摘要:通过各种成熟的技术手段,节约燃油锅炉的能源消耗和减少废气、噪音排放是当前锅炉使用单位的主要课题。本文通过介绍多种技术改造的实际应用,分析燃油锅炉节能减排的有效手段。
关键词:燃油锅炉 节能 减排 治理
中图分类号:TK22 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0045-02
锅炉将煤、油、气等一次能源转换成蒸汽、热水等载热体的二次能源,在现代产业中运用广泛。近年来,随着我国能源政策的调整,燃油锅炉应用迅速。据有关研究资料表明,我国在用的燃油锅炉产品的结构型式大多是的卧式内燃锅炉(WNS型),锅炉热效率不超过90%,而国外锅炉效率通过多种技术手段已经达到了95%,因此我国的锅炉设备具有巨大的节能减排空间。此外做好燃油锅炉节能减排工作具有良好的经济效益和社会效益,也符合国家建设资源节约型和环境友好型社会的要求
1 基本情况
以梅州卷烟厂使用的10T/H燃油锅炉为例。该锅炉于2003年开始运行,使用时间较长。经相关权威部门测试,2007年我厂的锅炉效率仅为82.49％,低于广东省卷烟工业企业87.636％的平均效率。现场测得锅炉排烟温度为250℃,锅炉前后板温度76℃,侧面温度55℃,环境噪音在92分贝左右。这些数据与先进指标存在较大差距。
2 能量平衡分析
锅炉用各种燃料燃烧产生的热能来加热锅炉中的工质(一般为水),使工质蒸发产生蒸汽(热水)供生产和生活使用。在忽略燃料的物理显热、外来加热量及自用蒸汽带入炉内的热量的前提下,锅炉内的用能平衡可以用下式表示:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
其中Q表示燃料燃烧输入锅炉的热量;Q1表示锅炉有效利用热,包括锅炉中水和气吸收得到的热量;Q2表示锅炉的排烟热损失;Q3表示气体未完全燃烧热损失;Q4表示固体未完全燃烧热损失;Q5表示散热损失;Q6表示灰渣物理热损失。
锅炉的能量有效利用率可以用下式表示:
η=
由锅炉的平衡分析可以看出,燃料所具有的化学能在转移至目标工质(水和蒸汽)的过程中,不仅在有效能价值上有所降低,而且在能力的数量上也有所下降,只有一部分能量转移至目标工质中去。一般燃油锅炉排烟热损失Q2约为5%～8％;燃油锅炉的气体未完全燃烧热损失Q3和固体未完全燃烧热损失Q4数值较小,Q3+Q4约为0.5%～1％;散热损失Q5约为1%～3％;由于燃油锅炉几乎没有灰渣物理热损失,Q6约为0。要做好锅炉的节能减排工作,必须对锅炉中除能量有效利用以外的其他能量损失原因进行分析,以便对症下药找到锅炉节能的方法。
3 节能减排改造分析和措施
在节能改造措施方面,根据相关资料介绍,当锅炉热效率在85%～90%时,排烟热损失占总损失的70%～80%。由于燃油锅炉主要的热损失是排烟热损失Q2,散热损失Q5也占有一定比重。所以我们节能改造的重点是如何降低排烟热损失Q2和散热损失Q5。
在减排改造措施方面,鉴于锅炉废气和噪音排放的社会影响性和环境危害性,我们主要针对这两点进行改造治理。
3.1 降低一定的排烟温度,减少排烟热损失
有研究资料表明,锅炉排烟温度每降低12℃～17℃,锅炉热效率提高1%左右。以往的锅炉由于经济和技术方面的制约,排烟温度均较高。现在由于新技术的运用,如波纹炉胆、湿背式结构、螺纹烟管和扰流子的应用,锅炉的排烟温度可以降得很低,甚至接近于环境温度。但是在实际应用中,由于排烟温度的降低,容易造成低温腐蚀。因此锅炉排烟温度不能降得太低,以保证锅炉的主受热面的壁温高于烟气露点温度。
为了保证设备的安全稳定运行,通过计算,我们将锅炉排烟温度控制在120℃左右。这一温度比露点温度要高20℃以上,可以有效地保护设备。由于燃油与燃煤的不同,燃油以C和H为主要可燃成分(煤以C为主),含有相当多氢元素燃烧后,产生大量水蒸气,并吸收大量热量,这些热量由烟气中的水蒸气带走。因此,可以利用冷凝方式吸收高位发热量相差的汽化潜热及降低排烟温度,获得更高的热效率。
为获得较高的热效率,我们采取加装省煤器的方法控制排烟温度。省煤器是一种冷凝式热交换器,该装置的工作原理是利用在无缝钢管外缠绕翅片以提高换热系数的机理制成。省煤器的进口与锅炉的烟气出口相连,省煤器的出口与烟囱相连,省煤器的下联箱与水泵相连,上联箱与锅炉(或热水箱)相连。锅炉尾部排出的高温烟气进入省煤器进口,通过与省煤器的蛇形水管后经过节能器的出口进入烟囱排出炉外。省煤器内蛇形水管与高温烟气充分接触,以对流换热的方式吸收其含有的热量,经过管壁的热传导作用将管内的水加热,注入锅炉,提高了锅炉的补水温度,降低了排烟温度。省煤器一方面吸收了烟气中的显能;有效降低排烟温度,减少了排烟热损失;另一方面吸收了水蒸汽冷凝释放出的一部分潜能,提高了燃料有效利用热,减少了锅炉将补充水加热至饱和蒸汽所需消耗的能源能耗。
3.2 维持过量空气系数α在最佳状态,使燃料充分燃烧
降低过量空气系数α,可以有效降低燃油锅炉热损失,提高热效率,有效降低燃油锅炉烟气露点温度,防止低温腐蚀的产生。有资料表明当α每降低0.1,烟气带走的热量下降2%～3%,也就是锅炉的热效率可以提高2%～3%。
通过安装烟气检测装置,实施监控过量空气系数,锅炉操作人员可以直观的了解锅炉燃烧器进风量的状况,并根据过量空气系数的大小进行相应的调节,使锅炉的过量空气系数维持最佳状态,确保在进风量较小的状况下燃料能够充分燃烧,减少燃料未燃烧损失。
对于特定的锅炉来说,在燃料种类和负荷一定的条件下,存在一个最佳空燃比,即最经济的过量空气系数α在临界值,此时锅炉效率最高。当α低于这个临界值,就会出现燃油燃烧不良,Q3和Q4同时增加的现象。一般来说,只要保持锅炉正常燃烧,不冒黑烟,过量空气系数α尽量小就可以了。根据我厂实际,α值在1.2～1.3之间,可以保持较好的低氧燃烧,锅炉效率最高。
3.3 运用新材料新方法,减少锅炉散热损失
锅炉散热损失Q5在锅炉热损失中占有一定比重。新型锅炉结构紧凑,尽量减少散热面积,采用隔热性能好的材料,可以有效降低锅炉散热损失。对于一些旧款锅炉,由于不可能对锅炉炉型进行调整,主要采取调整围护结构和运用新型隔热材料的方法减少锅炉散热损失。
根据我厂实际,主要是对锅炉前后门板及锅炉外包保温层敷设7cm硅酸铝保温板,并取消原锅炉筒体保温采用的钢板环型箍和横撑筋,以减少锅炉热量通过钢板环型箍和横撑筋外传,从而降低锅炉筒体外表面温度,实现锅炉的侧面温度要达到环境温度+20℃、锅炉前后面温度要达到环境温度+30℃的保温效果。
3.4 保持补水压力,提高回水温度
我厂原使用的锅炉软水箱与锅炉设备处于同一水平面,当补水水温较低时,系统能正常运行,但由于经过安装锅炉省煤器等热能回收系统,锅炉补水水温大幅度提高,造成锅炉水箱水位较低时不能保证补水管路始终保持满管水,使管路中的水产生二次汽化,导致水泵无法正常运行。为了保证设备正常运行,我们将水温控制在80℃以下,严重制约了省煤器的充分发挥作用。
为了解决这个矛盾,我们通过改造锅炉补水系统,通过抬高软水箱,使补水管道内始终保持一定的压力,有效地防止管道内二次汽化的现象发生。通过这个技术手段,使锅炉补水水温最高超过了90℃,而在实际运用中未发生因管道内水汽化导致水泵无法正常运行的现象。
3.5 回收锅炉冷凝水箱二次蒸汽,实现闭路循环
锅炉冷凝水箱容易产生二次蒸汽,大量的热能和水通过排气管排放到空气中,造成资源的浪费和一定的社会影响。通过在排气管安装冷凝式热交换器和回收装置,利用延展的翅片有效吸附热能,达到有效的回收冷凝水二次蒸汽热能和排放到空气中的水,提高锅炉软水箱温度,实现闭路循环,有较好的经济效益和社会效益。
4.6 安装消音罩,防治噪声污染
锅炉燃烧器的鼓风机在运行时产生的干扰噪声会对周围的人类和动植物产生噪声污染。通过设置消音罩防治环境噪声污染,使企业环境噪声符合国家《工业企业噪声卫生标准》。消音罩原理主要是利用多孔吸声材料来降低噪声。消音罩把吸声材料固定在气流通道的内壁上,就构成了阻性消音罩。当声波进入消声罩时,一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使通过消声罩的声波减弱,达到降低噪声的效果。
4 节能减排综合治理效果
通过以上节能减排分析和各种节能减排技术手段的应用,梅州卷烟厂锅炉运行状况得到了很大的改善,有效节约燃油锅炉的能源消耗和减少废气、噪音排放。
在以上技术改造完成后,我厂锅炉的过量空气系数由1.8下降至1.2～1.3的最佳状态;锅炉排烟温度由250℃左右下降至117℃左右;锅炉的侧面温度维持在环境温度+20℃、锅炉前后面温度维持在环境温度+30℃;锅炉运行效率从改造前的平均82.49%,提高到平均93.99%,提高11.5个百分点;锅炉房环境噪声符合国家《工业企业噪声卫生标准》;每吨柴油产蒸汽量由改造前的平均12.87t,提高到平均15.5t,提高2.63t,提高20.4%。
通过逐步完成上述改造项目后,我厂年耗柴油从2007年的1400t左右降低至2010年的1080t,降低幅度达22.8%,按每吨柴油6500元计算,年减少运行费用达208万元,而上述技术改造总费用仅为170万元左右,取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
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