探討工業(yè)鍋爐的節(jié)能措施

工業(yè)鍋爐是我國耗能最多的設(shè)備之一，每年消耗的能源約占整個國家能源消耗的三分之一。而工業(yè)鍋爐耗能是為了生產(chǎn)二次能源——蒸汽或熱水。蒸汽或熱水是通過熱力管網(wǎng)送往各種用熱設(shè)備。鍋爐、管網(wǎng)和用熱設(shè)備組成了熱力系統(tǒng)，該系統(tǒng)的能源利用率等于鍋爐熱效率、管網(wǎng)熱效率和用熱設(shè)備熱效率的乘積，即η能=η鍋.η管.η設(shè)。由此可見，鍋爐耗能的大小不僅決定于本身熱效率的高低，而且也決定于熱力系統(tǒng)的能源利用率。因此，節(jié)省工業(yè)鍋爐耗能必需從鍋爐、管網(wǎng)和用熱設(shè)備三方面系統(tǒng)地考慮。

工業(yè)鍋爐效率低的重要原因是鍋爐容量太小，使能量利用率降低。我國的工業(yè)鍋爐主要用于供熱、采暖和生活，許多企事業(yè)單位只重視鍋爐本身的技術(shù)改造，提高出力和熱效率，而對能量的綜合利用考慮得較少，忽視了管網(wǎng)和用熱設(shè)備的滴漏散熱，結(jié)果是鍋爐愈改愈大，熱效率雖有很大的提高，但耗能卻很多，能源利用率不高。因此，要提高鍋爐的能源利用率，除了要提高工業(yè)鍋爐本身的熱效率外，還要實行工業(yè)鍋爐的供熱系統(tǒng)節(jié)能、軟件節(jié)能與硬件節(jié)能相結(jié)合的全方位節(jié)能策略。

軟件節(jié)能要重視并抓好燃料供應(yīng)管理和運行操作人員的培訓(xùn)工作。讓燃料去適應(yīng)鍋爐，比改造鍋爐見效快投資少，應(yīng)作為節(jié)能的主要措施。各大型企業(yè)應(yīng)有技術(shù)人員負(fù)責(zé)鍋爐、管網(wǎng)和用熱設(shè)備的管理。司爐工應(yīng)進(jìn)行操作培訓(xùn)，經(jīng)鍋爐安全監(jiān)察部門考試合格，發(fā)給操作證明后方可上崗。

硬件節(jié)能包括燃料加工（原燃的洗選、混配、篩分、破碎、成型煤等），采用新工藝、新設(shè)備，改造舊工藝、舊設(shè)備等。開展企業(yè)熱平衡，改進(jìn)管網(wǎng)和用熱設(shè)備基礎(chǔ)上，對鍋爐的容量和熱效率提出合理的要求，避免改造鍋爐或更新的盲目性。

硬件節(jié)能投資大周期長，而且只有在做好軟件節(jié)能的基礎(chǔ)上才能發(fā)揮作用，但它是大幅度節(jié)能的根本措施。

近幾年來，自動燃油（氣）鍋爐發(fā)展很快。自動化程度高，安全性能好，對大氣環(huán)境污染少，熱效率高（燃油鍋爐的熱效率約在85%以上，燃?xì)忮仩t的熱效率在90%以上）。因此，工業(yè)鍋爐的節(jié)能主攻方向應(yīng)放在鍋爐、管網(wǎng)和用熱設(shè)備組成的供熱系統(tǒng)上。在當(dāng)前，下列幾個方面對工業(yè)鍋爐的節(jié)能有重要意義。

蒸汽是鍋爐的產(chǎn)品，應(yīng)嚴(yán)格按計劃使用。在有多臺鍋爐的鍋爐房，每臺鍋爐負(fù)荷（供汽量）的分配應(yīng)按機(jī)組總效率最高的原則分配。鍋爐負(fù)荷先由效率高的鍋爐承擔(dān)，至滿負(fù)荷后，再由效率低的鍋爐承擔(dān)負(fù)荷。

為有效利用蒸汽，在各種情況下均不應(yīng)將高壓蒸汽白白地膨脹為低壓蒸汽而未得到功的利用。應(yīng)杜絕向空氣排汽，尤其在鍋爐啟動時，應(yīng)盡量少向空排汽，或?qū)⑦@部分蒸汽利用起來。為了節(jié)省能量，鍋爐應(yīng)盡量少排污，排污量應(yīng)控制在5%以下，最佳為2%，盡量利用排污熱量，可裝排污擴(kuò)容器或換熱器利用之。應(yīng)保持疏水器正常工作�？捎脭U(kuò)容器回收疏水器的熱量，疏水器里的蒸汽凝結(jié)水，水質(zhì)好，是優(yōu)質(zhì)鍋爐給水，回收后可節(jié)省水處理費用。應(yīng)防止各種管道、閥門漏汽漏水，總泄量不超過2～3%.應(yīng)回收各種余熱和廢熱。

 

蒸汽管道、熱水管道及各種用熱設(shè)備都會向周圍的空氣散失熱量，另外為了安全的目的，必須對輸汽、水管道保溫。

保溫用絕熱材料應(yīng)符合以下要求：

1）導(dǎo)熱系數(shù)低、絕熱性能好。導(dǎo)熱系數(shù)λ＜0.12千卡/米。時�！�

2）管內(nèi)介質(zhì)達(dá)到最高溫度時，性能仍較穩(wěn)定，而且機(jī)械性能良好，一般抗壓強(qiáng)度不低于3公斤/厘米2.

3）當(dāng)熱介質(zhì)溫度大于120℃時，保溫材料不應(yīng)含有有機(jī)物和可燃物。只有當(dāng)介質(zhì)溫度在80℃以下時，保溫材料內(nèi)可含有有機(jī)物。

4）保溫材料要求吸濕性小，對管壁無腐蝕，易于制造成型，便于安裝。

符合上述要求的保溫材料有膨脹珍珠巖、堿玻璃纖維、泡沫塑料、石棉和礦渣棉等。

保溫層的厚度一般按以下原則確定：

1）保證管道的熱損失在規(guī)定值以下。

2）保溫層表面溫度不超過55～60℃。

3）保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度為應(yīng)使保溫層的費用及熱損失折合為燃料費用之和最小。

為減少蒸汽管道的散熱損失，應(yīng)盡可能采用小的管徑，并縮短輸送距離，同時應(yīng)使其壓降較小。在輸送蒸汽前將汽壓降低到最低必須的數(shù)值。如壓降較大，則應(yīng)利用其作功。對于動力裝置，應(yīng)采用高溫高壓蒸汽；對于工藝用汽，應(yīng)采用低壓和小的過熱度。對供熱設(shè)備和管道進(jìn)行良好的保溫是重要的節(jié)能措施。

 

除了生產(chǎn)工藝必須使用蒸汽以外，對于供暖、通風(fēng)和熱水供應(yīng)等應(yīng)采用熱水供熱。其主要優(yōu)點是：

1）熱水供暖可以節(jié)約大量燃料20～40%.因為它沒有凝結(jié)水和二次蒸發(fā)損失。其次，熱水供暖管道散熱損失小。蒸汽供暖管道漏汽損失較大。蒸汽鍋爐需要連續(xù)和定期排污，而熱水鍋爐只需少量的定期排污。最后，熱水供暖可根據(jù)室外環(huán)境溫度的變化，靈活地對熱水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)節(jié)，達(dá)到既節(jié)約燃料又保證供熱質(zhì)量的要求。

2）高溫?zé)崴�供暖系統(tǒng)的維修費用比蒸汽供暖低。實踐證明，熱水供暖系統(tǒng)維修費用只是蒸汽供暖系統(tǒng)的1/3，維修人員可相應(yīng)地減少一半。

3）熱水供暖熱半徑大，可達(dá)幾十公里，而蒸汽供暖受管道阻力損失限制，一般僅為2～3公里。

4）高溫水供暖適合于區(qū)域性供熱事業(yè)的發(fā)展。而采用區(qū)域性集中供熱不僅可以節(jié)約大量燃料，又可減少鍋爐對大氣環(huán)境的污染。

熱水采暖的缺點是外部管網(wǎng)的投資比蒸汽供暖要大，尤其是供水和回水的溫差較少時更為顯著。熱水采暖循環(huán)泵的容量大，消耗電能多，增加了運行費用。由于水的比重大，對于地形高度差大的地區(qū)以及高層建筑中會產(chǎn)生相當(dāng)大的重位壓差，給系統(tǒng)設(shè)計和運行帶來了很大的復(fù)雜性。但是從全面衡量，熱水供暖經(jīng)濟(jì)效益顯著，因此，應(yīng)大力發(fā)展熱水供暖，在區(qū)域鍋爐房安裝高效率大容量的熱水鍋爐。

隨著供熱半徑的擴(kuò)大，提高供水溫度是必然趨勢。提高供回水溫差可減少循環(huán)水量，降低管網(wǎng)費用，節(jié)省電能。但是大多數(shù)單位實際采用的供水溫度多低于100℃，根據(jù)我國目前條件，應(yīng)提高供水溫度130℃系統(tǒng)的運行管理水平，有重點地推廣150℃。將區(qū)域鍋爐房的供回水溫差提高到0～60℃是可能的。設(shè)計管網(wǎng)時，選用經(jīng)濟(jì)比壓降，使熱網(wǎng)費用最小。對于集中供熱的干管，經(jīng)濟(jì)比壓降值約為40～60pa，支管內(nèi)的比壓降為200～300pa.管內(nèi)流速推薦1.5m/s，但不得低于0.67m/s，以免流速過低造成管道彎曲，引起過大的熱應(yīng)力。

 

我國供熱系統(tǒng)基本上是采用小鍋爐分散供熱的方式，鍋爐效率低、能源利用率差、環(huán)境污染嚴(yán)重，而采用具有規(guī)模和場地的選擇比較靈活、以及不定因素少、投資少、建設(shè)周期短、能較快發(fā)揮投資效益的區(qū)域鍋爐房集中供熱可節(jié)省燃料，提高能源的利用率。區(qū)域鍋爐房集中供熱就是用高效率大容量鍋爐代替分散小鍋爐的一種集中供熱方式。集中供熱就是由一個大型的熱源通過熱力管網(wǎng)向一個或幾個較大區(qū)域或工業(yè)企業(yè)供熱的方式。它由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶組成。

集中供熱的熱效率由鍋爐、管道和熱網(wǎng)三部分效率組成。由于鍋爐熱效率提高所獲得的效益足以補(bǔ)嘗熱網(wǎng)系統(tǒng)輸送熱量所產(chǎn)生的損失時，就開始節(jié)省燃料。區(qū)域鍋爐房節(jié)能的關(guān)鍵是要采用高效率的鍋爐代替分散低效率的小鍋爐，因此，區(qū)域鍋爐房的容量不能太小，至少應(yīng)有容量不少于10t/h兩臺，即供熱量應(yīng)在50GJ/h以上，相應(yīng)的供暖面積應(yīng)在20萬平方米以上。

 

凝汽式發(fā)電廠的主要熱損失是汽輪排汽的熱量在凝汽器中被冷卻水帶走，無法加以利用，這部分熱損失通常占40%—60%，因而使凝汽式電廠的效率不高。如果采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，將汽輪機(jī)的排汽或抽汽用于供熱，可大大減少汽輪機(jī)的排汽損失，同時用高效率大容量的鍋爐代替低效率小鍋爐，可使能源利用率大大提高，因此能取得很大的經(jīng)濟(jì)效益�？刹捎媒ㄔO(shè)大型熱電廠、凝汽式電廠改造供熱及企業(yè)自備中小型熱電廠等熱電聯(lián)產(chǎn)方式。

在工業(yè)集中的地區(qū)可以建設(shè)大型熱電廠，在采暖熱負(fù)荷大的北方大中城市可以建設(shè)供暖熱電廠，在供暖季節(jié)按熱電聯(lián)產(chǎn)運行，在非供暖季節(jié)按凝汽方式運行。對有凝汽式機(jī)組，可采用冷凝器低真空運行或在汽輪機(jī)高低壓缸連通管上打孔抽汽的辦法供熱，可取得顯著的節(jié)能效果。

對于不具備由中心熱電廠供熱的大中型企業(yè)，當(dāng)具有連續(xù)穩(wěn)定的用汽量在20t/h以上時，一般均有建立自備熱電廠的條件。這類企業(yè)可以選擇20t/h次中壓鍋爐式或35t/h中壓及次高壓鍋爐，1.5MW或3MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，建立以供熱為主，發(fā)電為輔的自備熱電廠，可取得很大的經(jīng)濟(jì)效益。與分散的小型工業(yè)鍋爐相比，由于鍋爐熱效率提高，熱電聯(lián)產(chǎn)的燃料消耗與小型鍋爐相當(dāng)。在同樣的供熱條件下，利用熱電聯(lián)產(chǎn)，可獲得額外的電能。

自備熱電廠一般采用次中壓、中壓或次高壓背壓機(jī)組，以汽定電，以熱負(fù)荷決定發(fā)電量，機(jī)組功率可從1MW到12MW，型式多樣，機(jī)動靈活。如生產(chǎn)工藝要求兩種供汽壓力，則可采用抽汽背壓機(jī)組。由于背壓機(jī)組在低負(fù)荷時的效率很低，因此在選擇機(jī)組時，熱負(fù)荷一定要落實，堅持以熱定電的原則。由于采用背壓機(jī)組帶基本負(fù)荷，供電煤耗比大型凝汽式電廠更為優(yōu)越，而且投資少，建設(shè)快，收效明顯等優(yōu)點，應(yīng)予以重視。由于供汽量不太大，供汽半徑一般不超過2～3Km，否則由于熱電廠得到的效益，大部分消耗于管路的壓降與熱損失，加上管網(wǎng)投資的增加，經(jīng)濟(jì)上就不合算了。

 

在印染、紡織、制糖、造紙、化肥、化工等許多行業(yè)，大量需要工藝用汽，但所需壓力不高，一般小于3×105Pa，而熱源供汽，包括自備鍋爐供汽或熱電廠供汽，其壓力較高，多在13×105Pa以上，因此在供汽與用汽設(shè)備之間存在一定的壓差，利用這一壓差發(fā)電的方式叫裕壓發(fā)電。它是將熱源供給的蒸汽先進(jìn)入背壓汽輪機(jī)發(fā)電，再將其排汽供用熱設(shè)備使用，這樣可使熱能得充分利用，因而提高了能源利用率。

裕壓發(fā)電，具有如下一些優(yōu)點：

1）背壓發(fā)電效率高，能耗低，可大量節(jié)省燃料。

2）背壓機(jī)組設(shè)備簡單，投資少， 建設(shè)快。裕壓發(fā)電的投資一般可在三年內(nèi)回收，建設(shè)周期大約為一年左右，因而能較快地取得經(jīng)濟(jì)效益。

3）裕壓發(fā)電成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，裕壓發(fā)電成本略低于電力系統(tǒng)發(fā)電成本，如將裕壓電供本企業(yè)使用，則與電網(wǎng)供電價格相比，便宜得多，能為企業(yè)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4）在供電緊張地區(qū)，增加電力可增加供電的可靠性，對保證企業(yè)正常生產(chǎn)有很大意義。

5）裕壓發(fā)電運行和管理簡便可靠，而且不需要大量冷卻水源。

裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性與機(jī)組容量、初終參數(shù)、負(fù)荷率及利用小時數(shù)等因素有關(guān)，如設(shè)計不合理，則經(jīng)濟(jì)效益大大降低，反而成為企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

機(jī)組容量大小對裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性有影響。由于鍋爐、汽輪機(jī)效率都隨機(jī)組容量減小而降低，而單位容量的設(shè)備投資費用、運行管理費用卻隨容量減小而增大，因此機(jī)組容量不能太小，一般應(yīng)大于300kW.

汽輪機(jī)參數(shù)對裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性也有影響。由于裕壓發(fā)電的初壓受到供汽壓力的限制，汽輪機(jī)排汽溫度一般都能滿足工藝使用的要求，因此對裕壓發(fā)電的初壓發(fā)電，主要是對初溫和排汽壓力可作一些選擇。當(dāng)初終壓力一定時，提高初溫可使汽輪機(jī)實際發(fā)電功率增加，因而對裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性有利。因些對裕壓發(fā)電機(jī)組，宜采用過熱蒸汽，過熱汽溫采用300℃或350℃較為有利。降低汽輪機(jī)的排汽壓力對裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性影響很大，比提高初壓更為有利。當(dāng)然，排汽壓力受到用汽設(shè)備對汽壓要求及輸汽管道阻力的限制，但是在設(shè)計供熱系統(tǒng)時，盡量降低工藝用汽設(shè)備對汽壓及管道阻力，還有不少潛力可挖。當(dāng)管道阻力較大時，采用較大直徑的管道，可取得顯著的效果。

汽輪機(jī)的負(fù)荷率對裕壓發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性影響很大。裕壓發(fā)電要取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，必須保持高的負(fù)荷率，也就是要連續(xù)穩(wěn)定地維持在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下運行。為此，在選擇機(jī)組容量時，一定要以汽定電的原則，根據(jù)基本熱負(fù)荷來確定。這樣，裕壓發(fā)電機(jī)組滿足基本熱負(fù)荷，而鍋爐容量有一定的裕度，在尖峰負(fù)荷時，由減溫減壓器補(bǔ)充，則可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。對已有裕壓發(fā)電機(jī)組，如果負(fù)荷率太低，則應(yīng)設(shè)法擴(kuò)大供熱范圍，增大供汽量，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。同樣，設(shè)備的利用小時數(shù)將影響投資的回收年限，因此應(yīng)保持足夠的年運行小時數(shù)。對于供采暖熱負(fù)荷的機(jī)組，設(shè)備利用率較低，則可發(fā)展吸收式制冷循環(huán)和蒸汽噴射式制冷循環(huán)，在夏季，利用熱能制冷，使全年熱負(fù)荷比較均衡。

 

熱管是一種高效傳熱元件，由熱管組成的換熱器體積小、重量輕、傳熱功率大，流動阻力小等許多優(yōu)點。熱管換熱器屬于熱流體互不接觸的表面式換熱器，作為工業(yè)鍋爐的尾部受熱面，可充分利用鍋爐的排煙余熱，提高鍋爐效率，節(jié)約能源�？捎米鳛闊峁芸諝忸A(yù)熱器、熱管式省煤器和熱管式熱水器。熱管式空氣預(yù)熱器用來加熱燃燒用的空氣，不僅可以降低排煙損失，而且采用熱空氣可大大加強(qiáng)燃燒，能有效地降低灰渣含炭量和化學(xué)不完全燃燒損失，因此可大大提高工業(yè)鍋爐效率。熱管省煤器用來加熱鍋爐給水，熱管熱水器用來加熱生產(chǎn)和生活用的熱水，都可以提高能源的利用率，應(yīng)用也很普遍。

蒸汽蓄熱器是利用水的蓄熱能力把熱能儲存起來的一種裝置，它是由蓄熱器本體和控制蒸汽進(jìn)出自動調(diào)節(jié)閥兩個主要部分組成的。

當(dāng)蒸汽使用量不大時，將剩余蒸汽以通過噴嘴進(jìn)入容器，使蓄熱器內(nèi)的水溫和壓力逐漸上升，直到額定壓力下的飽和溫度，完成熱能的儲存。當(dāng)蒸汽使用量增大時，就由蓄熱器供汽，蓄熱器內(nèi)的壓力就下降。蓄熱器的工作壓力受鍋爐壓力的限制，當(dāng)鍋爐額定壓力與汽壓有很大的壓差時，蓄熱器單位容積所產(chǎn)生的蒸汽量就多，使用蓄熱器的經(jīng)濟(jì)效益就高。在采用蓄熱器時，宜選用工作壓力較高的鍋爐，用汽部門按不同壓力分類，分別配置蒸汽管路，以提高蓄熱器工作的經(jīng)濟(jì)性。

綜上所述，工業(yè)鍋爐的節(jié)能有系統(tǒng)節(jié)能、軟件節(jié)能與硬件節(jié)能相結(jié)合等措施。我們要有效地利用蒸汽，回收和利用余熱蒸汽。對各種管道進(jìn)行保溫，利用熱管換熱器、蒸汽蓄熱器等裝置進(jìn)行節(jié)能。采用熱水鍋爐供暖、區(qū)域鍋爐房集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)和裕壓發(fā)電等方式提高能源的利用率，可取得很大的經(jīng)濟(jì)效益。這里只是簡單介紹一些基本和常見的節(jié)能措施，還有很多節(jié)能措施等待我們?nèi)パ芯亢屠�用。只要真正重視能源的�?jié)約和合理利用，采取各種有效措施，就可不斷地提高工業(yè)鍋爐的能源利用率，使有限的能源，發(fā)揮更大的作用，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。