浅析工业锅炉设计中节能减排问题

江涛

（南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏 南京 210036）

1 分析现阶段工业锅炉在节能减排方面的各种问题

1.1 高热量高污染

1.1.1 锅炉容量小、热效率低。近年来热电联产项目逐渐上升，但总体上小容量锅炉所占比重仍然偏高，且大多数锅炉长期在低负荷下运行，造成不完全燃烧和排烟温度升高，热损失增大，煤种多变、煤质差。工业锅炉的燃煤由于产供紧张，其颗粒度、热值、灰分等均无法保证。而工业锅炉90%以层燃锅炉为主，层燃锅炉对煤种的适应性较差，当煤种发生变化时，其燃烧工况相应也发生变化，且燃烧时工况也相应变差。

1.1.2 排烟温度高、污染大。企业大量使用有机热载体锅炉，而有机热载体锅燃烧方法大多数以层燃为主，其排烟温度长期在300℃～350℃之间，大量高温烟气及粉尘 SO2、CO2、NO对环境造成极大污染，热量流失严重。

1.2 自控装置水平低

锅炉运行自控装置水平低，在用工业锅炉普遍未配置运行监测仪表，操作人员在调整锅炉燃烧工况或负荷变化时，无法掌握具体数据，不能及时根据负荷变化调整锅炉运行工况，锅炉、电机的运行效率受到限制，造成了浪费。

1.3 能源浪费严重

在相当长的时期内能源浪费现象十分严重，我国的能源结构以煤为主，燃煤工业锅炉仍将是主导产品，同时也是我国主要的煤烟型污染源。根据国家质检总局特种设备安全监察局的统计资料:目前，全国在用工业锅炉保有量50多万台，约180万蒸吨/小时。燃煤锅炉约48万台，占工业锅炉总容量的85%左右，平均容量约3.4蒸吨/小时，其中20蒸吨/小时以下超过80%。113个大气污染防治重点城市中约有燃煤工业锅炉24万台，90万蒸吨/小时，均占全国的1/2。工业锅炉主要用于工厂动力、建筑采暖等领域，每年耗原煤约4亿吨。

2 节能减排的具体实施办法

2.1 降低燃耗的方法是提高燃料利用率

2.1.1 在设计过程中炉膛容积应保证燃料的充分燃烧和被炉气所充满，有利于向料坯的传热。它随燃料种类、燃烧方式、燃烧器的布置及热负荷的不同而有所差异。不同的燃料产生的单位热量所具有的废气体积是不同的，因而所需的燃烧空间大小是不一样的。一般发热值越高，废气体积相应越小（实际消耗燃料及空气少）。在炉膛内的热量相同的条件下所流过的废气量是不相同的，所以在决定炉膛尺寸时必须考虑这个特点，同时在确定燃烧空间大小时，还要考虑到在什么空间内要求燃料燃烧完全的问题。在设计的过程中计算所得的炉高数值是设计炉膛高度的依据之一。但在最后确定高度时必须综合地考虑炉膛高度应保证在燃烧装置安放得下、炉内气体流动和传热状况维持正常的前提下尽量不使炉膛过高。同时要注意使整个炉膛内充满炉气并能满足组织火焰的要求。

2.1.2 炉底结构应能使物料下表面由炉内冷却水管滑道造成的“黑印”尽量减轻消除。工业的炉的炉底承受加热件的重量、装出料时的碰撞和摩擦、氧化铁皮的侵蚀以及旋转过程温度的反复变化，因此要求炉底上层的耐火材料具有抗高温、耐急冷急热、磨、不与氧化铁皮起化学反应等性能。需将设计所得的参数包括整个炉底的重量、钢机的推程、步距、上下行程等作为设计炉底机械的原始数据。

2.2 高烟囱排放

烟囱是最常用的一种排烟装置，炉内烟气通过烟道，依靠烟囱排入大气。排烟方式分为自然排烟与机械排烟两类，烟囱必须有独立的基础，不能与烟道基础相连。烟囱底部应设计人孔以备烧烤烟囱、扒灰和修理内衬之用。在烟囱设计的过程中根据烟囱的高度计算所得的排放浓度与允许排放浓度作的比较，确定采用的烟囱高度并按烟囱系列尺寸选用烟囱直径和高度。通过设计虽然不降低排放物的绝对数量，但可降低有害物质的着地浓度，烟囱越高着地浓度越低。烟气中的SOx被大气稀释这是一种局部解决的方法 ，所以落到地面时浓度已很稀无害于动植物的生存。但它并不能从根本上消除SO2对大气的总污染，这种方式仅仅起到缓和污染的作用。

2.3 燃料的选用和改质

2.3.1 燃料中含有的硫在燃烧时产生SO2，在氧化条件下SO2能被氧化成SO3，再与水汽相遇便生成H2SO4具有很强的腐蚀性。SO2除直接危害人体健康外，对环境的危害是以酸雨的形式出现的。因此在选用燃料时采用低硫或不含硫燃料或通过洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是从燃料燃烧的过程中脱硫采用烟气脱硫技术。目前烟气脱硫是一个主要的SO2控制方法，它将烟道废气中SO2成分脱除或回收，从而使烟气中SO2的污染大降低。

2.3.2 大气中的NOx主要来源于燃料的燃烧过程。NOx吸收并散射光线，在空气中与光化学氧化剂、颗粒物以及日光发生一系列的复杂的反应而形成光化学烟雾，不仅降低能见度而且对人体的健康有很大危害。防治 NOx的方法有两种:一是通过燃烧技术的改进来抵制它的生成。二是从烟气中将NOx除去，即烟气脱除NOx。此外还可采用高烟囱稀释法。这虽没有减少向大气的排放量但对减轻局部地区的污染是有效的。

2.4 影响燃烧操作条件的三个主要因素

燃烧操作条件的影响比较复杂涉及的因素较多，这里介绍三个主要因素:空气燃烧比、燃烧温度和燃烧时间。空气燃料比增加表示空气量增多，燃烧完全排烟中的烟尘浓度会下降。一般而言烟气出口浓度降低烟尘浓度将增大。提高燃烧温度和延长在高温区的停留时间都会使烟尘量下降。因为燃烧所产生的炭黑、油灰和飞灰可燃物质都是固体物质，其燃烧速度决定于氧化剂扩散到固体表面上的扩散速率，以及表面上的反应速率。高温时对于炭黑和小粒径的油灰及飞灰的燃烧速率，化学反应速率是主要影响因素。所以对大粒径的颗粒扩散速率的影响就不能忽视。

2.5 排烟治理

在燃料燃烧的过程中会发生一系列的物理和化学变化并有可能形成大小不一的细微碳粒，这些以气体漂浮的灰分以颗粒状存在，是烟气中灰尘的主要来源。为了减轻烟囱排出烟气中有害物质对环境的污染，应该改进燃烧技术创造良好的燃烧条件，保证燃料的完全燃烧。当烟气的含尘量高于排放标准的规定时可考虑在烟道中设置除尘装置，各种除尘装置都有其效果最佳的工况条件，不符合这些条件时除尘效率将大为降低。当采用强制排烟时除尘装置要安装在排烟机之前，这样可以减少或避免烟气中粉尘对排烟机的磨损而且含尘烟气处在负压条件下不会产生粉尘飞出的问题。为使输送含尘气流至除尘器的管道内不产生积灰，保证除尘系统的正常工作，要求水平管段内的流速在10～12m/s以上。

结语

我国的经济在飞速发展，能源对经济发展的制约越来越明显，工业锅炉节能降耗已列为国家节能重点，锅炉是高能耗设备，但是通过以上措施的实施，可有效地提高锅炉效率，降低工业锅炉能源消耗，最终实现节能减排。

[1]夏喜英.锅炉与锅炉房设备[M].中国建筑工业出版社，2011.

[2]徐生荣.锅炉原理与设备[M].中国水利水电出版，2009.