关于锅炉节能减排技术及实践的探讨

孙少辰 刘 铎 刘 刚 赵华楠 杨铭斯

（1.沈阳特种设备检验研究院 2.大连理工大学化工学院）

0 引言

特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、游乐设施、客运索道、场 （厂）内机动车辆等设备设施，是国民经济和人民生活的重要基础设施。我国现有持制造和安装特种设备许可证的企业有：锅炉2千多家、压力容器2千多家、压力管道1千多家、电梯2千多家、起重机械2千多家、游乐设施100多家[1]。

在工业生产和日常生活中，特种设备设施与人们之间的关系越来越密切，其所面临的问题也越来越严重。在国家提倡节能减排的大环境下，特种设备的节能减排形势不容乐观。工业锅炉是最典型的特种设备，其与工业经济和人民生活息息相关。本文将对工业锅炉的节能减排技术和实践方面的问题加以分析。

1 我国锅炉节能减排现状

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。党的十六届五中全会通过了 《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，提出了实现单位GDP能耗降低20%的约束性目标，部署了十大重点节能工程，其中，燃煤工业锅炉 （窑炉）的节能改造被列为了首项重点节能工程[2]。

我国工业锅炉制造业已经形成了自己的产品型谱，有数十家设计生产水平比较高的企业具有新产品开发能力，整个行业具备年产15～18万蒸吨的能力。但单机容量小，平均不足4 t/h（日本5 t/h、美国14 t/h），且以燃煤为主 （国外≤20 t/h的工业锅炉以燃油燃气为主），运行效率低。因此，大容量、高效率、低排放是我国工业锅炉发展的必然要求和主要趋势[3]。

由于我国锅炉的设计、制造、使用环节中，操作性强的节能法规、标准不多，使用和管理水平普遍较低，造成锅炉热效率总体不高，能源浪费严重，其中工业锅炉尤为突出。我国燃煤工业锅炉的平均实际热效率仅为62%，而工业国家平均为80%以上。如采取切实有效的措施，使其平均热效率提高10%，每年就可节约标准煤4300万t以上。

2 辽宁工业锅炉现状与存在的问题

据辽宁质监系统数据库，目前辽宁省安全监察范围内在用锅炉32 014台，其中燃煤锅炉有29 470台，燃油锅炉470台，燃气锅炉1864台，还有其他类型锅炉210台。

由于油和气在燃烧过程中燃烧效率较高、热损失少、节能空间有限，因而本文不将燃油锅炉和燃气锅炉作为分析重点。分析重点是当前应用中占大多数、节能空间较大的燃煤锅炉。下文将从容量数量、使用和运行三个方面分析辽宁省燃煤工业锅炉的概况以及存在的问题。

2.1 从容量数量的角度分析

从数量的角度考虑，可以找到节能工作的重点；从容量的角度考虑，可以明确节能潜力的大小。综合以往的数据可以得到如下的情况：

容量小于2.8 MW的热水锅炉数量占37.62%，容量占10.93%；蒸发量小于4 t/h的蒸汽锅炉数量占65.61%，容量占12.24%。根据目前的数量分析，这一容量区间和蒸发量区间中的锅炉，点多面广，热效率低。其中，热水锅炉单台供暖面积小，蒸汽锅炉生产负荷不稳定，基础条件差，设备普遍运行时间长。因此该区间内的锅炉节能工作的重点应以更新、替代低效率锅炉和推广热电联产为主。

容量大于29 MW的热水锅炉数量上占0.72%，容量上占12.64%，蒸发量在75 t/h以上的蒸汽锅炉在数量和容量上分别占0.71%和29.88%。该区间的锅炉其设备状况较好，管理水平相对较高，实际热效率和设计热效率相差不大，主要任务就是在运行操作环节中注重设备的保养。

容量在2.8～29 MW的热水锅炉和蒸发量在4～75 t/h的蒸汽锅炉应是节能监管的重点对象。该区间的锅炉平均热效率为60%～65%，经过局部节能改进 （改造），实际热效率会有明显的提高。

综合以上的分析，我们应该根据不同地区锅炉容量、数量分布的不同情况，确定工作重点，实施重点突破。

2.2 从使用方式上分析

由图1可以看出，在燃烧方式上辽宁省工业锅炉主要以层燃炉为主，室燃炉和沸腾炉的数量较少。由于室燃炉和沸腾炉的燃烧效率较高，节能空间不大，因此工作重点应放在层燃炉上，尤其以链条炉为主。

图1 按锅炉燃烧方式分类

图2所示为按锅炉用途分类的情况。由于辽宁省发电锅炉数量所占比例非常小，且发电锅炉热效率已较高，节能潜力不大，所以工作重点应集中在生产、生活用锅炉上。

图2 按锅炉用途分类

水是锅炉运行中的重要物质载体，对炉中水的处理也是锅炉使用管理的重要环节。有些锅炉为了保持锅内较好的水质，在锅炉水的处理过程中，常采用增大排污率的做法，从而使得大量热能白白流失。目前，辽宁省锅炉的水处理情况如图3所示。

图3 水处理情况

2.3 从运行管理上分析

由图4可知，目前工业生产企业对于锅炉的节能减排态度大致可以分为三类：有的企业对锅炉运行根本没有节能意识；有的企业节能意识强烈，但是苦于没有资金；还有一些企业有节能意识，也有资金，很想改进自身的设备以达到节能的目的，但是苦于没有技术，不知道从何入手。

图4 工业锅炉抽样调查合格率

综上所述，造成辽宁省工业锅炉效率过低的原因是多方面的。尽管存在设计、制造环节不足这一先天的原因，但运行管理水平低还是主要原因。只有把加强工业锅炉运行环节操作人员的培训和运行监管作为工作重点，解决运行管理中存在的问题，才能够显著提高运行效率。

3 工业锅炉节能主要技术措施

针对前面提到的问题，下面从四个方面介绍工业锅炉节能的主要技术措施，包括工业锅炉节能改造、水处理达标、司炉人员培训和锅炉用煤。

3.1 工业锅炉节能改造

工业锅炉节能改造的目的：就是提高炉子的效率，提高锅炉的出力。锅炉节能改造应达到四个方面要求：效能——保产保暖，可靠——安全耐用，经济——节能省材，环保——消烟除尘。遵循工业节能改造的原则：改炉不动锅，能小改决不大改。

影响工业锅炉节能的因素很多，只有对存在问题正确判断，结合实际情况，采用节能改造技术，才能达到预期效果。以下是一些应用于层燃工业锅炉的节能改造技术：锅炉更新、给煤装置节能改造、炉拱节能改造、燃煤系统节能改造、尾部受热面节能改造、锅炉辅机系统节能改造、层燃锅炉改造成循环流化床锅炉、控制系统节能改造等。

锅炉新产品应考虑采用以下技术：水火管锅炉采用螺纹烟管、拱形管板，使锅炉的钢耗进一步下降；有条件的、达到一定容量的锅炉，尽量采用膜式水冷壁，这样不但可明显提高锅炉的整体密封性，同时还可节省钢材；锅炉本体尽量采用自支撑结构，以减少钢耗；锅炉的配套辅机尽量选用低能耗、低噪声的节能产品；锅炉能效监测仪表应齐全；尽量采用尾部受热面，如在出口烟道上设置简易的换热器；应在尾部考虑吹灰措施；设计与煤种相匹配的拱形，并配合二次风装置，这样既有利于组织良好的燃烧，而且还能减少污染物的排放。

3.2 水处理达标

锅炉水处理是一个重要的生产和节能环节，对于水处理的改造主要可以从下述几方面入手。

（1）合理选型，避免出现 “头疼医脚”现象。水处理要根据炉型、当地水质合理选配水处理设备。蒸汽锅炉应尽量采用炉外水处理，如采用离子交换法，重点除去水中硬度；热水锅炉应考虑除氧、除污和防丢水。

（2）水处理人员须持证上岗，以保证水处理设备正确操作、维护。锅炉水处理人员应当按照安全技术规范的要求，经考核合格，方可从事锅炉水处理作业。

（3）监测水垢厚度，选择合理的除垢方法。应当尽量采用机械方法除垢，采用化学清洗除垢的，应由专业单位进行。

3.3 司炉人员培训

当前辽宁大多数工业企业中，司炉人员大部分没有经过全面系统的技术学习和培训，缺乏对锅炉基础知识的了解。很多运行人员不具备观察火床、火焰燃烧状态，查看煤质、烟色，判断燃烧产物、燃烬程度、过剩空气系数大小等经验性知识，尤其对有关燃烧调整、选择合理运行方式等规律性的东西更是不甚清楚。

在当前锅炉仪表不全、自动控制水平低、煤质多变的现实情况下，提高锅炉运行人员的操作技能就显得非常必要。重点培训内容应包括锅炉基础知识、设备性能、燃烧调整、水处理和规章制度。

3.4 锅炉用煤措施

目前工业锅炉以燃用散煤为主，清洁燃料比重小。煤炭工业能够提供的经过洗选和筛分的燃煤比例不到原煤供应的20%，而且主要用于炼焦行业，用于工业锅炉的动力配煤的比例极低。目前，不同类型的工业锅炉基本上都适合于燃烧特定尺寸的粒煤。但链条炉排锅炉燃用的散煤是由不同粒度的煤混合而成的，许多粘结性、结焦性很强的煤也被用于链条锅炉。这些煤在入炉过程中受热膨胀，随即粘结在链条上，阻碍了空气畅通。

基于此，应该从国家能源战略管理和技术管理的角度规范各行业的燃料消费政策，具体来讲可从以下几方面入手[4]：

（1）城市生活锅炉以燃用清洁燃料为主，新能源为辅，如燃用油品和天然气、煤气、液化气等清洁燃料，辅之以太阳能等新能源；

（2）城镇生活锅炉以燃用生物质可再生燃料为主，如燃用生物质颗粒燃料，推广应用太阳能等；

（3）城市工业锅炉以燃用动力配煤 (按粒度分级供应)为主；

（4）大容量的集中供热热水锅炉允许使用炉前筛分和成型的混煤配煤；

（5）根据本地区资源条件推广洁净煤技术的应用，目前型煤、水煤浆、煤炭液化、煤炭气化等加工技术已基本成熟。

4 总结与展望

尽管煤炭不像石油和天然气那样燃烧值高、便于运输，但中国煤炭资源丰富，易于获得，所以煤炭仍然是我国能源消耗的主力军。工业化和城市化发展也会极大地促进燃煤锅炉的发展，所以应积极推广高效燃烧与污染控制的一体化技术，建立先进燃煤技术的评价标准。只有提高系统节能集成优化技术水平，才能实现锅炉系统的高效洁净运行。工业锅炉的发展不是简单的技术问题，而是一个战略管理和机制问题。工业锅炉新技术是否被行业和用户所采用，不仅是技术本身的问题，而且还要考虑用户的经济承受能力。工业锅炉节能要靠社会力量共同来完成。

工业锅炉节能是一项系统工程，既涉及工业锅炉系统的设置、产品的设计、制造、安装、使用、维修、改造、检验以及能效测试等各环节，也涉及政府工业锅炉节能监管部门、检验检测机构、制造单位、安装改造维修单位、使用单位以及其他政府部门等相关方。因此，需要进一步加强与有关部门沟通，争取他们理解、支持和配合，形成 “政府推动、部门联动、企业主动、技术机构提供技术支撑、社会相关方共同参与”的工业锅炉节能多元共治格局。

[1]丁克勤，胡斌，葛森.特种设备安全检测技术现状与发展趋势 [A].第九届全国无损检测新技术学术研讨会[C].宁波：2004：1-10.

[2]赵钦新，王善武.我国工业锅炉未来发展分析 [J].工业锅炉，2007(1)：1-9.

[3]陈钢，陶雪荣，丁克勤.特种设备安全科技发展战略研究报告 [A].特种设备安全国际论坛 [C].北京:2009：12-26.

[4]魏力军.实现燃煤工业锅炉节能降耗的措施和途径 [J].电器工业，2006(9)：50-54.