工业锅炉节能技术

目录

1.工业锅炉节能技术 ___________________________________________ 1

1.1.引言 ............................................................................................................. 1

1.2.工业锅炉概述 ............................................................................................. 2

1.3.我国燃煤工业锅炉能耗现状及原因 ...................................................... 2

1.4.工业锅炉节能技术简介........................................................................... 3

1.4.1.热能转换过程节能 ........................................................................... 3

1.4.2.热能利用过程节能 ........................................................................... 4

1.5.结论 ........................................................................................................... 6

1.6.参考文献 ..................................................................................................... 6

2.工业锅炉节能技术 ___________________________________________ 7

2.1.前言 ............................................................................................................. 7

2.2.锅炉节能途径 ............................................................................................. 8

2.3.在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术 ............................................................ 9

2.4.工业锅炉存在问题 ..................................................................................... 9

2.5.工业锅炉改造技术 ................................................................................... 10

2.6. .工业锅炉前景展望 ................................................................................. 10

2.6.1.生物质型煤技术 ................................................................................ 10

2.6.2.燃油(气)冷凝锅炉 ............................................................................. 11

2.6.3.炉综合和系统节能技术 ................................................................... 11

2.7.对石化企业工业锅炉节能的建议 .......................................................... 11

2.8.参考文献： ............................................................................................... 12

1. 工业锅炉节能技术

摘要：节能是应用技术上现实可行、经济上合理、环保与社会上可以接受的方法，来有效地利用能源。工业锅炉作为高能耗设备，其节能技术研究具有重要意义。本文根据我国工业锅炉能耗现状，以典型的燃煤用工业锅炉为例介绍了工业锅炉的节能技术。

关键词：工业锅炉节能技术燃煤

1.1. 引言

能源是人类赖以生存的物质基础，在人类社会中起着不可替代的重要

作用。随着国民经济的快速发展，能源生产已经不能满足要求，能源问题成为制约国民经济发展的重要因素，为适日益激烈的市场竞争，各企业应该把能源节约放在首位，以提高能源利用率，降低能耗。在我国，工业锅炉是重要的能量转换和利用设备，能耗约占全国总能耗的三分之一。因此研究工业锅炉节能技术，对降低能耗解决能源问题具有重要意义。同时我国是以煤炭为主的能源消费大国，工业锅炉以燃煤为主，油、汽等其它燃料为辅，锅炉用煤量在全国耗煤总量中占很大比例。本文以燃煤用工业锅炉为例介绍工业锅炉的节能技术。

1.2. 工业锅炉概述

工业锅炉是一种产生蒸汽或热水的热发生和交换装置，锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

锅炉主要由锅和炉两部分组成。炉是燃料(煤炭)燃烧的场所，其作用是将燃料的化学能转化为热能；锅是介质(水)加热的场所，其作用是利用燃料燃烧产生的热能加热介质。

1.3. 我国燃煤工业锅炉能耗现状及原因

目前我国燃煤工业锅炉约有48万台，但平均运行效率约为60%-65%，比国外先进水平低15-20个百分点。效率低，能耗大是我国燃煤工业锅炉普遍存在的问题，其原因主要有一下几点。

(1)单台锅炉容量太小，长期低负荷运行，能量利用率低。许多企业仅考虑到企业长期发展问题而避免锅炉在高负荷下运行，但这种“大马拉小车”的现象不能使锅炉与其他辅助设备在最佳工况下运行，结果是使能量不能得到综合利用，能效降低。

(2)我国燃煤工业锅炉设计重锅炉本体而轻燃烧设备，重锅炉主机而轻配套辅机和附件。这种“重主轻辅”的现象使得锅炉配套设施质量低，对负荷的适应能力差，经常不能在高效率区域运行，直接造成较大的能源浪费。

(3)燃煤品种与煤质多变。我国的锅炉燃煤供应以原煤为主，且供应紧张，因此使用煤在颗粒度，煤质上很难与设计用煤匹配，这就要求锅炉有较高的适应性。但我国燃煤工业锅炉主要是层燃燃烧，其燃烧特点使其很难适应这种燃煤供应状况。当不能根据煤种变化相应调整燃烧工况时就会导致煤燃烧不完全，锅炉出力不足，热效率下降。

(4)缺乏熟练的操作人员，节能监督管理工作薄弱。锅炉操作人员一般只注重锅炉的安全运行而忽视锅炉的节能，且技术水平普遍不高，不能很好的维护保养锅炉及根据煤种变化调整锅炉燃烧工况。此外，由于缺乏相应的节能法律法规，使得工业锅炉节能监督管理工作不能得到较好的实施，锅炉节能潜力未能充分发挥。

1.4. 工业锅炉节能技术简介

锅炉节能的途径有很多，但总体上可从两方面人手，其一是热能转换过程；其二是热能利用过程。必须对整个锅炉系统进行综合分析，在不降低供热品质，提高环保性能的原则上从对系统进行改造才能实现真正的节能。

1.4.1. 热能转换过程节能

锅炉的热能转换过程是指燃烧系统中燃料将化学能转换为热能的过程，因此热能转换过程的节能实际上是对锅炉燃烧系统的节能改造。

1.4.1.1. 对燃煤进行分析处理

在层燃锅炉中，燃煤水分过大会使着火点延后，挥发分过高容易着火燃烧，过低则难以着火，此外煤粒度过大也易造成燃烧不完全。因此煤在进入锅炉前应进行洗选和煤质分析，包括水分，挥发分和粒度的分析，以确定最佳燃烧工况，使燃料能充分燃烧，提高燃烧效率。

1.4.1.2. 采用均匀分层给煤技术

分层给煤技术利用重力筛选，使炉排上煤层颗粒按下大上小的顺序分层排列。煤层空隙大，通风良好，能够改善锅炉的燃烧工况，对提高灰渣损热失和提高锅炉的热效率有很大的帮助；均匀给煤技术使炉排横断面上

煤粒均匀一致，解决了煤粒沿径向不均匀所造成的燃烧不均匀，甚至只有半边炉排着火的问题。

1.4.1.3. 合理组织炉膛空间气流

炉膛空间气流的合理组织，由前后拱、二次风来完成。

前后拱是将炉膛前部(后部)的过剩空气及高温烟气推向后部(前部)，在由前后拱形成的“喉口”处与炉膛前部的过剩空气和挥发分混合。其作用包括使可燃气体充分燃烧，加快新燃料的着火，减少燃料层对受热面的直接辐射，保持燃尽阶段所需要的温度，减少飞灰量和不完全燃烧的损失。

二次风一般占送风量的5％~12％，要求风速达40m/s~70m/s，以保证有足够的穿透烟气的能力和穿透深度。工业锅炉(尤其是大容量锅炉)在使用二次风后热效率明显提高。二次风的介质可以是热空气、烟气、蒸汽等。其作用包括

(1)加强炉内气流的搅拌与混合，增加可燃物在炉膛内的停留时间，使化学不完全燃烧损失降低。

(2)可以同时利用两股二次风对吹使炉内形成气流漩涡，气流的旋涡分离作用可以使煤粉和灰粒被甩回炉内，从而减少飞灰量，使机械不完燃烧全损失降低。

1.4.1.4. 保证空气供应充足和合理

空气是燃料燃烧的必要条件，合理配风对提高燃料燃烧效率，降低能耗有很大帮助。合理配风应包括

(1)沿炉排长度方向应合理配风，因为沿炉排长度方向燃烧状况不同。如中段燃烧最旺盛需空气量最大，在炉排头尾两段以挥发分和残炭的燃烧为主，故只需少量空气。

(2)沿炉排宽度方向应均匀配风，以使燃烧均匀，防止出现火口等不正常燃烧现象。

1.4.2. 热能利用过程节能

热能利用过程是指将燃烧放出的热量有效地传递给工质(水)，产生要求参数的蒸汽或热水的过程，实现能量的综合有效利用，降低能量传递过程

的损失时该过程节能的关键。

1.4.2.1. 保证锅炉给水品质

锅炉给水如果含盐量过高，会使锅炉受热面上结构，恶化传热状况(水垢的导热系数仅是钢的1100200~1)，使排烟温度升高，降低能效。此外水垢还

会引起受热面金属过热，降低材料机械强度，使管壁鼓包或胀管。因此要采用有效的水处理技术使锅炉给水达到所需标准，并且要及时清除水垢，以减少能源浪费、改善锅炉的运行安全性和提高锅炉的运行效率。

1.4.2.2. 采用保温材料

由于锅壳、烟道、省煤器、管道等部件温度高于环境温度，因此会向外散热产生热损失。因此可以采用在这些部件外包保温材料，不仅可以减少散热，而且可以反之锅炉炉膛和烟道漏风，减少热损失。保温材料应满足导热系数小，热稳定性高，对管壁无腐蚀等特点。常用的保温材料有膨胀珍珠岩，硅酸铝板，硅酸盐抹面，石棉和矿渣棉等。

1.4.2.3. 蒸汽冷凝水的回收利用作为锅炉给水

锅炉产生的蒸汽属于高品质热源，经利用后得到的蒸汽冷凝水也属于热能资源，应该充分利用而不应该外排。通常将回收后的蒸汽冷凝水作为锅炉给水，其优点包括

(1)能提高给水温度，降低煤耗。

(2)蒸汽冷凝水含盐量低，能减少软水用量与锅炉排污量。

高温蒸汽冷凝水通常要经冷却才回到给水系统被加以利用，但这样不仅增加能耗而且不能充分利用蒸汽冷凝水的热量。为此国外开发了直接将饱和温度的冷凝水送回给水系统予以利用的技术，减少了冷凝水降温造成的能量损失。

1.4.2.4. 高温烟气的回收利用

许多中小型工业锅炉的排烟温度均在300℃左右，有的高达400℃，直接排放不仅会造成污染而且会损失大量热量，因此宜增设锅炉尾部受热面以降低排烟温度。如小型锅炉可增加省煤器来加热锅炉给水以降低煤耗，

中型锅炉可增加空气预热器来加热入炉膛空气使燃料能充分燃烧。

1.5. 结论

综上所述，燃煤工业锅炉的节能工作包括对热能转换过程和热能利用过程进行能量优化，如改进燃烧状况，提高给水品质，回收利用蒸汽冷凝水和热烟道气等措施。

锅炉的节能工作首先要充分分析可利用热能的品味，重点回收高品味热能，其次要通过改进工艺来降低能耗，尽可能的利用副产品，以实现能源的梯级利用和循环再生。各企业应根据自身情况有针对性的加强工业锅炉节能技术改造，达到用最少的能耗来获得最大效益的目标。

1.6. 参考文献

[1]王光臣.工业锅炉的节能技术措施[J].应用能源技术,2009(3):17-20.

[2]王睿，李莹.影响燃煤工业锅炉能耗的因素及技改措施[J].装备制造技术,2011(9):210-212.

[3]陈会丽,刘新尚,宋传静.浅谈工业锅炉节能技术[J].中国科技纵横,2011(19).

[4]范北岩.工业锅炉节能技术及其应用--2005国际石油和化工节能技术发展论坛论文集.

北京：中国化工节能技术协会,2005:45-53.

[5]刘克平.变频调速节能技术在工业锅炉燃烧过程中的应用分析[J].长春工业大学学报(自然科学版),2007,28(z1).

[6]商红彬,李东刚,吴增福,杜涛.工业锅炉节能技术--自主创新振兴东北高层论坛暨第二

届沈阳科学学术年会论文集.沈阳：沈阳市科协,2005:166-169.

[7]赵振元.工业锅炉用户须知安全节能与环保技术北京：中国建筑工业出版社1997.

2. 工业锅炉节能技术

陈宇飞

中国矿业大学(北京)

摘要：节能是指通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径，以最少的能耗取得最大的经济效益。据统计，我国在役工业锅炉约有50万台，

1每年消耗煤炭占全国煤炭总产量的3这些工业锅炉的热效率很低。只要60％左右。

并且自动化程度低，采用机械化燃烧方法的锅妒不足70％。锅炉节能的途径有很多，但总体上可从两方面入手。其一是热能利用转换过程；其二是热能利用过程。目前可以采取以下三个措施来解决能量转热过程——即燃烧过程中的节能问题。

一、煤、油混合燃料的燃烧技术，即把一种很细的煤粉和燃料油混合在一起形成泥浆状燃料，以此代替原来煤油锅炉用的燃料油。二、采用二次风强化燃烧。二次风对强化气流燃烧是很有效的。三、在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术。

关键词：热能利用转换过程膜法富氧技术工业锅炉改造技术

2.1. 前言

节能是人类面临的重要任务之一，对于我国任务尤为艰巨。虽然太阳能、核能、风能等可再生资源可以为人类提供大量的能量，但是目前由于技术上的困难还不能大规模的开发利用新能源，人类近期只能以化石燃料为主要能源。再加上我国人口众多，人均可采能源资源占有量很低。从这几个角度看，我国也可以说是能源贫国，所以珍惜能源十分重要。

我国在用工业锅炉平均容量不高，且以中小容量为主。2003年统计显示的平均容量为2.379MW/台，小于35t/h的锅炉约占总容量的98.9%，其中：大于等于20t/h的不到20%，2-10t/h的占75%，小于等于1t/h的占5%。

2.2. 锅炉节能途径

锅炉节能的途径有很多，但总体上可从两方面入手，其一是热能利用转换过程；其二是热能利用过程。

热能转换过程是指燃料从化学能转变为热能的燃烧过程，这一过程涉及的有组织燃烧的设备与技术，用先进的燃烧设备和技术组织炉内燃烧，使燃料燃烧尽率提高，在获得相同燃烧的情况下，少烧燃料，达到节能的目的。

热能利用过程是指通过一定的装置和专门的系统将燃烧放出的热量有效地传递并被工质所吸收，产生要求参数的蒸汽或热水。燃烧是指在锅炉的炉膛中进行的，燃料有重油、煤、天然气等，而以燃煤最为普遍。要使燃料充分燃烧，必须满足以下三个条件：

(1)要有足够的空气，并能同燃料充分接触；

(2)炉膛应有足够高的温度使燃料着火；

(3)燃料在炉内停留时间能使其完全燃尽。

为了满足上述三个条件，提高燃烧效率，充分利用燃烧热值，可采取以下节能措施：

(1)煤、油混合燃料的燃烧技术：即把一种很细的煤粉和燃料油混合在一起形成泥浆状燃料，以此代替原来煤油锅炉用的燃料油。

(2)煤、油混合燃烧的优点：

(a)以低劣煤代替燃料油，可以把燃油的消耗量降低一半左右； (b)煤粉与燃油混合后的浆状燃料具有较好的流动性，可以方便的用管道进行输送；

(c)煤油混合技术上比较简单，安全性较好，对原煤、油炉体不需要进行较大的改动，仅需要更换燃烧喷嘴即可实现煤、油混合燃烧。 但煤、油混烧也有一些新的问题：

(1)浆状燃料对燃烧设备(特别是喷嘴)的磨损较燃油时要严重；

(2)煤粉颗粒的不均匀对燃烧稳定性有一定的影响。

(3)采用二次风强化燃烧：二次风可以使炉膛空间中的可燃物(挥发分

和被下部风室吹起的煤粉)与空气更好的混合，同时增加可燃物在炉膛内的停留时间，使其充分燃烧，降低不完全燃烧热损失。另外，由于二次风造成的气流旋涡的分离作用，使煤粉和灰粒被甩回炉内，减少了飞灰逸出量，使烟气含尘浓度降低，减少了对环境的污染。

2.3. 在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术

燃料燃烧必须有氧气的助燃才能充分的进行，一般以供给空气来解决的。但由于空气中氧气的成分只占21％，另外79％的非氧气体在燃烧过程中被加热、温度升高而被排放掉，造成了能源的损失。加之，燃烧过程中生成的NOx、SO2等有毒气体，污染了环境，对人类健康带来了危害。对此，人们设法采用含氧气量高的空气参加燃烧。用“富氧膜”可以得到含氧量为30%-90%的富氧空气。

膜法富氧助燃工艺流程如下图2-1所示：

图2-1膜法富氧助燃工艺流程图

实践证明，上述三种措施节能效果比较明显，并得到了广泛应用。随着国民经济的快速发展，能源生产不能满足要求，能源工业成为发展国民经济和提高人民生活水平的制约因素。为适应竞争日益激烈的市场经济的要求，各企业应该把能源节约放在首位，以提高能源利用率，尽可能的减缓能源耗竭速度。

2.4. 工业锅炉存在问题

长期以来，我国燃煤工业锅炉的产品设计和制造往往是重锅炉本体而轻燃烧设备，重锅炉主机而轻配套辅机和附件，加上燃煤品种、煤质多变，

实际燃煤与设计煤质偏离：相当多锅炉经常处于较低的负荷下运行；检测仪表不全、锅炉控制简单；司炉工操作技术和运行管理水平较差；设备维护保养工作跟不上等因素，致使我国工业锅炉的实际运行效率往往要比鉴定热效率下降10-15个百分点，结果造成一次能源的浪费。

导致工业锅炉运行效率低下的因素主要有以下一些方面：

(1)锅炉的平均负荷率低，平均运行效率不高。

(2)煤炭质量不稳定且多变。

(3)燃烧设备的制造质量存在问题。

(4)锅炉的控制水平低下。

(5)锅炉的水质普遍达不到标准的要求。

(6)锅炉辅机配置不当，且质量不高。

(7)锅炉的运行人员的总体素质普遍较低，影响锅炉运行的效率。

(8)锅炉的节能监督管理工作薄弱。

2.5. 工业锅炉改造技术

(1)加装燃油锅炉节能器

(2)安装冷凝型燃气锅炉节能器

(3)采用冷凝式余热回收锅炉技术

(4)锅炉尾部采用热管余热回收技术

(5)采用防垢、除垢技术

(6)采用燃料添加剂技术

(7)用新燃料

(8)⑧采用旋流燃烧锅炉技术

2.6. .工业锅炉前景展望

2.6.1. 生物质型煤技术

是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物质，按一定比例掺混，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等与煤粘结性的差异经压制而成。生物质在其中既起粘结作用又起助燃作用。

生物质型煤具有热效率高、灰分少、固硫率高、生物质来源广泛、生产成本低等优点，既能节省能源，又能明显减少对大气的污染，具有综合的经济、环境、社会效益。

2.6.2. 燃油(气)冷凝锅炉

燃料的高位发热量在数值上大于其低位发热量，差值为水蒸气的汽化潜热，燃料种类不同燃烧后水蒸气在烟气所占的比例也不同。一般锅炉燃料燃烧后，排烟还具有相当高的温度，烟气中的水蒸气仍以过热的状态存在，不可能凝结成水而释放出汽化潜热，所以，我国和大多数国家一样，锅炉的热力计算采用低位发热量作为计算依据。

2.6.3. 炉综合和系统节能技术

高效节能、低污染为主要目标，综合采用各项节能技术，以复合燃烧等技术强化燃烧；强化传；提高给水品质，降低排污量；改进绝热保温材料，降低散热损失；适当增加一些受热面(如加装省煤器预热器等)以降低排烟温度。并采取了烟气再循环、贫氧燃烧、高效脱硫等新技术来提高锅炉效率和降低NOx、SOx的排放。

2.7. 对石化企业工业锅炉节能的建议

石油和化学工业是使用消耗能源的大户，煤、油、天然气等既是生产过程所需动力、热力的燃料，同时又是其加工生产的产品和原料。因此，石化企业工业锅炉及其应用系统的节能工作既有复杂的一面，又有潜力大挑战性强的一面。石化工业加工过程中，有非常多的冷、热物流(过程物流、公用工程物流等)需要换热。如乙烯装置、炼油过程主要是通过物理的办法，按照各油品沸点的差别进行分离，即通过一个又一个的加热、冷却，来完成一系列加工过程。

(1)过程用能的主要形式是热、流动功和蒸汽，它们一般是通过转换设备(如炉、机、泵)等转换过来的；

(2)转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环节(塔、反应器)，连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后，除部分能量转入到

产品中外，其余均进入能量回收系统；

(3)能量在工艺核心环节完成其使命后，质量下降，但仍具有较高的压力和温度，可以通过换热设备、换功设备(液力透平)等回收利用。但受工程和经济条件约束，回收不能到底，最终通过冷却、散热等排弃到环境中。

结合石化企业生产过程和用能特点，除了对传统意义上的锅炉及应用系统采用常规技术措施进行节能改造外，重点应该将提供动力和热量的锅炉主、辅机系统，燃料系统，控制系统，输配系统视为整个生产加工系统的一部分，将工艺改进和锅炉节能改造系统地、有机地结合起来。充分分析可利用热能的品位，根据投资能力和技术经济比较，节能措施应从高品位能量回收开始。结合生产工艺，尽可能地将副产品加以利用，使节能改造工程的投入产出率达到最高。即首先应选用或改进工艺过程，减少工艺用能；再考虑经济合理地回收；其不足部分再由转换设备提供，实现能源的“高质高用，梯级利用，循环再生”。这样就使节能工作更加科学、更加有效。

2.8. 参考文献：

[1]商红彬,李东刚,吴增福杜涛.工业锅炉节能技术.万方数据.2008

[2]范北岩.工业锅炉节能技术及其应用.中国北京商务会馆.2005

[3]王辉.工业锅炉节能技术.机械管理开发.2006年6月

[4]王光臣.工业锅炉的节能技术措施.应用能源技术.2009年3月