成能源浪费和环境污染。 国外锅炉节能工作概况
在发达国家, 节能观念已从上世纪70年代初为应付能源危机而实行节约和缩减, 演变成以提高效益、减少污染、改善生活质量和改进公共关系为目
标。在我国, 补缺、缩减的观念仍然存在, 这是能源供应缓和就放松节能工作的认识根源。而1994年财税体制改革以后, 原先对节能项目和产品实行税
收减免、贷款优惠等激励政策措施大大减弱甚至取消, 对节能也十分不利。借鉴一下国外先进国家锅炉方面的节能立法和节能措施对切实改进我国工业锅炉的节能工作将有所帮助。
建立锅炉效率分级制度节能是欧盟国家的主要政治目标之一, 不仅每个国家制定了锅炉效率及节能导则, 整个欧盟还成立了节能指导委员会, 通过立法推动整个欧盟的节能工作。如欧盟推出的锅炉效率导则定义了锅炉分类, 规定了生活和商业供热锅炉的最低热效率要求。现以生活和商业中使用的400kW 以下的锅炉举例加以介绍。
1)锅炉分为标准、低温、冷凝式锅炉;
2)标准效率为选取30%负荷下的锅炉效率加权平均值, 该标准效率也称为欧盟标准效率;
3)根据测试后的锅炉热效率, 分为三个标准效率等级(按低位发热值计算) ,即: 标准锅炉, 欧盟标准效率为82% ~ 88% ;
低温锅炉, 欧盟标准效率为88. 5% ~ 91. 5% ;
冷凝式锅炉, 欧盟标准效率为97. 5% ~99. 5% 。
三 锅炉的工作过程
锅炉是用热能来加热工质(一般为水)产生蒸汽的设备，最基本的构成是汽锅和炉膛两大部分。锅炉设备的工作过程概括起来包括三个同时进行着的过程:燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程和水的汽化过程。
(l)燃煤锅炉的燃烧过程
燃料煤加到煤斗中并落在炉排上，电机通过减速机、链条带动炉排转动，将燃料煤带入炉内。燃料煤一边燃烧一边向后移动，燃烧所需要的空气由鼓风机送入炉排中间的风箱后，向上通过炉排到达燃料燃烧层。风量和燃料量成比例(风煤比)，以便进行充分燃烧，形成高温烟气。燃料煤燃烧剩下的灰渣，在炉排末端通过除渣板后排入灰斗。这一整个过程称为燃烧过程。
(2)烟气向水的传热过程
由于燃料的燃烧放热，炉膛内温度很高。在炉膛四周墙面上都布置着一排水管，称为水冷壁。高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热和对流换热，将热量传递给管内的水。继而烟气受引风机、烟囱的引力向炉膛上方流动。烟气经出烟窗(炉膛出口)并通过防渣管后就冲刷蒸汽过热器(蒸汽过热器是一组垂直放置的蛇形管受热面，使汽锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而过热)。烟气流经过热器后又经过接在上、下炉筒间的对流管束，使烟气冲刷管束，再次以对流换热方式将热量传递给管束内的水。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，与省煤器和空气预热器内的水进行热交换后，较低温度的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。省煤器实际上就是给水预热器，它和空气预热器一样，都设置在锅炉尾部烟道中，以降低排烟温度，提高锅炉效率，从而节省燃料。
(3)水的汽化过程
水的汽化过程就是蒸汽的产生过程，主要包括水循环和汽水分离过程。经过除氧等处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流管束，因受热较弱，汽水的容重较大;而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束，因受热强烈，相应水的容重较小，因而容重大的往下流入下锅筒，而容重小的则向上流入上锅筒，形成了水的自然循环。蒸汽产生的过程是借助上炉筒内装设的汽水分离设备，以及在锅筒本身空间中的重力分离作用，使汽水混合物得到分离。蒸汽在上锅筒顶部引出后进入蒸汽过热器，而分离下来的水仍回到上锅筒下半部分的水中。
蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。
锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等； 按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等锅炉；
锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉，其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉；
按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉(即强制循环锅炉)、直流锅炉和复合循环锅炉；
按燃烧方式，锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。
在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度后，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为一定温度的过热蒸汽（目前大多300MW、600MW机组主汽温度约为540℃左右），然后送往汽轮机。
在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。
四 锅炉的结构
锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。
炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。
锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。 锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。
为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。
单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时，按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完
全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。
锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。
烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰，除尘效率很高还能吸收气态污染物。 二十世纪50年代以来，人们努力发展灰渣综合利用，化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。
锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率；降低锅炉和电站的单位功率的设备造价；提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平；发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性；减少对环境的污染。
简述一般锅炉的汽水流程。对于控制循环汽包锅炉，汽水流程如下： 给水→省煤器→汽包→下降管→炉水循环泵→水冷壁下联箱→水冷壁→汽包→过热器→汽轮机高压缸→再热器→汽轮机中、低压缸→乏汽。
锅炉给水首先进入省煤器。省煤器是预热设备，其任务是利用烟气的热量使未饱和的给水预热升温，但省煤器出口水温仍未达到饱和温度。省煤器出来的水送入汽包，进人由汽包、下降管、炉水循环泵（自然循环炉没有此泵）、联箱和水冷壁组成的水循环蒸发设备中。水冷壁是锅炉的蒸发受热面。水在水冷壁中继续吸收炉内高温火焰和烟气的辐射热，被加热升温成饱和水，并使部分水变成饱和蒸汽。汽水混合物在重度差的作用下向上流入汽包。在汽包中又通过汽水分离装置进行汽水分离，分离出来的饱和蒸汽进入过热器。过热器将饱和蒸汽加热成为→定温度和压力的过热蒸汽。由过热器出来的过热蒸汽经主蒸汽管道送往汽轮机高压缸做功。为提高锅炉→汽轮机组的循环热效率和安全性，锅炉压力在13.7MPa以上时大多要用蒸汽再热，即采用再热循环。这样锅炉汽水系统中还有再热器。过热蒸汽在汽轮机高压缸做功后，又被送回到锅炉的再热器中。再热器将在汽轮机高压缸中做过功、温度已降低的中压过热蒸汽的温度进→步提高，然后进入汽轮机，在中低压缸内继续做功。
对于直流锅炉，汽水流程如下：
给水→省煤器→水冷壁→启动分离器→低温过热器（一级喷水）→分隔屏过热器（二级喷水）→屏式过热器（三级喷水）→末级过热器（四级喷水）→汽轮机→汽轮机高压缸排汽→一级再热器→二级再热器→三级再热器→中压缸（事故喷水）。
五 锅炉能源损耗的原因分析
锅炉工作的时候,由于炉膛内燃料燃烧释放出来的大量热能,一部分作为有效利用的热能被水吸收后,促使水转化成水蒸汽,另外一部分作为热损失无形流失。锅炉能源损耗的原因有以下几点。
(1)未经处理原水在锅炉里面,会生成水垢发生腐蚀作用。据研究分析,锅炉中产生的2 mm水垢,就会损失能源8%左右,也就是说,如果一台锅炉在正常条件下运行,其每小时的额定蒸发量为6 t,如果每小时产生水垢的平均量为4 mm,那么就要多损耗200 kg左右的It标准煤。
(2)由于锅炉水质不符合标准,会不同程度腐蚀锅炉及其配件,导致锅炉的寿命减短。锅炉设计的寿命是二十年,但由于腐蚀问题,使用寿命通常不到十年,严重浪费了原材料。另外,锅炉的排污系统将没有经过处理的废水直接排除,不仅浪费了水资源,而且会污染环境。
(3)相比于软化水,凝结水是较佳的热源给水,更为接近纯水,不仅能够减少燃料的损耗,还可以通过改善水质而减少排污过程中的热量损失,对于降低蒸汽生产成本和提高锅炉的能源使用效率,起到重要的作用。但由于锅炉采用高含铁量的钢管作为回收管,污染了凝结水,使得凝结水无法发挥其热能功效,与锅炉给水要求不匹配的凝结水会被大量浪费。
六 锅炉的节能措施
工业锅炉的节能技术涉及多方面 , 最主要是提高工业锅炉的热能利用率 , 即提高工业锅炉的热效率。本节从燃烧、运行维护、新技术及新设备的应用、工业锅炉辅机的节能、锅炉水处理等方面 , 对工业锅炉房的节能途径进行探讨。 A燃烧节能
1. 炉拱工业锅炉的炉拱是十分重要的。炉拱的作用在于促使炉膛中气体的混合以及组织辐射和炽热烟气的流动 , 使燃料及时着火燃烧。而目前工业锅炉的实际用汽量与其额定负荷往往不匹配 , 使用的煤种变化较大 , 而且与设计煤种往往有较大的差异 , 因此在实际使用中 , 往往要对炉拱进行必要的改造以适 应煤种的需要。改造前炉拱情况 , 存在的主要问题是 : 因使用的燃煤比设计煤种差而杂 , 锅炉出现炉膛出口烟气温度低 约 700 , 比设计低 200 。新煤着火迟 , 时常出现火床断火 , 着火距煤闸板约 0.6~1.O m, 炉膛燃烧不强烈 , 灰渣含碳量高。针对炉拱结构存在的问题 , 从改善燃料的着火条件 , 提高炉膛温度着手对锅炉进行改造。经过改造后的炉拱 , 在实际运衍中观测发现 , 改造效果良好 , 燃料人炉后距煤闸板0·3mRP着火 ,火床燃烧强烈 ,火焰充满度好 , 旋转强烈。由于前拱降低 , 后拱加长 , 拱间形 成的喉口间距由原来的 2 · om 左右缩小到 1.om 。加强了该处的气流扰动混合 , 重新组织了气流 , 强化了炉内燃烧 , 有效的提高了前拱区和整个炉膛的温度 , 使其达到 1400 以上 , 改善了燃料的着火条件。煤着火点的提前 , 炉膛温度的提高 ,使灰渣含碳量明显减少。烟气的旋流混合又加强了烟气中焦 炭粒子的分离 , 使之落在火床上和新燃料层进一步燃尽。强烈的烟气旋流还使烟气中的 CO 、 H2 、 CH4 等可燃气体充分燃 烧 , 从而提高了锅炉的热效率 4% 以上。同时也提高了锅炉出 力 , 满足了生产用汽的需要 , 减轻了环境污染 , 扩大了燃煤品种的适应范围。
2. 合理的送风与调节
-t在链条炉、振动炉、往复炉中 , 根据燃烧过程的不同特点 , 合理的送风 , 对于促进炉内燃烧是很重要的。如在链条 炉中 , 燃料随炉排不停地运动 , 依次发生着火、燃烧、燃尽 各阶段。燃烧是沿炉排长度方向分阶段、分区进行的 ,
所以沿炉排长度方向所需的空气量也就不同。在炉排头部的预热 区和尾部燃尽阶段 , 空气需要量小 ; 在炉排中部的燃烧阶段 , 空气需要量大。根据这一特点 , 必须采用分段送风 , 以满足 燃烧的需要。目前国内生产的锅炉虽然都考虑到这一特性 , 采 用了分段风室 , 并装有调节风门。但据调查 , 不少单位在实 际运行中没有按照燃烧特性进行风量调节 , 从而使燃烧所需 要的空气量与实际供风量没有很好地配合 , 使不完全燃烧损 失增大。因此 , 在锅炉燃烧调整中 , 要根据燃烧需要对供给 空气量及时进行调节 , 以降低热损失 , 提高热效率。 p[D
3. 采用二次风(d
二次风对强化气流燃烧是很有效的。二次风有以下作用 :
(1) 加强炉内气流的扰动和混合 , 使炉内的氧气和可燃气体均匀地混合 , 使化学不完全燃烧损失和炉膛过量空气系数降低。Rr]
(2) 二次风在炉内形成烟气旋涡 , 一方面延长了悬浮细煤粒在炉膛中的行程 , 增加了悬浮细粒子在炉内的停留时间 , 使其有较充分的时间燃烧 , 使不完全燃烧热损失降低 ; 另一方面由于气流旋涡的分离作用 , 使煤粒和灰粒甩回炉内 , 减 小了飞灰逸出量 , 使机械不完全燃烧热损失降低。t
(3) 二次风使炉内高温烟气的充满度得到改善 , 缩小以致消除死滞区 , 提高了炉内受热面的利用率。二次风除了对节能有明显效果外 , 对消烟除尘也是十分有效的。
4. 控制正常燃烧指标
4VM锅炉正常燃烧 , 包括均匀供给燃料、合理送风和调整燃烧三个基本内容。三者互相联系 ,相辅相成 ,达到安全经济 运行的目的 ,锅炉热效率、排烟温度、排渣含碳量和排烟处 过量空气系数等技术指标 , 应符合国家标准《工业锅炉经济 运行》 (GB/T17954) 的规定。
5. 均匀分层燃烧
~层给煤装置与均匀分层燃烧技术具有节能与环保的双重效益。均匀分层燃烧技术由五项技术组成。一是用均匀给煤技术解决煤仓颗粒不均 , 导致炉排上煤层横断面颗粒不均 匀影响燃烧的问题 ; 二是用均匀分层给煤技术 , 使煤层颗粒 不但按下大上小逐级均匀分层排列 , 而且分层煤层任何横断面上的分层颗粒一致。均匀分层煤层不但通风阻力小 , 透气 性好、供氧充足 , 而且煤颗粒的均匀分层分布特点符合煤氧 化燃烧的特点 , 因而大大提高了煤的燃烧效率。该技术从根本上解决了原始密实煤层通风不良缺氧燃烧的问题 ; 三是使 煤层上面小颗粒的煤层 , 在火床上跳跃起来半沸腾燃烧 ; 四 是使煤中的煤粉在火床上方空间 , 类似煤粉炉悬浮燃烧 ; 五 是采用强化燃烧措施 , 强化悬浮在燃烧室内的多相燃料燃烧。 实践证实这项技术不但提高了煤的燃烧效率 , 而且提高了锅炉对煤种的适应性 , 从而解决了链条炉不适宜烧次煤的问题。 均匀分层燃烧另一个优点是燃烧温度均匀一致 , 消除了局部 温度高 , 烧毁炉排侧密封件、老鹰铁和炉排膨胀不均造成的 故障。"ltjt#r/{?
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6. 预热空气!Bjq1U.|"`]p
为了提高炉内温度 , 工业锅炉应设置空气预热器 , 加热助燃空气 , 这样既有利于提高炉内温度 , 强化燃烧 , 减少不完全燃烧热损失 , 同时也使烟气余热得到充分利用 , 减少了排烟热损失 , 这两个方面都使锅炉的热效率得到
提高。实现燃烧自动调节, 在锅炉运行中 , 为适应锅炉负荷变化 , 常需要进行必要的燃烧调整。如在链条锅炉中常需要进行煤层厚度、分段送风、炉排速度、二次风量和过量空气系数的调整。锅炉的燃 烧好坏与运行操作技术有很大的关系。为了减少由于操作不当对燃烧的影响 , 便于迅速地根据负荷变化进行燃烧调整 , 提 高锅炉的热效率 , 只有实现燃烧自动调节。
-\燃烧自动调节一般以蒸汽压力为调节参数 , 根据蒸汽压力的高低来调节炉排速度及送风和引风量。实现燃烧自动调 节能根据锅炉负荷变化及时进行燃烧整 , 从而有效地提高锅炉热效率。在引进技术中 ,锅炉计算机自动控制方面都有不同程度 的提高 , 一台20t/h 燃煤锅炉 , 煤风配比能按蒸汽负荷的变化进行自动调节 , 节煤效果显著 , 每天可节煤4t 左右 , 锅炉热效率比原来手工操作提高5%以上 ; 同时由于鼓风量、引风量大小均随蒸汽负荷而变化 , 鼓风机和引风机的耗电量也随之变化 , 这样运行电耗也降低了。8t7oNo7k!g D4A,KK1R$^L h /fN0cP4Z5y0x
B运行维护节能u1T[VZLPn:H
1. 锅炉按额定负荷运行bZ6H*M%Mzp
锅炉负荷变化时 , 对燃烧和热效率的影响可以从以下对机械化层燃炉的分析中看出。锅炉超负荷时 , 因为燃煤量必须增大 , 所以锅炉煤层要加厚 , 炉排速度要加快 , 才能满足负荷增大的需要 , 煤层加厚和炉排速度加快使炉内温度升高 ,排烟温度相应增大 , 这使排烟损失加大。锅炉负荷降低时 , 燃 煤量减少 , 炉内温度降低 , 使燃烧工况变差 , 不完全燃烧损失加大 , 当锅炉负荷只有 50% 时 , 因炉内温度下降幅度很大 , 难以维护炉内稳定的燃烧。因此 , 锅炉超负荷或低负荷都会降低热效率。
2. 清除受热面积灰
积灰对锅炉热效率的影响是很明显的 , 灰垢的导热系数仅0.1163W/(m.oC), 约为水垢导热系数的 1/15, 约为 钢板导热系数的 1/450~1/750 。因此 , 及时而且有效地清除 锅炉受热面上的积灰 , 就能在不增加煤耗的情况下提高锅炉 的热效率。
目前 , 工业锅炉清除积灰的办法有机械法 ( 使用蒸汽吹 灰器和空气吹灰等 ) 和化学法。化学法的效果比机械法效果好。化学法是用化学清灰剂与烟垢起化学反应 , 使其变松变 脆后脱落 , 达到清除积灰的目的。-Gc!N(k/R
3. 加强保温、堵漏风、防泄、防冒
(1) 保温v.[-P5v ].| \
A4由于锅炉炉墙、汽水热力管道系统的温度总是比周围的 环境温度要高 , 所以炉墙和汽水管道系统的部分热量要通过 辐射和对流方式散发到周围空气中去 , 造成锅炉的散热损失 (q5) 增大 , 同时也使炉膛温度降低 , 影响燃烧 , 使不完全燃烧损失增大。这都使锅炉热效率降低 , 因此 , 要重视并加强锅炉炉墙和管道的保温。
(2) 堵漏风
中小型工业锅炉炉膛和尾部漏风现象很普遍。漏风使烟气量增加 , 同时 , 炉膛的漏风还使炉膛温度降低 , 对燃烧影响很大。因此 , 一旦发现炉膛的尾部漏风 , 要尽快设法堵漏。锅炉房内热力管道及法兰、阀门填料处 , 蒸汽和热水的 跑、冒、滴、漏 现象普遍存在 , 这使锅炉有效利用热量减少 , 补充水量增加 , 降低了锅炉热效率。因此 , 要及时维修 , 减少这项热损失。
C 采用新工艺、新设备节能
1热管换热器用于烟气余热利用
目前国内已有不少单位将热管技术用于工业锅炉的烟气 余热回收 , 把气一液热管换热器安装在锅炉烟道内 , 利用烟 气余热加热锅炉给水。一般烟气温度由原来的 230度下降到 170度, 给水温度由 10度上升到 60 度, 热量回收率达 26%, 锅炉热效率提高 3.1%, 节能效果显著。@h I2E,qj
2. 凝结水与废蒸汽回收
提高凝结水回收率 , 防止凝结水的损失是锅炉节能中的重要环节。提高凝结水回收率不仅使锅炉软化水补充量减少 ,减轻了水处理系统的负荷 , 同时提高凝结水回收率使给水温度提高。锅炉给水温度每提高 6度 ,节省燃料约1%, 凝结水的排放问题由安装蒸汽疏水阀来解决。而凝结水输送问题始终没有得到很好的解决。用户的凝结水回收除非地形高差很大 , 一般都须在锅炉房设置地下室 , 使凝结水自流回来 ,或锅炉房和用户中途设置加压泵回收凝结水。用上述方法回收凝结水使回收费用大为增加 , 是一种不理想的方法。
-z国外已开始采用凝结水自动输水泵回收凝结水。这种泵无需外力 ,只要在蒸汽管线中通入少量蒸汽 , 即可连续不断地工作。既可使凝结水高位提升 , 又可使凝结水远距离回输到锅炉房。使用这种泵可使锅炉热效率得到一定提高。四、鼓、引风机和给水泵的选型节能
目前 , 国内锅炉配套的鼓风机、引风机效率约为85%, 随工业锅炉配套的 GC 型锅炉给水泵的效率为38%~62%左右 , 而常用的 GC 型给水泵的效率一般在 47% 以下。这说明鼓、引风机的效率 ,特别是给水泵的效率不高 ,节能潜力很 大。
最近10年 , 国内水泵制造企业已陆续生产出一些高效节能型锅炉鼓、引风机和给水泵。如适合于 2~20t/h 锅炉配套用的 5-48 系列风机 , 用它来代替 Y4-70 等系列引风机 , 其最佳全效率可达87.5%, 节电效果特别明显。
新设计的锅炉房应尽量选用高效节能型鼓、引风机和锅炉给水泵。目前正在使用的效率低、能耗大的鼓、引风机和给水泵,应通过各种途径予以改造 , 以提高其效率 , 其中一部分旧式低效引风机和给水泵 , 应用高效节能型风机和给水泵替代 , 这样才能有效地减少锅炉辅机的电耗 , 提高锅炉净效率。 D水处理节能
1. 除去水垢
1v;一般锅炉给水中含有大量的溶解气体和硬度盐类 , 如果给水未加处理或处理不当 , 会使锅炉受热面上造成腐蚀和结 垢现象。结垢对锅炉的主要危害为 :9|-L aL3r}&y4`
(1) 热阻增大 , 影响传热 , 降低锅炉热效率 , 增加煤耗。水垢的导热系数为 1.28~3.14W/(m ·。 C 〉 , 约为钢板导热 系数的 1/30~l/50 。经测定 , 锅炉受热面上结 1mm 水垢 , 燃料消耗就要增加 2%~3%, 水垢对传热的影响必须予以重视。
(2) 损坏锅炉 , 影响安全。一则水垢使钢板温度升高 , 许用应力下降 , 易造成锅炉爆炸事故 ; 二则水垢使工质流通截面减少 , 易造成水循环故障。 水垢很不易清除 , 清垢既费力又费时 , 增加了检修费用 , 并使锅炉寿命缩短。因此 , 要普及锅炉水处理 , 推广先进的水处理技术。对锅炉的给水要进行严格的化验 , 达到工业锅炉给水标准的要求 , 防止结垢。B;l5yD X8]E&
2. 降低排污热损失
降低锅炉排污热损失的途径有两条 , 一是加强锅炉给水处理 , 对给水进行脱碱去盐处理 , 使锅炉排污量减少 ; 二是 对排污水进行回收利用 , 如设置定期排污膨胀器或连续排污膨胀器 , 其二次蒸汽可以用来加热除氧器的给水 , 高温排水 通过水一水换热器预热给水。
E 几种新型工业锅炉节能减排技术
面对迫切的能源和环境危机，工业锅炉的节能减排技术也快速的发展，下面介绍几种较新的工业锅炉节能减排技术，其中有些是从电站锅炉发展而来，有些就是针对工业锅炉而开发的。对这些新技术的特点分析就能找出未来工业锅炉节能减排技术发展的方向。
1 新型高效节能低污染预燃式燃油燃烧器新型预燃式燃油燃烧器集燃油的雾化、气化、油气与空气的均匀混合以及完全燃烧于一体，直接喷射出高温、高速、无烟、无尘的纯净火焰，具有显著的节能和环保效果。由于采用了先进的气泡雾化技术和独特的预燃式燃烧技术，预燃式燃油燃烧器主要具有以下特点 ：
1）对燃油雾化效果很好，液雾后颗粒度小且分布均匀。另外，其雾化效果不受燃油粘度的影响，适应范围广；
2）燃料燃烧完全，燃烧率高达99.7％，相对于传统燃烧器提高热效率达15％ ；
3）由于燃烧完全，基本无烟、无尘，燃烧时产生的污染气体含量低于国家规定值；
4）使用时空气过量系数小，实验表明，在空气过量系数为1.05 以内仍能稳定的完全燃烧；
5）点火容易、升温速度快、火焰的刚性较强、喷射速度高，且无回火、脱火现象、燃烧稳定。
2 燃煤锅炉的气、煤混烧技术近年来“ 气、煤混烧”技术在逐步推广应用。实践证明此技术比锅炉改造或增加环保装置的经济性优越得多。气、煤混烧技术的优点可概括为：暖炉和点火干净、快捷；锅炉的高低负荷段调节的范围扩大，避免降负荷的损失和极低负荷时启动备用锅炉；由于燃尽率提高和过剩空气量的减少，锅炉热效率提高；适应锅炉负荷快速变化和燃用劣质煤而不冒黑烟，减少飘尘；当燃煤中断时焦炉煤气可作为补充燃料达到满负荷；延长锅炉寿命。 3 生物质燃料生物质燃料是世界上公认的清洁能源，它替代煤、油成为新的能源是必然趋势。目前很多国家在中小型工业锅炉上都有生物质颗粒燃料的应用。我国正大力发展以秸秆为主的生物质燃料。秸秆是由可燃质、无机物和水分组成, 主要含有碳（C）、氢（H）、氧（O）及少量的氮（N）、硫（S）等元素， 并含有灰分和水分。不同种类秸秆，其化学成分也不相同，现将秸秆的化学成分列于表2。成分碳氢氧氮硫
玉米秸49.95 5.97 43.12 0.83 0.13
高粱秸48.63 6.08 44.92 0.36 0.01
稻草48.87 5.84 44.38 0.74 0.17
稻壳46.20 6.10 45.00 2.58 0.14
表2 几种主要秸秆化学成分（%）
可见秸秆的化学成分与常规矿物燃料( 煤和石油等) 相似,作为燃料，秸秆与煤等矿物燃料相比较，具有以下特点：
1）秸秆挥发分高达70% 左右，而煤的挥发分一般在20%左右，因此秸秆易
点燃；
2）秸秆氧含量高，因此在气化过程中容易生成大量CO气体；
3）秸秆灰分较煤低（3%~15%）；
4）秸秆发热值低于煤，一般只相当于煤的1/2~2/3 ；
5）秸秆含硫量很低。
4 热管技术在工业锅炉上的应用
热管是一种新兴的高效换热技术，应用在锅炉上的热管一般为重力式热管，也叫两相闭式热虹吸管。目前应用于工业锅炉较为成熟的热管技术，主要为气- 水型热管换热器及热管式空气预热器。气- 水型热管式换热器常作为余热回收器被安装在工业锅炉上，这种余热回收器有以下特点：
1）在热管元件的受热段采用了螺旋翅片来强化传热，使得整套装置的传热效率高；
2）通过热管换热将热量由烟气传输到水，热量循环由热管中介质完成，烟气与水并不直接接触，这就防止了锅炉给水流入烟道造成巨大损失；
3）系统中的热管元件每根都是独立换热单元，单根或数根热管的损坏不会影响整个系统正常运行，维修也十分方便；
4）因为热效率高，热管式余热回收器结构紧凑，设备体积小，可在原锅炉烟道中直接安装。除水泵外无再其它转动辅机，且不需燃料及其动力源，运行时的经济效益十分显著。
七 我国锅炉节能技术研发及市场发展前景
1 我国节能减排的压力为油气锅炉发展提供机遇
据有关资料统计我国现有燃煤工业锅炉约49万台，年耗原煤约6 亿吨，占全国煤炭消费总量的20%左右。能效水平低下、污染物排放严重、自动化水平低等是在用燃煤工业锅炉存在的突出问题。2010 年工业锅炉燃煤排放二氧化硫约1 000 万吨，氮氧化合物约200 万吨，粉尘约200 万吨，废渣约9 000万吨，是我国仅次于燃煤发电的第二大煤烟型污染源。面对哥本哈根会议我国政府所作出的承诺和“十二五”规划的指标约束，工业锅炉节能减排首当其冲，被列入我国节能中长期规划十大重点节能工程之首。然而近几年的工业锅炉节能工作实践表明，在目前的燃煤供应状况和工业锅炉使用模式下，要释放工业锅炉的节能潜力，除了继续实施集中供热、热电联产外，可靠也可行的方法就是转换燃料结构，用油气或生物质等燃料来代替燃煤，这已引起专家们的共鸣。北京、上海等地限煤、用气政策的实施效果已经作了证明。
2 我国油气资源的开拓和供应链的建立与完善
为燃油气锅炉的发展提供可能近年来，我国在加快煤炭工业发展的同时，大力发展天然气产业，改善能源供需结构，随着促进产能建设和合理需求形成的多元化产业政策的发展和完善，我国以天然气为主体的清洁可燃气体发展正逐步走上正轨，前景可期。具体体现在:
1) 我国常规天然气资源具有相对优势从总量看，我国堪称天然气资源大国。根据新一轮全国油气资源评价数据，我国天然气地质资源量达到35 万亿m3 的规模，其中可采资源量达到了22 万亿m3。同世界上一些天然气工业较为发达的国家相比，我国天然气勘探开发尚处于蓬勃发展的青年期。近年中石化在川西地区发现的普光气田和中石油发现的龙岗气田就是我国天然气资源基础雄厚结论的有力佐证。
2) 非常规天然气资源前景可期根据最新一轮资源评估结果，中国埋深2 000 m的煤层气资源量与陆上常规天然气资源量相当。中国的煤层气资源不仅在总量上占有一定的优势，而且在区域分布、埋藏深度等方面也比较有利于规模开发。天然气水合物资源的开发虽尚未形成规模，但科学考察发现天然气水合物前景值得期待。近年在中国南海发现大规模天然气
水合物无疑是一条鼓舞人心的消息。
3) 煤气化、煤制油、煤制合成气等煤化工产业发展迅速通过煤气化技术来生产热能、电力、工业、运输、民用等清洁燃料，即煤的多联产能源系统正日益受到国家和企业的高度重视，是改变我国以煤为主的消费方式的重要途径。随着国际油价高企，内蒙古、新疆、宁夏、山西等我国煤炭丰富的省区正积极投资煤化工项目，成为国内煤化工产业聚集地。其中，除煤制油、煤制二甲醚作为一种新型清洁替代能源，正日益引起广泛关注外; 为了解决我国天然气短缺的问题，除了加大天然气进口力度，煤制天然气( SNG)也引起了企业的投资热情，将成为我国天然气的重要来源之一。2009 年以来，我国煤制天然气开工项目总规模达到年产气186 亿m3。
4) 各种可燃工业废气回收利用前景广阔2010 年，我国高炉生铁产量5． 9 亿t，粗钢产量6． 27 亿t，其中转炉钢产量约为5． 6 亿t，约占粗钢总产量的89． 4%。每冶炼一吨生铁就会产生约3 000 m3 ( 标态) 的高炉煤气，全年可产生高炉煤气17 700 亿m3 ( 标态) ，按照每吨钢回收转炉煤气60 m3 /h( 标态) 计，全年可回收336 多亿m3 ( 标态) 。 2010 年全国规模以上焦化企业共生产焦炭38 757． 1 万t，按生产每吨焦炭副产焦炉煤气400 m3计算，全年产焦炉煤气1 550 亿m3，以及电石炉尾气、炭黑尾气、炼产气等，我国可回收利用各种工业余气数量巨大，如能有效回收利用，不仅提高企业运营经济效益，更是对环境保护意义重大。
5) 邻国天然气或液化天然气进口不断加大虽然我国天然气和非常规天然气气体资源相对较为丰富，但人均占有量低，面对我国经济快速发展，还远远不能满足，我国正加紧与邻国合作，进口天然气和液化天然气; 近年受旺盛需求的拉动，加大了液化天然气( LNG) 、管道气的进口量。有专家预计， 2015 年我国天然气进口量将达900 亿m3 ; 2020年，国内天然气需求将达4 000 亿m3，其中一半为国产天然气，一半则为进口管道天然气和液化天然气。
九结论
节约能源已经被我国专家视为在我国继煤炭、石油、天然气和电力等四种重要能源之后的第五能源。也就是说, 中国在今后很长一段时期内, 经济的增长可以不仅仅依靠新建电厂,而且还应依靠这种通过节能而发电的第五电力工厂。以中国目前能源利用效率的现状来看, 节能比新建锅炉房、增加供热机组、发展水电、火电、核电都要廉价, 而且潜力巨大。 改革开放后，我国燃油燃气锅炉得到了长足的发展，在与国外同类产品的竞争中，不断缩小差距，特别是近年来面对节能减排的新形势、新要求，锅炉及系统的节能技术不断得到开发和应用，热效率水平大大提高。随着我国能源结构调整步伐加快和以气体燃料为第一能源基地的大力建设，以及节能减排要求的进一步提高，我国燃油燃气锅炉的发展将迎来新的高潮。
十参考资料
[1] 锅炉及锅炉房设备（第四版）
[2] 建筑节能技术
[3] 热质交换原理与设备（第三版）
[4] 暖通空调（第二版）
[5] 工程热力学(第五版）
锅炉节能技术探讨
摘要 锅炉的节能要靠合理的设备选用和科学的运用技术实现。
关键词 锅炉 节能 技术
一 背景分析
在世界能源短缺,各国都在重视节能减排、环境保护的背景下,我国也加强了对高耗能各种设备的节能监管,并颁发多部法规标准,为节能监管工作的全面开展提供了法律依据,打下了良好的基础。我国的工业锅炉能源浪费严重,锅炉的热效率普遍偏低,锅炉的节能工作一直是节能减排工作的重点,具有很大的节能潜力。而锅炉的节能的实施,将会获得巨大的节能效益。
就目前状况来看，传统能源占取绝对比例，煤炭仍然在我国的一次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国的能源构成中所占的比例是相当大的。以煤为主的能源构成以及62%的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染的主要根源，能源的低利用率增加了煤的消耗量。2009年锅炉用煤21亿吨，占煤炭总产量的70%，锅炉平均运行效率65%，锅炉运行比国际先进水平低15%-20%，每年多消耗燃煤约7000万吨。 我国是一个“富煤、少气、缺油”国家，这样的能源结构决定了我国以煤为主的能源消费格局。国内燃油燃气锅炉的少量应用始于20 世纪60 年代后期; 进入70 年代，随着石油、天然气工业的发展，燃油燃气锅炉的用量才逐渐增加，但多数在油、气田和石化企业内部使用，而且，除少数产品从国外引进外，大多是由燃煤锅炉改造而成。20 世纪70 年代后期，石油、天然气的开发工作大面积铺开，在我国的东北、华东、西南、西北和中原地区相继发现油、气田，因此在一些距油、气田较近的城市和地区，一些企业和公共事业单位开始使用中小型的燃油燃气锅炉。同时原国家一机部开始指定几家锅炉厂( 如广
州、重庆锅炉厂等) 开发研制中小型燃油燃气锅炉并定点生产，但没有大规模地推广。 改革开放后，一方面，石油、天然气的开发速度大大提高，国家取消了大中型城市燃用油品和天然气的限制; 另一方面随着我国国民经济迅速发展，人民生活水平不断提高，环保意识的不断增强，我国对燃料政策进行了调整，为改善大中型城市的环境污染和大气质量，政府开始鼓励公共企事业单位燃用油品或天然气，大大加快了燃油燃气锅炉的发展。 近十多年来我国燃油燃气锅炉的发展取得了长足的进步，与国外同类产品相比，不仅自控水平大大提高，产品的性能和外观也进步很快，逐步取代进口产品，使进口燃油燃气锅炉在我国销售逐年减少。
然而随着经济和社会的讯速发展，我国承受着能源短缺和环境污染的双重压力。工业锅炉作为高耗能、高排放产品，面临着节能减排的巨大压力，也引起国家相关职能部门重视。近年来，国家相关职能部门相继发布了《高耗能特种设备节能监督管理办法》、《锅炉节能技术监督管理规程》、《工业锅炉能效限定值及能效等级》等法规、标准，不断规范和提高工业锅炉的能效指标，对锅炉行业发展是一次挑战，也是一次机遇。虽然燃油燃气锅炉与燃煤锅炉相比锅炉热效率、污染物排放要好很多，但节能减排方面依然有很大潜力可挖。
二 国内外锅炉的状况
国内工业锅炉运行状况
我国在用工业锅炉以中小容量为主，据2008 年时统计平均容量为3.27MW/ 台。2008 年全国在用锅炉中，小于35t/h的锅炉约占总量的98.9% ；主要炉型为层燃锅炉，约占燃煤工业锅炉总量的95% ；固定炉排锅炉所占比例约40%，链
条炉排锅炉约占50%，其余约占10%[1]。可见对于小于35t/h 的层燃锅炉节能改造对提高整体工业锅炉节能减排水平起到至关重要的作用。
我国燃煤工业锅炉总体平均运行热效率为65% 左右，对于燃油（气）工业锅炉，总体平均运行热效率为80%~85%，效率低于发达国家。按容量分效率如下
造成我国工业锅炉效率低下的原因主要有：
1）平均容量小。我国工业锅炉容量小于35t/h 的仍占绝大多数，锅炉运行效率仅不到65%，且锅炉日常运行负荷大多低于原设计额定负荷，造成运行效率进一步下降；
2）锅炉设备缺陷多，辅机不配套。我国工业锅炉多为层燃锅炉，燃烧设备存在缺陷，如炉排存在漏煤量大，炉侧漏风等。许多锅炉的鼓、引风机和给水泵、循环水泵配套偏大。据统计，在用锅炉水泵及风机平均效率只有50% 和60% ；
3）运行自动化水平低。我国在用燃煤工业锅炉大部分采用手工操作，不能实现自动调节，尤其10t/h 以下的燃煤锅炉，极少安装运行监测仪器仪表；
4）节能、环保技术落后。目前常用的节能环保技术包括增加余热回收设备、加强水处理、安装尾部脱硫除尘设备、电器设备变频技术、分层燃烧技术等。而我国在用工业锅炉实际上很少应用这些技术，造成能源浪费和环境污染。 国外锅炉节能工作概况
在发达国家, 节能观念已从上世纪70年代初为应付能源危机而实行节约和缩减, 演变成以提高效益、减少污染、改善生活质量和改进公共关系为目
标。在我国, 补缺、缩减的观念仍然存在, 这是能源供应缓和就放松节能工作的认识根源。而1994年财税体制改革以后, 原先对节能项目和产品实行税
收减免、贷款优惠等激励政策措施大大减弱甚至取消, 对节能也十分不利。借鉴一下国外先进国家锅炉方面的节能立法和节能措施对切实改进我国工业锅炉的节能工作将有所帮助。
建立锅炉效率分级制度节能是欧盟国家的主要政治目标之一, 不仅每个国家制定了锅炉效率及节能导则, 整个欧盟还成立了节能指导委员会, 通过立法推动整个欧盟的节能工作。如欧盟推出的锅炉效率导则定义了锅炉分类, 规定了生活和商业供热锅炉的最低热效率要求。现以生活和商业中使用的400kW 以下的锅炉举例加以介绍。
1)锅炉分为标准、低温、冷凝式锅炉;
2)标准效率为选取30%负荷下的锅炉效率加权平均值, 该标准效率也称为欧盟标准效率;
3)根据测试后的锅炉热效率, 分为三个标准效率等级(按低位发热值计算) ,即: 标准锅炉, 欧盟标准效率为82% ~ 88% ;
低温锅炉, 欧盟标准效率为88. 5% ~ 91. 5% ;
冷凝式锅炉, 欧盟标准效率为97. 5% ~99. 5% 。
三 锅炉的工作过程
锅炉是用热能来加热工质(一般为水)产生蒸汽的设备，最基本的构成是汽锅和炉膛两大部分。锅炉设备的工作过程概括起来包括三个同时进行着的过程:燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程和水的汽化过程。
(l)燃煤锅炉的燃烧过程
燃料煤加到煤斗中并落在炉排上，电机通过减速机、链条带动炉排转动，将燃料煤带入炉内。燃料煤一边燃烧一边向后移动，燃烧所需要的空气由鼓风机送入炉排中间的风箱后，向上通过炉排到达燃料燃烧层。风量和燃料量成比例(风煤比)，以便进行充分燃烧，形成高温烟气。燃料煤燃烧剩下的灰渣，在炉排末端通过除渣板后排入灰斗。这一整个过程称为燃烧过程。
(2)烟气向水的传热过程
由于燃料的燃烧放热，炉膛内温度很高。在炉膛四周墙面上都布置着一排水管，称为水冷壁。高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热和对流换热，将热量传递给管内的水。继而烟气受引风机、烟囱的引力向炉膛上方流动。烟气经出烟窗(炉膛出口)并通过防渣管后就冲刷蒸汽过热器(蒸汽过热器是一组垂直放置的蛇形管受热面，使汽锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而过热)。烟气流经过热器后又经过接在上、下炉筒间的对流管束，使烟气冲刷管束，再次以对流换热方式将热量传递给管束内的水。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，与省煤器和空气预热器内的水进行热交换后，较低温度的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。省煤器实际上就是给水预热器，它和空气预热器一样，都设置在锅炉尾部烟道中，以降低排烟温度，提高锅炉效率，从而节省燃料。
(3)水的汽化过程
水的汽化过程就是蒸汽的产生过程，主要包括水循环和汽水分离过程。经过除氧等处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流管束，因受热较弱，汽水的容重较大;而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束，因受热强烈，相应水的容重较小，因而容重大的往下流入下锅筒，而容重小的则向上流入上锅筒，形成了水的自然循环。蒸汽产生的过程是借助上炉筒内装设的汽水分离设备，以及在锅筒本身空间中的重力分离作用，使汽水混合物得到分离。蒸汽在上锅筒顶部引出后进入蒸汽过热器，而分离下来的水仍回到上锅筒下半部分的水中。
蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。
锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等； 按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等锅炉；
锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉，其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉；
按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉(即强制循环锅炉)、直流锅炉和复合循环锅炉；
按燃烧方式，锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。
在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度后，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为一定温度的过热蒸汽（目前大多300MW、600MW机组主汽温度约为540℃左右），然后送往汽轮机。
在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。
四 锅炉的结构
锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。
炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。
锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。 锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。
为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。
单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时，按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完
全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。
锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。
烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰，除尘效率很高还能吸收气态污染物。 二十世纪50年代以来，人们努力发展灰渣综合利用，化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。
锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率；降低锅炉和电站的单位功率的设备造价；提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平；发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性；减少对环境的污染。
简述一般锅炉的汽水流程。对于控制循环汽包锅炉，汽水流程如下： 给水→省煤器→汽包→下降管→炉水循环泵→水冷壁下联箱→水冷壁→汽包→过热器→汽轮机高压缸→再热器→汽轮机中、低压缸→乏汽。
锅炉给水首先进入省煤器。省煤器是预热设备，其任务是利用烟气的热量使未饱和的给水预热升温，但省煤器出口水温仍未达到饱和温度。省煤器出来的水送入汽包，进人由汽包、下降管、炉水循环泵（自然循环炉没有此泵）、联箱和水冷壁组成的水循环蒸发设备中。水冷壁是锅炉的蒸发受热面。水在水冷壁中继续吸收炉内高温火焰和烟气的辐射热，被加热升温成饱和水，并使部分水变成饱和蒸汽。汽水混合物在重度差的作用下向上流入汽包。在汽包中又通过汽水分离装置进行汽水分离，分离出来的饱和蒸汽进入过热器。过热器将饱和蒸汽加热成为→定温度和压力的过热蒸汽。由过热器出来的过热蒸汽经主蒸汽管道送往汽轮机高压缸做功。为提高锅炉→汽轮机组的循环热效率和安全性，锅炉压力在13.7MPa以上时大多要用蒸汽再热，即采用再热循环。这样锅炉汽水系统中还有再热器。过热蒸汽在汽轮机高压缸做功后，又被送回到锅炉的再热器中。再热器将在汽轮机高压缸中做过功、温度已降低的中压过热蒸汽的温度进→步提高，然后进入汽轮机，在中低压缸内继续做功。
对于直流锅炉，汽水流程如下：
给水→省煤器→水冷壁→启动分离器→低温过热器（一级喷水）→分隔屏过热器（二级喷水）→屏式过热器（三级喷水）→末级过热器（四级喷水）→汽轮机→汽轮机高压缸排汽→一级再热器→二级再热器→三级再热器→中压缸（事故喷水）。
五 锅炉能源损耗的原因分析
锅炉工作的时候,由于炉膛内燃料燃烧释放出来的大量热能,一部分作为有效利用的热能被水吸收后,促使水转化成水蒸汽,另外一部分作为热损失无形流失。锅炉能源损耗的原因有以下几点。
(1)未经处理原水在锅炉里面,会生成水垢发生腐蚀作用。据研究分析,锅炉中产生的2 mm水垢,就会损失能源8%左右,也就是说,如果一台锅炉在正常条件下运行,其每小时的额定蒸发量为6 t,如果每小时产生水垢的平均量为4 mm,那么就要多损耗200 kg左右的It标准煤。
(2)由于锅炉水质不符合标准,会不同程度腐蚀锅炉及其配件,导致锅炉的寿命减短。锅炉设计的寿命是二十年,但由于腐蚀问题,使用寿命通常不到十年,严重浪费了原材料。另外,锅炉的排污系统将没有经过处理的废水直接排除,不仅浪费了水资源,而且会污染环境。
(3)相比于软化水,凝结水是较佳的热源给水,更为接近纯水,不仅能够减少燃料的损耗,还可以通过改善水质而减少排污过程中的热量损失,对于降低蒸汽生产成本和提高锅炉的能源使用效率,起到重要的作用。但由于锅炉采用高含铁量的钢管作为回收管,污染了凝结水,使得凝结水无法发挥其热能功效,与锅炉给水要求不匹配的凝结水会被大量浪费。
六 锅炉的节能措施
工业锅炉的节能技术涉及多方面 , 最主要是提高工业锅炉的热能利用率 , 即提高工业锅炉的热效率。本节从燃烧、运行维护、新技术及新设备的应用、工业锅炉辅机的节能、锅炉水处理等方面 , 对工业锅炉房的节能途径进行探讨。 A燃烧节能
1. 炉拱工业锅炉的炉拱是十分重要的。炉拱的作用在于促使炉膛中气体的混合以及组织辐射和炽热烟气的流动 , 使燃料及时着火燃烧。而目前工业锅炉的实际用汽量与其额定负荷往往不匹配 , 使用的煤种变化较大 , 而且与设计煤种往往有较大的差异 , 因此在实际使用中 , 往往要对炉拱进行必要的改造以适 应煤种的需要。改造前炉拱情况 , 存在的主要问题是 : 因使用的燃煤比设计煤种差而杂 , 锅炉出现炉膛出口烟气温度低 约 700 , 比设计低 200 。新煤着火迟 , 时常出现火床断火 , 着火距煤闸板约 0.6~1.O m, 炉膛燃烧不强烈 , 灰渣含碳量高。针对炉拱结构存在的问题 , 从改善燃料的着火条件 , 提高炉膛温度着手对锅炉进行改造。经过改造后的炉拱 , 在实际运衍中观测发现 , 改造效果良好 , 燃料人炉后距煤闸板0·3mRP着火 ,火床燃烧强烈 ,火焰充满度好 , 旋转强烈。由于前拱降低 , 后拱加长 , 拱间形 成的喉口间距由原来的 2 · om 左右缩小到 1.om 。加强了该处的气流扰动混合 , 重新组织了气流 , 强化了炉内燃烧 , 有效的提高了前拱区和整个炉膛的温度 , 使其达到 1400 以上 , 改善了燃料的着火条件。煤着火点的提前 , 炉膛温度的提高 ,使灰渣含碳量明显减少。烟气的旋流混合又加强了烟气中焦 炭粒子的分离 , 使之落在火床上和新燃料层进一步燃尽。强烈的烟气旋流还使烟气中的 CO 、 H2 、 CH4 等可燃气体充分燃 烧 , 从而提高了锅炉的热效率 4% 以上。同时也提高了锅炉出 力 , 满足了生产用汽的需要 , 减轻了环境污染 , 扩大了燃煤品种的适应范围。
2. 合理的送风与调节
-t在链条炉、振动炉、往复炉中 , 根据燃烧过程的不同特点 , 合理的送风 , 对于促进炉内燃烧是很重要的。如在链条 炉中 , 燃料随炉排不停地运动 , 依次发生着火、燃烧、燃尽 各阶段。燃烧是沿炉排长度方向分阶段、分区进行的 ,
所以沿炉排长度方向所需的空气量也就不同。在炉排头部的预热 区和尾部燃尽阶段 , 空气需要量小 ; 在炉排中部的燃烧阶段 , 空气需要量大。根据这一特点 , 必须采用分段送风 , 以满足 燃烧的需要。目前国内生产的锅炉虽然都考虑到这一特性 , 采 用了分段风室 , 并装有调节风门。但据调查 , 不少单位在实 际运行中没有按照燃烧特性进行风量调节 , 从而使燃烧所需 要的空气量与实际供风量没有很好地配合 , 使不完全燃烧损 失增大。因此 , 在锅炉燃烧调整中 , 要根据燃烧需要对供给 空气量及时进行调节 , 以降低热损失 , 提高热效率。 p[D
3. 采用二次风(d
二次风对强化气流燃烧是很有效的。二次风有以下作用 :
(1) 加强炉内气流的扰动和混合 , 使炉内的氧气和可燃气体均匀地混合 , 使化学不完全燃烧损失和炉膛过量空气系数降低。Rr]
(2) 二次风在炉内形成烟气旋涡 , 一方面延长了悬浮细煤粒在炉膛中的行程 , 增加了悬浮细粒子在炉内的停留时间 , 使其有较充分的时间燃烧 , 使不完全燃烧热损失降低 ; 另一方面由于气流旋涡的分离作用 , 使煤粒和灰粒甩回炉内 , 减 小了飞灰逸出量 , 使机械不完全燃烧热损失降低。t
(3) 二次风使炉内高温烟气的充满度得到改善 , 缩小以致消除死滞区 , 提高了炉内受热面的利用率。二次风除了对节能有明显效果外 , 对消烟除尘也是十分有效的。
4. 控制正常燃烧指标
4VM锅炉正常燃烧 , 包括均匀供给燃料、合理送风和调整燃烧三个基本内容。三者互相联系 ,相辅相成 ,达到安全经济 运行的目的 ,锅炉热效率、排烟温度、排渣含碳量和排烟处 过量空气系数等技术指标 , 应符合国家标准《工业锅炉经济 运行》 (GB/T17954) 的规定。
5. 均匀分层燃烧
~层给煤装置与均匀分层燃烧技术具有节能与环保的双重效益。均匀分层燃烧技术由五项技术组成。一是用均匀给煤技术解决煤仓颗粒不均 , 导致炉排上煤层横断面颗粒不均 匀影响燃烧的问题 ; 二是用均匀分层给煤技术 , 使煤层颗粒 不但按下大上小逐级均匀分层排列 , 而且分层煤层任何横断面上的分层颗粒一致。均匀分层煤层不但通风阻力小 , 透气 性好、供氧充足 , 而且煤颗粒的均匀分层分布特点符合煤氧 化燃烧的特点 , 因而大大提高了煤的燃烧效率。该技术从根本上解决了原始密实煤层通风不良缺氧燃烧的问题 ; 三是使 煤层上面小颗粒的煤层 , 在火床上跳跃起来半沸腾燃烧 ; 四 是使煤中的煤粉在火床上方空间 , 类似煤粉炉悬浮燃烧 ; 五 是采用强化燃烧措施 , 强化悬浮在燃烧室内的多相燃料燃烧。 实践证实这项技术不但提高了煤的燃烧效率 , 而且提高了锅炉对煤种的适应性 , 从而解决了链条炉不适宜烧次煤的问题。 均匀分层燃烧另一个优点是燃烧温度均匀一致 , 消除了局部 温度高 , 烧毁炉排侧密封件、老鹰铁和炉排膨胀不均造成的 故障。"ltjt#r/{?
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6. 预热空气!Bjq1U.|"`]p
为了提高炉内温度 , 工业锅炉应设置空气预热器 , 加热助燃空气 , 这样既有利于提高炉内温度 , 强化燃烧 , 减少不完全燃烧热损失 , 同时也使烟气余热得到充分利用 , 减少了排烟热损失 , 这两个方面都使锅炉的热效率得到
提高。实现燃烧自动调节, 在锅炉运行中 , 为适应锅炉负荷变化 , 常需要进行必要的燃烧调整。如在链条锅炉中常需要进行煤层厚度、分段送风、炉排速度、二次风量和过量空气系数的调整。锅炉的燃 烧好坏与运行操作技术有很大的关系。为了减少由于操作不当对燃烧的影响 , 便于迅速地根据负荷变化进行燃烧调整 , 提 高锅炉的热效率 , 只有实现燃烧自动调节。
-\燃烧自动调节一般以蒸汽压力为调节参数 , 根据蒸汽压力的高低来调节炉排速度及送风和引风量。实现燃烧自动调 节能根据锅炉负荷变化及时进行燃烧整 , 从而有效地提高锅炉热效率。在引进技术中 ,锅炉计算机自动控制方面都有不同程度 的提高 , 一台20t/h 燃煤锅炉 , 煤风配比能按蒸汽负荷的变化进行自动调节 , 节煤效果显著 , 每天可节煤4t 左右 , 锅炉热效率比原来手工操作提高5%以上 ; 同时由于鼓风量、引风量大小均随蒸汽负荷而变化 , 鼓风机和引风机的耗电量也随之变化 , 这样运行电耗也降低了。8t7oNo7k!g D4A,KK1R$^L h /fN0cP4Z5y0x
B运行维护节能u1T[VZLPn:H
1. 锅炉按额定负荷运行bZ6H*M%Mzp
锅炉负荷变化时 , 对燃烧和热效率的影响可以从以下对机械化层燃炉的分析中看出。锅炉超负荷时 , 因为燃煤量必须增大 , 所以锅炉煤层要加厚 , 炉排速度要加快 , 才能满足负荷增大的需要 , 煤层加厚和炉排速度加快使炉内温度升高 ,排烟温度相应增大 , 这使排烟损失加大。锅炉负荷降低时 , 燃 煤量减少 , 炉内温度降低 , 使燃烧工况变差 , 不完全燃烧损失加大 , 当锅炉负荷只有 50% 时 , 因炉内温度下降幅度很大 , 难以维护炉内稳定的燃烧。因此 , 锅炉超负荷或低负荷都会降低热效率。
2. 清除受热面积灰
积灰对锅炉热效率的影响是很明显的 , 灰垢的导热系数仅0.1163W/(m.oC), 约为水垢导热系数的 1/15, 约为 钢板导热系数的 1/450~1/750 。因此 , 及时而且有效地清除 锅炉受热面上的积灰 , 就能在不增加煤耗的情况下提高锅炉 的热效率。
目前 , 工业锅炉清除积灰的办法有机械法 ( 使用蒸汽吹 灰器和空气吹灰等 ) 和化学法。化学法的效果比机械法效果好。化学法是用化学清灰剂与烟垢起化学反应 , 使其变松变 脆后脱落 , 达到清除积灰的目的。-Gc!N(k/R
3. 加强保温、堵漏风、防泄、防冒
(1) 保温v.[-P5v ].| \
A4由于锅炉炉墙、汽水热力管道系统的温度总是比周围的 环境温度要高 , 所以炉墙和汽水管道系统的部分热量要通过 辐射和对流方式散发到周围空气中去 , 造成锅炉的散热损失 (q5) 增大 , 同时也使炉膛温度降低 , 影响燃烧 , 使不完全燃烧损失增大。这都使锅炉热效率降低 , 因此 , 要重视并加强锅炉炉墙和管道的保温。
(2) 堵漏风
中小型工业锅炉炉膛和尾部漏风现象很普遍。漏风使烟气量增加 , 同时 , 炉膛的漏风还使炉膛温度降低 , 对燃烧影响很大。因此 , 一旦发现炉膛的尾部漏风 , 要尽快设法堵漏。锅炉房内热力管道及法兰、阀门填料处 , 蒸汽和热水的 跑、冒、滴、漏 现象普遍存在 , 这使锅炉有效利用热量减少 , 补充水量增加 , 降低了锅炉热效率。因此 , 要及时维修 , 减少这项热损失。
C 采用新工艺、新设备节能
1热管换热器用于烟气余热利用
目前国内已有不少单位将热管技术用于工业锅炉的烟气 余热回收 , 把气一液热管换热器安装在锅炉烟道内 , 利用烟 气余热加热锅炉给水。一般烟气温度由原来的 230度下降到 170度, 给水温度由 10度上升到 60 度, 热量回收率达 26%, 锅炉热效率提高 3.1%, 节能效果显著。@h I2E,qj
2. 凝结水与废蒸汽回收
提高凝结水回收率 , 防止凝结水的损失是锅炉节能中的重要环节。提高凝结水回收率不仅使锅炉软化水补充量减少 ,减轻了水处理系统的负荷 , 同时提高凝结水回收率使给水温度提高。锅炉给水温度每提高 6度 ,节省燃料约1%, 凝结水的排放问题由安装蒸汽疏水阀来解决。而凝结水输送问题始终没有得到很好的解决。用户的凝结水回收除非地形高差很大 , 一般都须在锅炉房设置地下室 , 使凝结水自流回来 ,或锅炉房和用户中途设置加压泵回收凝结水。用上述方法回收凝结水使回收费用大为增加 , 是一种不理想的方法。
-z国外已开始采用凝结水自动输水泵回收凝结水。这种泵无需外力 ,只要在蒸汽管线中通入少量蒸汽 , 即可连续不断地工作。既可使凝结水高位提升 , 又可使凝结水远距离回输到锅炉房。使用这种泵可使锅炉热效率得到一定提高。四、鼓、引风机和给水泵的选型节能
目前 , 国内锅炉配套的鼓风机、引风机效率约为85%, 随工业锅炉配套的 GC 型锅炉给水泵的效率为38%~62%左右 , 而常用的 GC 型给水泵的效率一般在 47% 以下。这说明鼓、引风机的效率 ,特别是给水泵的效率不高 ,节能潜力很 大。
最近10年 , 国内水泵制造企业已陆续生产出一些高效节能型锅炉鼓、引风机和给水泵。如适合于 2~20t/h 锅炉配套用的 5-48 系列风机 , 用它来代替 Y4-70 等系列引风机 , 其最佳全效率可达87.5%, 节电效果特别明显。
新设计的锅炉房应尽量选用高效节能型鼓、引风机和锅炉给水泵。目前正在使用的效率低、能耗大的鼓、引风机和给水泵,应通过各种途径予以改造 , 以提高其效率 , 其中一部分旧式低效引风机和给水泵 , 应用高效节能型风机和给水泵替代 , 这样才能有效地减少锅炉辅机的电耗 , 提高锅炉净效率。 D水处理节能
1. 除去水垢
1v;一般锅炉给水中含有大量的溶解气体和硬度盐类 , 如果给水未加处理或处理不当 , 会使锅炉受热面上造成腐蚀和结 垢现象。结垢对锅炉的主要危害为 :9|-L aL3r}&y4`
(1) 热阻增大 , 影响传热 , 降低锅炉热效率 , 增加煤耗。水垢的导热系数为 1.28~3.14W/(m ·。 C 〉 , 约为钢板导热 系数的 1/30~l/50 。经测定 , 锅炉受热面上结 1mm 水垢 , 燃料消耗就要增加 2%~3%, 水垢对传热的影响必须予以重视。
(2) 损坏锅炉 , 影响安全。一则水垢使钢板温度升高 , 许用应力下降 , 易造成锅炉爆炸事故 ; 二则水垢使工质流通截面减少 , 易造成水循环故障。 水垢很不易清除 , 清垢既费力又费时 , 增加了检修费用 , 并使锅炉寿命缩短。因此 , 要普及锅炉水处理 , 推广先进的水处理技术。对锅炉的给水要进行严格的化验 , 达到工业锅炉给水标准的要求 , 防止结垢。B;l5yD X8]E&
2. 降低排污热损失
降低锅炉排污热损失的途径有两条 , 一是加强锅炉给水处理 , 对给水进行脱碱去盐处理 , 使锅炉排污量减少 ; 二是 对排污水进行回收利用 , 如设置定期排污膨胀器或连续排污膨胀器 , 其二次蒸汽可以用来加热除氧器的给水 , 高温排水 通过水一水换热器预热给水。
E 几种新型工业锅炉节能减排技术
面对迫切的能源和环境危机，工业锅炉的节能减排技术也快速的发展，下面介绍几种较新的工业锅炉节能减排技术，其中有些是从电站锅炉发展而来，有些就是针对工业锅炉而开发的。对这些新技术的特点分析就能找出未来工业锅炉节能减排技术发展的方向。
1 新型高效节能低污染预燃式燃油燃烧器新型预燃式燃油燃烧器集燃油的雾化、气化、油气与空气的均匀混合以及完全燃烧于一体，直接喷射出高温、高速、无烟、无尘的纯净火焰，具有显著的节能和环保效果。由于采用了先进的气泡雾化技术和独特的预燃式燃烧技术，预燃式燃油燃烧器主要具有以下特点 ：
1）对燃油雾化效果很好，液雾后颗粒度小且分布均匀。另外，其雾化效果不受燃油粘度的影响，适应范围广；
2）燃料燃烧完全，燃烧率高达99.7％，相对于传统燃烧器提高热效率达15％ ；
3）由于燃烧完全，基本无烟、无尘，燃烧时产生的污染气体含量低于国家规定值；
4）使用时空气过量系数小，实验表明，在空气过量系数为1.05 以内仍能稳定的完全燃烧；
5）点火容易、升温速度快、火焰的刚性较强、喷射速度高，且无回火、脱火现象、燃烧稳定。
2 燃煤锅炉的气、煤混烧技术近年来“ 气、煤混烧”技术在逐步推广应用。实践证明此技术比锅炉改造或增加环保装置的经济性优越得多。气、煤混烧技术的优点可概括为：暖炉和点火干净、快捷；锅炉的高低负荷段调节的范围扩大，避免降负荷的损失和极低负荷时启动备用锅炉；由于燃尽率提高和过剩空气量的减少，锅炉热效率提高；适应锅炉负荷快速变化和燃用劣质煤而不冒黑烟，减少飘尘；当燃煤中断时焦炉煤气可作为补充燃料达到满负荷；延长锅炉寿命。 3 生物质燃料生物质燃料是世界上公认的清洁能源，它替代煤、油成为新的能源是必然趋势。目前很多国家在中小型工业锅炉上都有生物质颗粒燃料的应用。我国正大力发展以秸秆为主的生物质燃料。秸秆是由可燃质、无机物和水分组成, 主要含有碳（C）、氢（H）、氧（O）及少量的氮（N）、硫（S）等元素， 并含有灰分和水分。不同种类秸秆，其化学成分也不相同，现将秸秆的化学成分列于表2。成分碳氢氧氮硫
玉米秸49.95 5.97 43.12 0.83 0.13
高粱秸48.63 6.08 44.92 0.36 0.01
稻草48.87 5.84 44.38 0.74 0.17
稻壳46.20 6.10 45.00 2.58 0.14
表2 几种主要秸秆化学成分（%）
可见秸秆的化学成分与常规矿物燃料( 煤和石油等) 相似,作为燃料，秸秆与煤等矿物燃料相比较，具有以下特点：
1）秸秆挥发分高达70% 左右，而煤的挥发分一般在20%左右，因此秸秆易
点燃；
2）秸秆氧含量高，因此在气化过程中容易生成大量CO气体；
3）秸秆灰分较煤低（3%~15%）；
4）秸秆发热值低于煤，一般只相当于煤的1/2~2/3 ；
5）秸秆含硫量很低。
4 热管技术在工业锅炉上的应用
热管是一种新兴的高效换热技术，应用在锅炉上的热管一般为重力式热管，也叫两相闭式热虹吸管。目前应用于工业锅炉较为成熟的热管技术，主要为气- 水型热管换热器及热管式空气预热器。气- 水型热管式换热器常作为余热回收器被安装在工业锅炉上，这种余热回收器有以下特点：
1）在热管元件的受热段采用了螺旋翅片来强化传热，使得整套装置的传热效率高；
2）通过热管换热将热量由烟气传输到水，热量循环由热管中介质完成，烟气与水并不直接接触，这就防止了锅炉给水流入烟道造成巨大损失；
3）系统中的热管元件每根都是独立换热单元，单根或数根热管的损坏不会影响整个系统正常运行，维修也十分方便；
4）因为热效率高，热管式余热回收器结构紧凑，设备体积小，可在原锅炉烟道中直接安装。除水泵外无再其它转动辅机，且不需燃料及其动力源，运行时的经济效益十分显著。
七 我国锅炉节能技术研发及市场发展前景
1 我国节能减排的压力为油气锅炉发展提供机遇
据有关资料统计我国现有燃煤工业锅炉约49万台，年耗原煤约6 亿吨，占全国煤炭消费总量的20%左右。能效水平低下、污染物排放严重、自动化水平低等是在用燃煤工业锅炉存在的突出问题。2010 年工业锅炉燃煤排放二氧化硫约1 000 万吨，氮氧化合物约200 万吨，粉尘约200 万吨，废渣约9 000万吨，是我国仅次于燃煤发电的第二大煤烟型污染源。面对哥本哈根会议我国政府所作出的承诺和“十二五”规划的指标约束，工业锅炉节能减排首当其冲，被列入我国节能中长期规划十大重点节能工程之首。然而近几年的工业锅炉节能工作实践表明，在目前的燃煤供应状况和工业锅炉使用模式下，要释放工业锅炉的节能潜力，除了继续实施集中供热、热电联产外，可靠也可行的方法就是转换燃料结构，用油气或生物质等燃料来代替燃煤，这已引起专家们的共鸣。北京、上海等地限煤、用气政策的实施效果已经作了证明。
2 我国油气资源的开拓和供应链的建立与完善
为燃油气锅炉的发展提供可能近年来，我国在加快煤炭工业发展的同时，大力发展天然气产业，改善能源供需结构，随着促进产能建设和合理需求形成的多元化产业政策的发展和完善，我国以天然气为主体的清洁可燃气体发展正逐步走上正轨，前景可期。具体体现在:
1) 我国常规天然气资源具有相对优势从总量看，我国堪称天然气资源大国。根据新一轮全国油气资源评价数据，我国天然气地质资源量达到35 万亿m3 的规模，其中可采资源量达到了22 万亿m3。同世界上一些天然气工业较为发达的国家相比，我国天然气勘探开发尚处于蓬勃发展的青年期。近年中石化在川西地区发现的普光气田和中石油发现的龙岗气田就是我国天然气资源基础雄厚结论的有力佐证。
2) 非常规天然气资源前景可期根据最新一轮资源评估结果，中国埋深2 000 m的煤层气资源量与陆上常规天然气资源量相当。中国的煤层气资源不仅在总量上占有一定的优势，而且在区域分布、埋藏深度等方面也比较有利于规模开发。天然气水合物资源的开发虽尚未形成规模，但科学考察发现天然气水合物前景值得期待。近年在中国南海发现大规模天然气
水合物无疑是一条鼓舞人心的消息。
3) 煤气化、煤制油、煤制合成气等煤化工产业发展迅速通过煤气化技术来生产热能、电力、工业、运输、民用等清洁燃料，即煤的多联产能源系统正日益受到国家和企业的高度重视，是改变我国以煤为主的消费方式的重要途径。随着国际油价高企，内蒙古、新疆、宁夏、山西等我国煤炭丰富的省区正积极投资煤化工项目，成为国内煤化工产业聚集地。其中，除煤制油、煤制二甲醚作为一种新型清洁替代能源，正日益引起广泛关注外; 为了解决我国天然气短缺的问题，除了加大天然气进口力度，煤制天然气( SNG)也引起了企业的投资热情，将成为我国天然气的重要来源之一。2009 年以来，我国煤制天然气开工项目总规模达到年产气186 亿m3。
4) 各种可燃工业废气回收利用前景广阔2010 年，我国高炉生铁产量5． 9 亿t，粗钢产量6． 27 亿t，其中转炉钢产量约为5． 6 亿t，约占粗钢总产量的89． 4%。每冶炼一吨生铁就会产生约3 000 m3 ( 标态) 的高炉煤气，全年可产生高炉煤气17 700 亿m3 ( 标态) ，按照每吨钢回收转炉煤气60 m3 /h( 标态) 计，全年可回收336 多亿m3 ( 标态) 。 2010 年全国规模以上焦化企业共生产焦炭38 757． 1 万t，按生产每吨焦炭副产焦炉煤气400 m3计算，全年产焦炉煤气1 550 亿m3，以及电石炉尾气、炭黑尾气、炼产气等，我国可回收利用各种工业余气数量巨大，如能有效回收利用，不仅提高企业运营经济效益，更是对环境保护意义重大。
5) 邻国天然气或液化天然气进口不断加大虽然我国天然气和非常规天然气气体资源相对较为丰富，但人均占有量低，面对我国经济快速发展，还远远不能满足，我国正加紧与邻国合作，进口天然气和液化天然气; 近年受旺盛需求的拉动，加大了液化天然气( LNG) 、管道气的进口量。有专家预计， 2015 年我国天然气进口量将达900 亿m3 ; 2020年，国内天然气需求将达4 000 亿m3，其中一半为国产天然气，一半则为进口管道天然气和液化天然气。
九结论
节约能源已经被我国专家视为在我国继煤炭、石油、天然气和电力等四种重要能源之后的第五能源。也就是说, 中国在今后很长一段时期内, 经济的增长可以不仅仅依靠新建电厂,而且还应依靠这种通过节能而发电的第五电力工厂。以中国目前能源利用效率的现状来看, 节能比新建锅炉房、增加供热机组、发展水电、火电、核电都要廉价, 而且潜力巨大。 改革开放后，我国燃油燃气锅炉得到了长足的发展，在与国外同类产品的竞争中，不断缩小差距，特别是近年来面对节能减排的新形势、新要求，锅炉及系统的节能技术不断得到开发和应用，热效率水平大大提高。随着我国能源结构调整步伐加快和以气体燃料为第一能源基地的大力建设，以及节能减排要求的进一步提高，我国燃油燃气锅炉的发展将迎来新的高潮。
十参考资料
[1] 锅炉及锅炉房设备（第四版）
[2] 建筑节能技术
[3] 热质交换原理与设备（第三版）
[4] 暖通空调（第二版）
[5] 工程热力学(第五版）