立式燃气锅炉在卷烟厂的应用与节能减排探究

朱加繁，温明肖，李 民，唐书文，陈 立

（红云红河集团会泽卷烟厂，云南曲靖 654200）

0 引言

随着国家对工业企业在安全、节能、环保等方面的要求越来越高，烟草企业积极响应国家号召，选择使用清洁燃料的燃气锅炉。以天然气为燃料，可大幅降低烟气中粉尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度，提高燃料利用率，对建成资源节约型、环境友好型企业意义重大，但天然气价格较高，增加了企业的生产成本[1]。

燃气锅炉的自动化程度较高，可以根据工况变化自动跟踪运行，保持蒸汽压力稳定。设备运行过程中需要手动操作的项目不多，操作人员难以找到明确的节能方向和措施，而且在点炉过程中仍然存在烟气污染物排放持续超标的情况。立式燃气锅炉具有结构紧凑、热效率高、环保清洁、安全性好等特点，近年来正逐渐被烟草企业引进和采用。由于烟丝生产过程中蒸汽用量波动大、压力需求变化快等因素，许多卷烟厂在节能减排方面的效果不太理想。本文结合会泽卷烟厂（以下简称“卷烟厂”）蒸汽耗用的特点及规律，查找出主要原因，分析并制定出相应的节能减排措施。

1 卷烟厂对蒸汽的需求及特点

卷烟厂的蒸汽主要用于制丝生产线和工艺空调增温增湿，制丝生产线主要有真空回潮机、蒸梗机、润梗机、加香加料机、烟丝膨胀机、薄板烘丝机和低速气流烘丝机等用汽设备；工艺空调主要利用蒸汽对生产区域增温增湿，确保卷烟生产环境温湿度达到工艺要求。总体来说，卷烟厂的用汽量规律有以下两个特点。

（1）用汽量波动大，峰谷明显。烟丝生产过程中，由于不同品牌所使用的工艺不完全相同，蒸汽耗用量也不同，且制丝主要用汽设备是分批次过料，因此过料时蒸汽耗用量急剧增大，过料后又大幅减小，每一批次之间呈现规律性变化。因为过料的不连续性，所以生产时段蒸汽耗用量需求大、波动幅度大。

（2）蒸汽压力需求不一致。工艺空调与制丝生产线用汽设备对蒸汽压力的需求差异较大，如烘丝机需要利用蒸汽加热大量的烟丝，降低烟丝含水量，对蒸汽的压力和温度要求较高，而工艺空调只需要用蒸汽调节环境温湿度，蒸汽压力需求较低；制丝生产过程中，蒸汽管道压力较高，工艺空调用汽前端需要安装减压阀，将蒸汽压力降低后才能供工艺空调使用。

2 影响锅炉能耗的因素分析

2.1 锅炉气汽比

锅炉气汽比是指锅炉产生1 t 蒸汽所需耗用的天然气量，是反映锅炉热效率的重要指标[2]。该指标既取决于锅炉本身的结构类型，也会受到给水频率、风门开度、风机频率、燃气蝶阀开度等运行参数的影响，只有各项参数设置合理，燃气才能充分燃烧，提高能源转化率，实现节能的目的。如果锅炉运行参数搭配不合理，则气汽比偏高、热效率低、燃气浪费较大。

2.2 燃气质量

天然气质量也是影响锅炉能耗的重要因素。理论上天然气的热值越高，完全燃烧1 m3的天然气释放的热量就越多，锅炉将等量的水加热至相同温度所需的天然气越少，锅炉能耗也就越低。反之，如果天然气的热值越低，则天然气耗用量增大、能源成本升高。

2.3 蒸汽供需不平衡

卷烟厂的“煤改气”项目完成后，配备了2 台锅炉，额定蒸发量分别为10 t/h 和5.3 t/h。为了让用汽负荷与锅炉型号相匹配，制丝过程中蒸汽用量较大时运行10 t/h 锅炉，夜班和周末制丝非生产时段蒸汽用量小的情况下运行5 t/h 锅炉。但是由于制丝车间和锅炉房的沟通不及时等原因，经常出现制丝生产已结束仍然运行10 t/h 锅炉的情况，造成蒸汽压力偏高和天然气浪费。

2.4 周末期间锅炉持续运行

卷烟厂的生产模式一般为每周生产5 d，周末（2 d）休息期间需要保障储叶、储丝所需的环境温湿度，锅炉设备持续为工艺空调提供蒸汽。由于工艺空调所需的蒸汽量较小、压力要求不高，锅炉持续低负荷运行、热效率较低，而且当外界环境温湿度较高时，工艺空调短暂停运，相关区域的环境温湿度基本维持稳定。因此，周末非生产时段工艺空调和锅炉持续运行，存在浪费现象。

2.5 夜班期间锅炉自动运行

夜班是指0：00—8：00 这一时段，制丝生产已经结束，仅有工艺空调用汽，锅炉负荷低、保持自动运行。自动运行过程中，由于工艺空调用汽存在波动，锅炉燃烧率随负荷波动，不能稳定在最小燃烧率运行。而且空调设备所需的蒸汽压力相对较低，0.3 MPa 即可满足工艺要求，如果夜班期间不调整蒸汽压力的跟踪值，采用与制丝生产线相同的压力供汽，也会造成能源浪费。

2.6 锅炉排污和蒸汽管道泄漏

为了控制锅炉水质符合规定，锅炉需要定期排污，排出含盐量较大的炉水和沉积在锅炉内部的水渣。如果排污操作不规范、排污手法不统一、排污时间过长等，也有可能导致大量合格的炉水外排，造成浪费。

另外，蒸汽管道泄漏也会造成能源损失。锅炉产出的蒸汽需要通过蒸汽管道输送至制丝车间和空调机房，蒸汽管道上通常会装有多个疏水阀，疏水阀长时间使用后可能出现泄漏或关闭不严的情况，如果未能及时发现也会形成蒸汽消耗、引起燃气浪费。

3 影响锅炉烟气排放的因素分析

理论上，燃气锅炉的燃料为甲烷，燃烧后的产物为二氧化碳和水，而烟气排放污染物主要为颗粒物、二氧化硫和氮氧化物，设备运行过程中不应出现排放超标的情况。但是实际上锅炉点火升压过程经常出现颗粒物超标的情况。通过数据统计和现场分析发现，点炉过程中锅炉颗粒物排放超标的主要原因有两个，一是烟气湿度大，另一个是燃烧不充分、烟气氧含量偏高。

3.1 烟气湿度大，颗粒物检测装置将水汽误判为烟尘

点炉过程中，由于烟气的湿度较大，颗粒物检测装置将水汽误判为烟尘。

目前国内大多数的卷烟厂安装的烟尘浓度在线监测仪工作原理为，向烟囱内发射稳定的激光信号，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子反射激光信号，反射的信号强度与烟尘浓度呈正相关变化，再通过特定的算法计算出烟尘的浓度。锅炉点炉是一个缓慢升温的过程，由于烟道内壁温度较低，烟气容易在内壁上形成冷凝水，随着温度的升高被加热为水蒸汽混在烟气中导致在线监测仪探头将其误判为颗粒物。

不过，锅炉升压完成之后，冷凝水会完全蒸发，颗粒物浓度值会逐渐恢复正常。

3.2 燃气燃烧不充分导致颗粒物的折算值超标

点炉过程中，如果燃气燃烧不充分，则烟气中的氧含量偏高，同样会导致颗粒物折算值超标。

国家环保部门对工厂烟尘排放的管控主要针对折算值ρ，其与实际值ρ′的关系为：

其中，φ′（O2）为烟气中的实测氧含量。

本文中，燃气锅炉过剩空气系数为1.2，空气成分中氧气体积分数约占21%，则

从图1 可以看出，烟气氧含量对烟尘折算值的影响很大，烟尘实测值一定时，氧含量越高、折算值越大。点炉过程中，由于燃烧率低、燃烧不充分，烟气氧含量偏高、折算倍率大，极易造成烟尘折算值超标。

4 采取的措施及建议

4.1 降低立式燃气锅炉能耗

4.1.1 优化锅炉运行控制参数，降低锅炉气汽比

降低气汽比是实现锅炉节能运行最直接的方法，操作人员和维修人员应对锅炉定期保养，避免盘管结垢等问题降低传热效率，同时应定期优化调整锅炉运行参数，如适当减小给水频率、风门开度、燃气蝶阀开度等，让锅炉气汽比稳定在一个较优的水平。卷烟厂通过不断优化锅炉运行控制参数，气汽比由86 m3/t下降至83 m3/t 左右，能源有效利用率提高。

4.1.2 严格管控天然气质量，确保燃气品质达标

为了避免燃气质量不达标增加天然气耗用量，应严格把控天然气品质，与燃气供应单位签订详细的采购合同，在合同中要明确燃气质量需要达到的标准，并不定期对天然气抽样送检，供气质量不达标的情况可依据合同条件处理。另外，应要求燃气公司定期提供天然气质量检测报告，以确保天然气品质符合工厂要求。

4.1.3 加强信息沟通，确保供需平衡

工厂制丝生产线与锅炉房应加强沟通，建立蒸汽供需联动方式，加强部门之间的沟通协作。制丝车间提前告知锅炉房用汽设备的启停时间、用汽流量等，锅炉房则根据生产需求及时切换锅炉型号并调整运行参数，尽可能实现蒸汽供需平衡，避免蒸汽和燃气浪费。

4.1.4 周末期间间歇运行设备，减少蒸汽供给

为了检验锅炉间歇运行实现节约天然气的可行性，首先对工艺空调机组进行了间歇运行试验：锅炉保持连续运行供汽，空调机组停运，观察储叶、储丝等区域环境温湿度的变化情况，当温湿度降低一定数值时，立即启动空调加温加湿，确保温湿度在工艺要求范围内。

试验结果显示，当外界温湿度较高时，空调停运后，储叶、储丝等区域环境温湿度基本保持稳定；随着工艺空调停运时间的增长，部分区域温湿度逐渐降低，但停运期间锅炉处于热备状态，从点炉到正常供汽仅需15 min，有充足的时间提供蒸汽保障空调运行。这说明周末卷烟非生产时段，通过锅炉和空调的间歇运行节约天然气是可行的。

4.1.5 夜班采取手动操作，精准控制锅炉燃烧率

夜班期间，由于气温相对较低，储叶、储丝等区域温湿度变化较快，锅炉设备不能间歇运行。为了消除燃气浪费，将锅炉切换为手动操作方式，将锅炉设定为固定燃烧率运行，蒸汽压力满足空调用汽需求即可。

4.1.6 科学排污，杜绝“跑、冒、滴、漏”现象

为了避免锅炉排污时间长、操作手法不统一等造成的能源浪费，首先应加强对锅炉操作人员的技能培训，增强他们的节能意识和节能操作水平，排污操作应遵循“勤排、少排、均衡排”的原则，尽量缩短排污过程、减少炉水消耗。2022 年会泽卷烟厂优化了锅炉的排污方式，由原来的“注水+点火+升压”全过程排污改为仅升压过程排污，缩短排污时间、减少排污产生的浪费。

其次，操作人员应重视管道巡检工作，采用疏水阀检漏仪等设备，发现泄漏的应及时维修和更换，发现管道跑冒滴漏情况要按期修复，避免不必要的能源损失。

4.2 降低锅炉烟尘超标风险

为了避免点炉过程烟气夹带的水汽对检测仪器造成干扰，工厂首先应在烟气管道容易产生冷凝水的部位安装排水装置和加热装置，及时将冷凝水排出，而且在点炉之前可以提前启动加热装置对烟管内壁进行预热，降低烟气与烟管内壁的温差，避免冷凝水的产生。

其次要尽量降低点炉过程的烟气氧含量。烟气氧含量与锅炉的负荷一般负相关，锅炉负荷越大、燃烧越充分，则氧含量越低。点炉过程中，操作人员可适当开启蒸汽排空阀门、增加燃烧率，在保证设备安全运行的前提下，尽量缩短点炉升压时间，降低烟尘超标的风险。

5 结束语

本文以会泽卷烟厂为例，系统分析了影响立式燃气锅炉能耗和烟气排放的主要因素，并提出对应的改进措施及建议。通过一系列措施的试验实施，卷烟厂锅炉能耗明显下降，烟气超排的情况明显改善，证明了节能措施的合理性与有效性。该方案的实施，也为立式燃气锅炉的节能减排提供了一定的理论依据。