国内工业锅炉节能发展现状

摘要： 目前国内工业锅炉与国外发达国家相比，热效率偏低。本文从能耗、数量、标准等方面系统阐述了国内工业锅炉的发展现状，描述了目前主要采用的节能技术，指出了影响锅炉热效率的主要因素，并给出了相关对策。

Abstract： Compared with the industrial boiler of developed countries， the thermal efficiency of that in China is low. This paper expounds the current development situation of industrial boilers in China from aspects of energy consumption， quantity， standard， describes the main energy saving technology at present， points out the main factors influencing the boiler thermal efficiency and puts forawrd the relevant countermeasures.

关键词： 工业锅炉；燃煤；节能技术；现状

Key words： industrial boiler；coal；energy saving technology；current situation

中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）28-0123-03

0 引言

锅炉是我国主要的热能动力设备，在工业、民用、电力等领域有十分广泛的应用。截止2013年底全国共有锅炉64.12万台[1]，其中，工业锅炉（主要是包括工业蒸汽锅炉、热水锅炉、导热油锅炉、生活锅炉、自备热电联产锅炉、余热锅炉等）约为63.3万台，占绝大数。工业锅炉所用燃料以煤、油、天然气等为主。燃油与燃气锅炉燃烧效率较高，而燃煤锅炉由于各种原因，目前燃烧效率较低。

近年来新能源开发的力度有所加强，煤炭消费量占比有所下降，但燃煤锅炉仍占一定比例。2008年至2013年我国各主要能源消费总量如表1所示。目前我国能源缺口持续扩大，从2001年的0.6531亿吨标准煤上升到2013年的3.0218亿吨标准煤。表2是世界主要经济体一次能源消费量[2]。

从表2可知，在2010年我国一次能源的消耗量就超越美国，成为头号能源消费大国。且能源利用效率低下，与世界发达国家相比较还有较大差距。而工业锅炉，在我国现有工业结构中作为一类高能耗的特种设备，提高其能效水平，特别是燃煤锅炉的燃烧效率，对于扭转我国整体能源利用效率偏低的现状，解决目前的环境污染、雾霾等问题，具有十分重要的现实意义。

1 节能减排现状

近二十年来，我国工业锅炉的设计和制造水平取得了长足的发展，特别是近几年燃油燃气锅炉，由于一开始的设计定型就参考了国外成熟的经验，锅炉基本实现了全自动控制，与国外同类产品的差距明显缩小。然而，就燃煤工业锅炉而言，它占全部工业锅炉的85%左右，以链条炉排、层燃燃烧为主，日常使用中存在运行效率低，炉渣含碳量高，过量空气系数大，排烟温度过高等问题。因此，即设计效率在72%～80%，与世界先进国家相比有较大差距，也说明工业锅炉存在很大的节能提升空间。因此，开展锅炉节能技术的研究及相关产品的开发，具有重要的意义。国家质检总局及相关部门对锅炉节能工作非常重视，出台了相关的法规，具体见表3。

同时，还出台多个锅炉节能减排的标准：GB/T 15317-2009《燃煤工业锅炉节能监测》，GB/T 10180-2003《工业锅炉热工性能试验规程》，GB/T 17954-2000《工业锅炉经济运行》。

2 节能相关技术

以前，国内外对节能方面的研究主要集中在电站锅炉方面，比如电站DSC控制系统、热效率控制软件方面的研究。但随着近二十年来我国工业化水平的不断提高，锅炉数量增长迅猛，节能方面存在的问题逐步受到重视。近几年在工业锅炉节能方面国内外均开展了研究并积累了一定的经验，值得学习借鉴。

2.1 节能技术 锅炉采用链条炉排的形式已有100多年的历史。由于其工艺成熟，结构简单，应用普遍。但也存在煤种适用性窄、燃烧效率低等弊病。针对这一问题，国内外有许多新的方法。从经济和安全等方面综合入手，对不同类型的锅炉均有不同的做法，有些取得了一定的认可程度，并最终变成行业的共识，对提升整个行业的节能水平提供了新的思路，有的则作为传统方式的有效补充。比如有对上煤系统和煤斗进行改造，使得煤在炉排上分布均匀；有使用分层分行给煤装置，使得燃煤按照粗的在下，细的在上有序排列，提高煤层的空隙率，从而保证煤的充分燃烧；有单位将锅炉混煤器与分层分行给煤装置相结合，进一步减少煤层间的通风阻力，提高燃烧效率；有单位采用机械拨火，让煤层然方式动态化，使其充分燃烧；有通过对煤层厚度和炉排速度的动态优化，来提高锅炉低负荷状态下的燃烧效率。这些技术虽然能从一定程度上提升链条炉的燃烧效率，但并未从根本上改变链条炉的不足，收效不明显，并没有在各使用单位大范围的应用。相对于链条炉排，循环流化床燃烧技术的出现，能使固体颗粒与气体充分接触，同时实现燃料的循环燃烧，其高效率低污染，对煤种有更高的适用性使其得到迅速的发展。尤其是在热电领域有着广泛的应用。我国循环流化床发电锅炉的总发电量已高居世界第一，目前在循环流化床锅炉领域也有各种新的节能技术的应用。比如，通过在床下设置油枪并结合脉动投炉的方法，来提高锅炉点火初始阶段煤炭的利用效率；采用高低差速的循环硫化床技术，使得锅炉具有两个不同的燃烧腔来应对燃料中的不同组份；有采用高压变频技术来对风机实时控制，提高风压的稳定性，从而实现燃料的充分燃烧；有采用协调控制系统来解决锅炉燃烧控制的非线性问题，来提高锅炉效率也有从燃料角度着手通过煤炭与CO2反应得到CO，实现循环流化床锅炉燃料的煤气化，提高燃烧效率。但同时由于其结构、制造成本的限制，相关技术在工业锅炉中使用还在少数。

锅炉运行效率与排烟温度有很大的关系，研究表明：排烟温度每升高10℃，锅炉的运行效率就降低1%。降低排烟温度，从理论上来讲可以通过增大炉膛容积等手段来实现，也可以增加屏式过热器的方法，但这两种方法仅在对新锅炉节能设计方面具有参考价值，在对旧锅炉节能改造中实际的可操作性不高。我国的大唐耒阳发电厂1#、2#锅炉、莱城兴源热电公司1#锅炉，这些公司的锅炉均通过改造省煤器和空气预热器提高热传导效率和换热面积的综合方案使得这些公司的锅炉效率较改造前提高3%-4%。传统的理论认为，锅炉的排烟温度在120-140℃之间为最佳，但随着能源价格的不断走高和出于脱硫脱硝等环保方面的考虑，进一步降低排烟温度势在必行，而再采用前面说的方法，已经不能满足要求，为此德国和日本的热电厂采用烟气换热器（GGH）。我国在参考类似工艺，成功解决了烟气低温腐蚀和传热管积灰等问题后，使电站锅炉的排烟温度从原来的123℃降到了87℃，取得了良好的效益。随着自动控制技术的发展，在掌握排烟温度、进气温度、锅炉燃烧效率之间的关系后，采用自动控制系统对排烟温度与进气温度实施控制，确保锅炉燃效率的稳定，这也新的研究方向。

为了延长炉内高温在锅炉内停留的时间，并提高炉内煤炭燃烧的时间，人们在锅炉内筑起各种形状的炉拱。一般炉拱分前后拱，前拱主要用来引燃煤炭，后拱则主要用来强化煤炭的燃烧。锅炉的燃烧效率与各拱的形状、尺寸、位置等有关。传统的炉拱涉及的是一个高而短的前拱和短而上倾的后拱，但由于我国燃煤质多变，传统的炉拱对燃煤的适应程度较低。上海交通大学经过多年调研认为，提高锅炉的燃烧效率燃煤的引燃是关键，前炉拱正是保证燃煤被充分引燃的关键结构。通过压低锅炉前拱，并将其改造成人字型，提高前拱的升温能力，更好地保证燃煤被充分引燃，此技术已在全国700余台锅炉上使用，收到较好的节能效果。人形炉拱虽可以提高燃煤的利用效率，但我国煤炭质量不稳定，尤其是中小锅炉，对煤炭进口把关不严的情况没有好转，只要煤炭质量出现大的波动，人形炉拱也不能更好地适应不同煤炭的燃烧要求。所以，有企业设计了一种可调节炉拱高度、角度和长度的可调式锅炉炉拱，改变了以往一类炉拱只能适应一类燃煤的限制。可调式锅炉炉拱，通过在后拱轴部安装一个耐高温材料制成的转轴，可以实现“煤变、拱变”使得炉拱根据燃煤种类实现动态的改变，从而提高燃煤的燃烧效率。该技术在辽宁、内蒙多台不同型号的锅炉上应用，包括29MW大型锅炉和 14MW以下的小型锅炉，均取得较好效果，最高比改造前热效率提高10%。

2.2 自动控制技术 随着计算机技术的发展，有计算机系统负责锅炉运行数据的采集、分析、记录包括参数超过一定数值时的自动报警，这些已更加的普遍。当前，国内外对锅炉智能控制的研究主要在电站锅炉，比如采用DCS控制和基于OPC技术与PLC的锅炉控制系统尤其是在燃气发电锅炉中，DCS系统可根据负荷单独调节每个燃烧器的阀门、风阀，实现最佳经济运行的效率同时DCS还能集成炉膛安全监控系统，对关键的安全参数实施不间断的控制，从而确保锅炉在安全和节能之间取得平衡。由于DCS系统价格较高，数量较多的中小型工业锅炉还是采用传统的PID控制。PID控制虽然具有一定的自动控制能力，但锅炉在实际运行过程中往往有非线性、随机性等特点，且参数设定较为复杂不能较好地适应目前节能减排的形势，为此，目前出现了一种以模糊PID算法为基础的锅炉温控技术。与单纯的PID控制相比，调节时间短，具有超调量小，振荡周期短的特点，实现更为精细的温度控制，以实现节能的目的。

3 展望与建议

综上可以看出，目前的工业锅炉节能仍有待进一步开展。特别是针对在用的工业锅炉，利用信息化和物联网技术，融“技术创新、智慧应用、综合服务”为一体，建立“锅炉节能减排远程监测与服务平台”，实现“平台发现、诊断分析、现场检测、落实整改、高效运行”为一体的锅炉节能减排监测与反馈闭环。从而实现锅炉监管机构、测试机构、使用单位、制造企业和节能服务机构多元共治。只有这样，工业锅炉的节能减排工作才能迈上新台阶。

4 结论

基于目前国内工业锅炉与国外发达国家相比，能耗较低，从能耗、数量、标准等方面系统阐述了国内工业锅炉对于我国节能减排和环境造成影响的现状，同时指出了目前影响锅炉热效率的主要因素，描述了目前主要采用的节能技术，并给出了相关对策。

参考文献：

[1]潘树青.探讨我国工业锅炉发展趋势[J].城市建设理论研究，2013（12）：1-2.

[2]庞名立.2006～2012年世界各国一次能源消费量[EB/OL].http：///news /news-841430-1.html， 2013-07-26.

[3]左朋赖，岳涛，韩斌杰.燃煤工业锅炉大气污染物控制方案研究[J].环境污染与防治，2013，35（8）：100-104.

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