小型燃煤蒸汽鍋爐節(jié)能分析

小型燃煤蒸汽鍋爐節(jié)能分析

0燃煤工業(yè)鍋爐單位能耗能力中國的工業(yè)攪拌爐總面積為5600萬元，其中70%是蒸汽爐，其余是熱水爐。2006年全國煤炭產(chǎn)量為23.3億噸,鍋爐用煤達(dá)到19億噸,其中火力發(fā)電鍋爐用煤13億噸,工業(yè)鍋爐用煤6億噸,鍋爐用煤占煤炭總產(chǎn)量的81%。電站鍋爐熱效率普遍較高,目前我國超臨界機(jī)組鍋爐熱效率一般為90%以上,已達(dá)到世界同類型機(jī)組先進(jìn)水平;工業(yè)鍋爐熱效率普遍較低,據(jù)抽樣調(diào)查,我國燃煤工業(yè)鍋爐的平均實(shí)際熱效率僅為68.7%,而工業(yè)國家平均水平為80%以上,僅此一項(xiàng),每年浪費(fèi)原煤近1億噸。在用的工業(yè)鍋爐以燃煤居多,由于種種原因,如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,制造質(zhì)量不良,輔機(jī)配套不協(xié)調(diào),可用的煤種與設(shè)計(jì)的煤種不符,運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)?都會(huì)造成鍋爐出力不足、熱效率低下和輸出參數(shù)不合格等問題,結(jié)果是能源消耗量過大,甚至不能滿足生產(chǎn)要求。以上問題比較普遍,所以節(jié)能潛力很大。故針對(duì)小型燃煤蒸汽工業(yè)鍋爐的節(jié)能檢測(cè),節(jié)能分析及節(jié)能技術(shù)改造勢(shì)在必行。1《新條例》對(duì)設(shè)備的主要規(guī)定如何近期國家在節(jié)能方面出臺(tái)或修訂了很多法規(guī),如新修訂《節(jié)能法》第十六條明確指出對(duì)高耗能的特種設(shè)備,按照國務(wù)院的規(guī)定實(shí)行節(jié)能審查和監(jiān)管?！秶鴦?wù)院關(guān)于修改〈特種設(shè)備安全監(jiān)察條例〉的決定》(簡(jiǎn)稱《新條例》)已經(jīng)2009年1月14日國務(wù)院第46次常務(wù)會(huì)議通過,自2009年5月1日起施行?！缎聴l例》第十二條:鍋爐、壓力容器中的氣瓶(以下簡(jiǎn)稱氣瓶)、氧艙和客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施以及高耗能特種設(shè)備的設(shè)計(jì)文件,應(yīng)當(dāng)經(jīng)國務(wù)院特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門核準(zhǔn)的檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)鑒定,方可用于制造。《新條例》第十三條:按照安全技術(shù)規(guī)范的要求,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行型式試驗(yàn)的特種設(shè)備產(chǎn)品、部件或者試制特種設(shè)備新產(chǎn)品、新部件、新材料,必須進(jìn)行型式試驗(yàn)和能效測(cè)試。國家質(zhì)監(jiān)總局116號(hào)令《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》于2009年9月1日起施行。2選擇和燃燒方式鍋爐的選擇2.1鍋爐負(fù)荷變化及優(yōu)化從節(jié)能角度出發(fā),鍋爐選型時(shí)應(yīng)注意以下問題:(1)通過合理的計(jì)算確定鍋爐容量,還可繪制負(fù)荷曲線圖進(jìn)行分析。(2)確定鍋爐型號(hào)及臺(tái)數(shù),盡量使鍋爐在高效經(jīng)濟(jì)條件下運(yùn)行。舊鍋爐更新改造是用新鍋爐替換舊鍋爐,包括用新型節(jié)能型鍋爐替換舊型鍋爐;用大型鍋爐替換小型鍋爐;用高參數(shù)鍋爐替換低參數(shù)鍋爐;用適當(dāng)臺(tái)數(shù)大容量循環(huán)流化床鍋爐替換多臺(tái)小容量層燃鍋爐等。2.2提高鍋爐電氧化程度,提高鍋爐適用的資從節(jié)約能源消耗、提高能源轉(zhuǎn)換利用效率的角度看,工業(yè)鍋爐用戶區(qū)應(yīng)實(shí)行集中供熱的方式,從而提高鍋爐的容量和參數(shù),提高鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)化程度,節(jié)約能源消耗。在用戶比較集中的區(qū)域,把分散的、舊式小型工業(yè)鍋爐替換下來,改用效率高、機(jī)械化程度較好的中等容量鍋爐,可以有效地減少城市環(huán)境污染、能源消耗,使能源利用效率大大提高。2.3加強(qiáng)燃燒及爐拱改造鍋爐不是通用產(chǎn)品,它的效率和燃用什么樣的燃料和采用什么燃燒方式有關(guān),若鍋爐爐型與燃用煤種不符,就會(huì)出現(xiàn)燃燒不完全、燃料結(jié)焦嚴(yán)重等問題,造成鍋爐出力嚴(yán)重不足、熱效率低、能源浪費(fèi)大。例如手燒爐,由于存在熱力(通風(fēng))的周期性,它不宜燃用高揮發(fā)分煙煤,否則,它的燃燒效率是很低的。對(duì)鏈條爐,其燃料著火性能較差,應(yīng)充分利用爐拱和高溫?zé)煔獾臒彷椛鋪碇键c(diǎn)火,應(yīng)該做好分段送風(fēng)。在鏈條爐中使用二次風(fēng)有利于強(qiáng)化燃燒、降低化學(xué)不完全燃燒損失和消煙除塵,是節(jié)能行之有效的措施。爐拱改造也可以產(chǎn)生節(jié)能效果。鏈條爐排鍋爐的爐拱是按設(shè)計(jì)煤種配置的,有不少鍋爐不能燃用設(shè)計(jì)煤種,導(dǎo)致燃燒狀況不佳,直接影響鍋爐的熱效率,甚至影響鍋爐出力。按照實(shí)際使用的煤種,適當(dāng)改變爐拱的形狀與位置,可以改善燃燒狀況,提高燃燒效率,減少燃煤消耗?，F(xiàn)在已有適用多種煤種的爐拱配置技術(shù),這項(xiàng)改造可獲得10%左右的節(jié)能效果。3鍋爐硬件設(shè)備3.1加強(qiáng)保溫,減少熱損失,提高鍋爐熱效率由于鍋爐爐墻、汽水熱力管道系統(tǒng)的溫度總是比周圍的溫度高,所以爐墻和汽水管道系統(tǒng)的部分熱量要通過輻射和對(duì)流方式散發(fā)到周圍空氣中,造成鍋爐的散熱損失,造成鍋爐熱效率下降。因此,應(yīng)采用先進(jìn)的保溫材料,加強(qiáng)保溫,減少熱損失,提高鍋爐熱效率。小型燃煤蒸汽鍋爐爐膛和尾部漏風(fēng)現(xiàn)象很普遍。漏風(fēng)即使煙氣量增加,還使?fàn)t膛溫度降低,對(duì)燃燒影響很大。因此,一旦發(fā)現(xiàn)漏風(fēng),要盡快設(shè)法堵漏。另外鍋爐房?jī)?nèi)熱力管道及法蘭、閥門填料處蒸汽和熱水的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象普遍存在,這使鍋爐有效利用熱量減少,補(bǔ)充水量增加,降低鍋爐的熱效率。因此,要及時(shí)維修,減少熱損失。3.2鍋爐織物的熱阻使用離子交換器,降低水的硬度,減少或者阻止結(jié)垢,可提高鍋爐熱效率。一般鍋爐給水中含有大量的溶解氣體和鹽類,如果給水未經(jīng)處理或處理不當(dāng),會(huì)造成鍋爐受熱面腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象。鍋爐受熱面結(jié)水垢時(shí),受熱面熱阻增大,傳熱性能變差,燃料燃燒所放出的熱量不能迅速地傳遞到爐水中。在這種情況,為了保持鍋爐的額定參數(shù),就必須更多地投加燃料,提高爐膛和煙氣溫度,因此,造成能源的浪費(fèi)。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小,約為鋼板導(dǎo)熱系數(shù)的1/30~1/50。經(jīng)測(cè)定,鍋爐受熱面結(jié)1mm水垢,燃料消耗要增加8%~10%。3.3鍋爐給水泵節(jié)能技術(shù)給水泵是鍋爐房的主要耗能設(shè)備,選用合適的給水泵可以提高鍋爐凈效率?，F(xiàn)有的小型蒸汽鍋爐多為臥式快裝鍋爐,多數(shù)鍋爐出力很難達(dá)到額定出力,而且用戶在選用給水泵時(shí)已經(jīng)考慮了安全系數(shù),導(dǎo)致大馬拉小車的狀況,因此應(yīng)按實(shí)際運(yùn)行壓力選型。鍋爐給水泵選用原則:(1)小型蒸汽鍋爐給水泵應(yīng)以“效率”為選擇原則。用CR型多級(jí)離心泵替代原有的GC、DG型,可以節(jié)能50%以上。(2)小型蒸汽鍋爐給水泵選用時(shí)可不考慮安全系數(shù),按照鍋爐噸位直接選擇相應(yīng)的水泵。(3)小型蒸汽鍋爐給水泵揚(yáng)程應(yīng)按實(shí)際運(yùn)行壓力選取,其揚(yáng)程為:最高使用壓力+(0.2~0.3)MPa。(4)鍋爐給水泵變頻節(jié)電效果不明顯,在考慮給水泵節(jié)電時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮高效水泵。除非水泵揚(yáng)程富裕過大,可考慮變頻調(diào)速節(jié)電。鍋爐的鼓、引風(fēng)機(jī)也是鍋爐房的主要耗能設(shè)備,約占鍋爐房耗電量的60%~80%。因此,研究鼓、引風(fēng)機(jī)的節(jié)能方法是提高鍋爐凈效率的關(guān)鍵。近10年來,國內(nèi)電泵制造業(yè)已陸續(xù)生產(chǎn)出一些高效節(jié)能型鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)。耗能大的鼓、引風(fēng)機(jī)應(yīng)通過各種途徑予以改造,以提高其效率。3.4蒸汽蓄熱器的使用蒸汽蓄熱器是一種蒸汽熱能儲(chǔ)存裝置,具有均衡供汽、調(diào)節(jié)尖峰負(fù)荷的作用。用于負(fù)荷波動(dòng)的供氣系統(tǒng),可使得鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定;用于余熱利用系統(tǒng),能有效地回收熱能。常用的蒸汽蓄熱器是一種變壓式蓄熱器,可借助工作壓力變化進(jìn)行蓄熱和放熱。使用變壓式蒸汽蓄熱器的必要條件是:工藝設(shè)備的用汽負(fù)荷是波動(dòng)的,日負(fù)荷曲線變化頻繁和劇烈;部分用戶的用汽壓力必須小于汽源(鍋爐)的工作壓力,低壓蒸汽消耗量必須大于或等于最大用汽負(fù)荷與鍋爐房額定蒸發(fā)量之差。蒸汽蓄熱器是一種行之有效的節(jié)能設(shè)備,合理使用蒸汽蓄熱器后,一般能節(jié)約燃料3%~20%。1臺(tái)6蒸噸帶蓄熱器鍋爐,年可節(jié)煤200t,年減排CO2345t,壽命期內(nèi)可減排CO2約5000t。4鍋爐運(yùn)行管理4.1機(jī)械不完全燃燒損失鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),燃煤量增大,鍋爐煤層加厚,爐排速度加快,才能滿足負(fù)荷增大的需要。煤層加厚和爐排速度加快使機(jī)械不完全燃燒損失加大,燃煤量增加使?fàn)t內(nèi)溫度升高、排煙溫度增加、排煙損失加大。鍋爐負(fù)荷降低運(yùn)行時(shí),燃煤量減少,爐內(nèi)溫度降低,使燃燒工況變差、化學(xué)不完全燃燒損失加大。因此,應(yīng)使鍋爐按額定負(fù)荷運(yùn)行以獲得最經(jīng)濟(jì)工況。4.2鍋爐水處理的節(jié)能技術(shù)在正常情況下,鍋爐受熱面不結(jié)水垢,不積灰,其傳熱情況較好。結(jié)水垢或積灰后,傳熱量顯著下降,如需保持同樣的傳熱量,則必須增加燃料量,就要浪費(fèi)能源,且此時(shí)熱阻增加,壁溫將升高。因此,為了節(jié)約能源和保證鍋爐安全運(yùn)行,必須保證受熱面不結(jié)垢不積灰,這就要求鍋爐給水應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)處理,大型鍋爐必須安裝吹灰器,鍋爐運(yùn)行時(shí)必須吹灰。鍋爐結(jié)垢不但浪費(fèi)燃料(水垢1.5mm時(shí),燃料量增加6%;5mm時(shí)燃料量增加15%;8mm時(shí)則增加34%),使金屬過熱,還會(huì)引起水循環(huán)破壞,腐蝕,化學(xué)清洗浪費(fèi)人力物力,縮短鍋爐壽命等一系列惡果,應(yīng)盡量做到無垢或薄垢運(yùn)行,才能實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源。同樣積灰對(duì)鍋爐熱效率的影響是很明顯的。灰垢導(dǎo)熱系數(shù)為水垢導(dǎo)熱系數(shù)的1/15,為鋼板的1/450~1/750,因此及時(shí)而有效地清除鍋爐受熱面的積灰,可有效提高鍋爐熱效率。4.3飛灰的排放小型燃煤蒸汽鍋爐中最容易發(fā)生堵灰的地方是鍋爐管束的下部和空氣預(yù)熱器。鍋爐管束因?yàn)樵谶\(yùn)行中沉積大量的飛灰,如果不及時(shí)將積灰排放掉,積灰就會(huì)將一部分管子堵塞,煙道流通截面就減小,使煙氣局部阻力增大,受熱面積減少。堵灰使鍋爐煙氣側(cè)的阻力和引風(fēng)機(jī)的電耗增大,減少了鍋爐管束的受熱面積,使排煙溫度升高,鍋爐熱效率降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)限制鍋爐的出力。4.4脫堿去鹽處理降低鍋爐排污熱損失的途徑有兩條:一是鍋爐給水處理,對(duì)給水進(jìn)行脫堿去鹽處理,使鍋爐排污量減少。二是對(duì)排污水進(jìn)行回收和利用,如設(shè)置定期排污膨脹器或連續(xù)排污膨脹器,二次蒸汽用來加熱除氧器給水,高溫排污水通過換熱器預(yù)熱給水。4.5低煙溫度和低熱值排煙熱損失是鍋爐的主要熱損失之一,可以達(dá)到10%~20%。排煙熱損失主要取決于排煙溫度和過量空氣系數(shù)的大小。在鍋爐運(yùn)行中為了減少排煙熱損失,應(yīng)在滿足燃燒反應(yīng)需要的前提下盡量保持較低的空氣系數(shù),應(yīng)盡可能避免燃料室及各部分煙道的漏風(fēng),以降低排煙熱損失。排煙溫度也不是越低越好,因?yàn)樘偷呐艧煖囟葎?shì)必要增加鍋爐尾部受熱面,這是不經(jīng)濟(jì)的;同時(shí)還會(huì)增加通風(fēng)阻力,增加引風(fēng)機(jī)的電耗;此外過低的排煙溫度若低于煙氣露點(diǎn)以下,將會(huì)引起受熱面的腐蝕,危及鍋爐的安全運(yùn)行。合理的排煙溫度應(yīng)根據(jù)排煙熱損失和尾部受熱面的金屬耗量與煙氣露點(diǎn)等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算來確定。造成鍋爐排煙溫度升高除沒有裝設(shè)尾部受熱面以外,還受煙氣短路、受熱面積灰與結(jié)垢、運(yùn)行負(fù)荷等因素的影響。定期檢查鍋爐爐膛及水冷壁以及空氣預(yù)熱器和省煤器的運(yùn)行狀況,及時(shí)對(duì)鍋爐吹灰、清除煙垢,以及采取其它一些有效的措施,保持受熱面清潔,最大限度地提高傳熱效率,充分吸收利用爐膛中燃煤的熱量,從而降低了排煙溫度,提高鍋爐的使用壽命和運(yùn)行效率。4.6過大的空氣系數(shù)對(duì)燃燒的影響過量空氣系數(shù)是一項(xiàng)重要指標(biāo),國家工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定了鍋爐運(yùn)行中過量空氣系數(shù)的合格指標(biāo),并作為鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)之一進(jìn)行監(jiān)控。從杭州地區(qū)近400臺(tái)中小型工業(yè)鍋爐的熱平衡測(cè)試資料統(tǒng)計(jì)表明,有近三分之一的鍋爐過量空氣系數(shù)大都在2~4范圍內(nèi)。當(dāng)過量空氣系數(shù)過大時(shí),會(huì)造成燃煤與空氣混合不均勻,有的區(qū)域出現(xiàn)空氣不足,另外區(qū)域又嚴(yán)重過剩,致使?fàn)t膛溫度降低,排煙量增大,帶出熱量增加,也就是排煙熱損失增加。最好的做法是在盡可能保證燃料得到充足的氧氣而保證完全燃燒的前提下,過量空氣系數(shù)越低則燃燒越經(jīng)濟(jì)。過量空氣系數(shù)的控制主要是平常鍋爐運(yùn)行和保養(yǎng)時(shí)對(duì)漏風(fēng)和串風(fēng)進(jìn)行防范,例如防止?fàn)t排下部的風(fēng)室隔斷不嚴(yán),各風(fēng)室互相串風(fēng),防止鍋爐煙氣系統(tǒng)的漏風(fēng)、鍋爐本體的漏風(fēng)