我國的工業鍋爐大多以燃煤為主,涉及的范圍廣、數量大,因此每年消耗標準煤約為4億噸,占我國原煤生產總量的25%,工業鍋爐的平均實際熱效率只有約60%。每年排放煙塵、S02和C02分別為600萬噸,630萬噸和超過750萬噸,同時在當今煤炭資源急劇消耗、污染嚴重的大背景下,燃煤工業鍋爐的熱效率和污染排放對中國的節能、環境保護和可持續發展的影響至關重要。所以節能減排是貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措,是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。
1.燃煤工業鍋爐能耗高原因
1.1氣系數偏大
調查結果中發現大部分鍋爐的過量空氣系數多在2~4之間,遠大于正常值1.20~1l.75。排煙處過量空氣系數越大鍋爐熱效率也越低,過量空氣系數每增加0.1,將使鍋爐效率降低0.5%-0.7%左右。過量空氣系數偏大,煙氣量增大,帶走大量熱量,使排煙熱損失增大;增大煙氣流速,降低爐膛溫度,惡化燃燒,使氣體不完全燃燒和固體不完全燃燒損失增大,加速受熱面的磨損,使鍋爐的維護成本增加。
1.2溫度偏高
工業鍋爐的排煙溫度大多在180—240℃,有的甚至高達3000℃。排煙溫度偏高,煙氣帶走大量熱量,使得排煙熱損失增大。鍋爐排煙溫度每升高1℃,將使鍋爐效率降低1%,排煙損失增加0.5~0.8%。
1.3飛灰含碳量偏高
分析爐渣和飛灰的采樣以后,發現有的燃煤工業爐的爐渣和飛灰中所含的碳量過高,含碳量在爐渣中高達23%,在飛回中高達25%到38%,大大高于標準推薦的14~18%含量在爐渣合肥回中過高,會大大提高固體不完全燃燒造成的熱損失,浪費嚴重。
2.燃煤工業鍋爐節能措施
2.1通過變頻控制達到節能效果
以前我國所使用的燃煤鍋爐中的引風機、送風機、一次風機不能自動調整速度以控制出風量大小,對燃料和電能浪費較大。鑒于此可以在原風機配電柜系統上并聯上一臺變頻控制柜,引風機和一次風機分別按設定的頻率信號運行,變頻器連鎖控制系統與原有啟動系統并聯安裝,實現兩柜手動切換功能,以便在變頻系統有故障時可及時切換于原啟動柜工作。其節能率理論值為20%-45%之間,燃煤量理論值可下降15%-35%之間。
2.2、將超導技術應用于燃煤鍋爐
可以通過加快傳熱速度,起到節能的作用。超導技術可以增強煙氣流動的擾動,強化換熱效果,并可通過回水射流技術改造,使回水射入下降管,提高水冷壁管內介質循環流速。通過三回程設計,使煙氣流程加長,以降低排煙溫度,提高熱效率。
2.3、爐拱改造
鏈條爐排鍋爐的爐拱是按設計煤種配置的,有不少鍋爐不能燃用設計煤種,導致燃燒狀況不佳,直接影響鍋爐的熱效率,甚至影響鍋爐出力。按照實際使用的煤種,適當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。現在已有適用多種煤種的爐拱配置技術。這項改造可獲得10%左右的節能效果,技改投資半年左右可收回。
2.4減少原煤的消耗
原煤消耗在燃煤鍋爐供暖運行成本中所占比例很大,因此控制煤耗是降低運行成本的關鍵因素之一。煤耗與煤質的好壞有很大關系,在保證煤質的前提下,采用最佳風煤比配合,最大限度地降低煤的不完全燃燒損失,這一點只要在運行中加強調整,再通過檢測爐渣含碳量是否控制在10%以下,足可以做到的。進一步降低原煤消耗量,要通過鍋爐運行中不斷探索和積累經驗,搞好外管網水力調節、減少系統補水量和加強鍋妒運行管理是鍋爐節煤降耗、實現經濟運行的根本保障。
2.5控制燃煤的水份、粒徑
在分層燃燒過程中,燃煤的水份大小對鍋爐燃燒效果有重要影響。運行操作人員要能夠掌握根據煤的顆粒度控制燃煤水份的技術。根據實踐經驗和有關資料我們要求燃煤中的水份含量一般控制在8%-10%,具體可根據煤粒度的大小來調節水份的含量。顆粒度大的水份含量可小些,顆粒度小的水份含量可大些,但是顆粒最大尺寸不宜大于40mm,否則可能造成大煤塊的不完全燃燒或卡死傳動裝置,此時就必須對煤塊進行破碎。
2.6在燃煤中添加鍋爐清灰劑
未使用清灰劑以前鍋爐爐膛內結焦速度比較快,大大降低鍋爐熱效率,影響了鍋爐出力,并且結焦的清理難度大,時間長。清灰劑的主要成分為硝酸鈉、硝酸鉀和催化劑,主要作用是除渣、除灰、催化、防腐。當使用清灰劑時,進入爐膛的清灰劑在高溫下發生升華分解,和鍋爐受熱面上的結焦、結渣接觸并滲透到受熱表面,發生微爆反應分解高溫結渣,使其分解、脫落,并能起到助燃作用,減少和防止煙垢的生成。這樣就可以保持鍋爐受熱面的清潔,改善熱傳遞的效果,同時減少鍋爐受熱面的腐蝕程度,延長鍋爐壽命,保證鍋爐的安全、經濟運行。
2.7使用新型燃煤
燃煤工業鍋爐的熱效率低,操作難度大,且產生的煤渣粉塵污染環境,煤的儲存占用很大的場地。燃煤鍋爐改燒水煤漿,操作簡單,運行時間長,提高了煤的利用率和燃燒效率,同時解決煤渣和粉塵對環境的影響,鍋爐改動量非常小,易于實施。此外,型煤是由無煙煤、焦炭粉、黃土(粘結劑)、稻殼或鋸末、助燃劑、石灰石(脫硫劑)按一定比例粉碎后壓成的一定形狀的清潔燃料。型煤鍋爐排出的煙氣未經除塵器處理時其濃度及含硫量就能符合排放標準的要求。
3.燃煤工業鍋爐減排措施
3.1 磨煤機改造,加裝新式的煤粉分離器,提高煤粉細度和磨煤機出力,使煤充分燃燒。
3.2.預熱器改造,減少軸向漏風,降低排煙溫度。
3.3三大風機(送、吸、一次風)電動機改變頻。
3.4.加裝新型的燃燒器,以及增加燃燼風風道,以降低NOX濃度。
3.5.加裝脫硫系統(建議濕法脫硫,效率高),降低SOX濃度。
以上提出了一些鍋爐減排的可行性技術措施,但最終落實仍然要依靠政策法規的監督。所以政府部門一方面要大力開展節能減排的宣傳教育,提高全民節能意識,并帶頭組建鍋爐能效實驗室,承擔相應費用,支持節能技術的開發;另一方面要嚴格按照政策法規的要求,對各相應企業進行監督管理,不松懈,不手軟,發現問題嚴肅查處。如此雙管齊下,才能真正達到鍋爐行業減排的最終目的。
4.結束語
以上技術革新和節能改造措施實施后,可大幅度減少煤炭等燃料的消耗,為國家節約了能源。同時,改造后還可以減少溫室氣體C02的排放量,有利于緩解全氣候變暖現象,減少酸雨氣體S02和總懸浮物顆粒物的排放,利于改善地區生態環境,實現節能減排,充分體現了企業對社會的責任,也符合黨中央建設節約型社會的要求。
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