工业锅炉节能技术改造专题

1. 工业锅炉节能技术改造专题 主讲: 叶伟洁 高级工程师 上海工业锅炉研究所

2. 锅炉系统节能 • 锅炉系统：燃料 锅炉燃烧放热 烟气 排入大气 • （高温烟气 余热锅炉放热 烟气 排入大气） • 水 锅炉吸热 蒸汽（热水） 用户

3. 余热回收 • a. 余热分类 a) 高温烟气余热 b) 高温炉渣余热 c) 高温产品余热 d) 可燃废气、废液的余热 e) 化学反应的余热 f) 冷却水余热 上述a)~d) 的余热，一般用余热锅炉回收。 e)~f)的余热，一般可通过热交换器和冷凝水回收系统回 收

4. 余热锅炉 2005年各类余热锅炉产量

5. 冷凝式锅炉或冷凝回收装置 • 原理： • 降低排烟温度，使烟气中的水蒸汽充凝结，回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热。传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传统锅炉热效率一般只能达到87%～91%。而冷凝式余热回收锅炉，它把排烟温度降低到50～70℃，既回收了烟气中的显热又回收水蒸汽的凝结潜热。所以冷凝式锅炉的效率可以接近100%。

6. 冷凝式锅炉或冷凝回收装置 • 高位热值Qgr：燃料完全燃烧时释放出来的全部化学能，并认为烟气中的水蒸气已凝结； • 低位热值Qnet：是扣除燃料所含水分及氢燃烧生成水蒸汽气化潜热后的热量 • 高位热值和低位热值之间的换算： Qnet.ar=Qgr.ar-206Har-3Mar (kJ/kg)

7. 冷凝式锅炉或冷凝回收装置 • 适用燃料： • 1．燃天然气锅炉 • 2．燃LPG、城市煤气锅炉 • 天然气的主要成分是甲烷（CH4）而其他成分也主要是碳氢化合物，几乎不含硫分（S）。因此在完全燃烧后所生成烟气的成分中除氮气（N2）及氮氧化物（NOX）外，主要是二氧化碳（CO2）和水蒸汽（H2O）。

8. 冷凝式锅炉或冷凝回收装置 • 天然气燃烧后产生的烟气中水蒸汽的含量比其它任何一种燃料的含量高很多。当水蒸汽冷凝凝结后有大量的热量释放，也就是释放汽化潜热。冷凝式锅炉正是利用了天然气的这个特点，它将冷凝凝结换热原理应用于锅炉尾部受热面的换热，当烟气温度逐渐降低，达到相应水蒸汽分压力的饱和温度的时候，烟气中的水蒸汽开始冷凝而形成冷凝水。随着烟气温度的继续降低，冷凝水量也逐渐增加。通过降低烟气温度并使烟气中的部分水蒸汽达到冷凝，最大限度的提高锅炉的换热效果，提高锅炉的热效率。

9. 冷凝式锅炉或冷凝回收装置 • 由于燃油、煤炭中含S较高，它的酸露点高，而且烟气具有腐蚀性，当烟气温度低于酸露点时，会对尾部受热面产生腐蚀，同时，燃油和煤炭的灰分高，灰分粘结在受热面管子上，造成受热面堵塞，影响锅炉出力。因此对于燃油、燃煤锅炉不建议用冷凝器，只是加节能器把烟气温度降低至不冷凝为止。

10. 燃用不同燃料锅炉的经济分析

12. 从上表可以看到，装有冷凝换热装置的锅炉，可以有效地降低排烟温度，热效率有明显地提高。通过燃料消耗费用和改造费用的数据所计算出的收回投资时间来看，锅炉容量越大，收回成本的时间越短，从中可以看出节能降耗所带来的可观效益。小容量的锅炉，基本也能在两年内的时间收回成本。从上表可以看到，装有冷凝换热装置的锅炉，可以有效地降低排烟温度，热效率有明显地提高。通过燃料消耗费用和改造费用的数据所计算出的收回投资时间来看，锅炉容量越大，收回成本的时间越短，从中可以看出节能降耗所带来的可观效益。小容量的锅炉，基本也能在两年内的时间收回成本。

13. 专利： • 冷凝换热式锅炉由上海工业锅炉研究所研制、开发，属中国科学技术部的《冷凝式锅炉的研制开发》项目。并申请了使用新型发明专利“自调节节能装置”（专利号为：200520046808.X），和发明专利“燃油燃气锅炉的自调节节能装置”（专利号为：200510110671.X）

14. d)蒸汽冷凝水回收 • 蒸汽冷凝水回收和利用是节约能源的组成部分。越来越被重视。间接加热的冷凝水，除了加热有毒有害物体，回收率要求达到60~80%。 • 冷凝水回收有开式回收和闭式回收两种方式。闭式回收就是将管路压力的饱和水直接回收，也称高温冷凝水回收，这种回收方式是蒸汽锅炉供热系统中较好的一种节能方式，避免了氧腐蚀。在此系统中的关键设备是防汽蚀高温冷凝水回收泵。它将喷射泵和离心水泵结合起来，有效地解决了气蚀问题，克服了一般离心泵只能泵吸75℃以下过冷水的问题，可以输送100～120℃的饱和热水，

15. 高温冷凝水回收系统

16. 介绍酒店冷凝水回收案例

17. 2）蓄热器 • 原理 • 蓄热器是一种能够储存热能的压力容器，在蒸汽供热系统中一般采用变压式蓄热器。变压式蓄热器又分为储存直接储存蒸汽的蓄汽包（或称干汽包）和储存高温热水的蓄热器。 • 蓄热器的原理是以热水为介质来储存热能的压力容器。在用气负荷有波动的情况下，利用蓄热器充热和放热作用，调节负荷需要，保持锅炉稳定运行，达到节约燃料，提高锅炉效率的目的。 • 从热力学中可知，在不同压力下，饱和水的焓值是不同的。高压饱和水降压时，焓值也要下降，多余的热量就会把部分饱和水气化，放出蒸汽以供使用，在供气系统中，蓄热器进汽侧与锅炉相接，出汽侧与用户相接。当用汽量低于锅炉的额定蒸发量时，将多余的蒸汽充入蓄热器内的水中，并压力上升。当用汽量大于锅炉的额定蒸发量时，蓄热器的压力自动下降，释放出储存的热能，以补充用汽不足。将多余的蒸汽充入蓄热器内的水中，并使压力上升。

18. 工业锅炉给煤 • 分层给煤装置存在的问题 • 社会上的分层给煤装置普遍存在着下列问题： • (a) 烧优质煤如Ⅲ类烟煤时，效果尚好，表现在增负荷快、炉渣含碳量较低，但是火床燃烧不均衡，有“风口”，有“火垅”。高负荷时炉排尾部有跑红火现象，使炉渣含碳量升高。 • (b) 烧Ⅱ类烟煤或贫煤等较差的煤种时，有效果或效果不明显，炉渣的含碳量仍然偏高，有的效果还不如改造前，有的拆掉不用了。 • (c) 分层给煤装置性能差，操作不灵便，故障率高，寿命短，维修量较大。

19. 10t/h锅炉多功能分层给煤装置

20. 新一代分层给煤装置的特点 • 新一代的分层给煤装置经过不断改进已成为完善、成熟的系列产品，不存在上述三方面的问题。改进后有以下特点： • (a) 根据煤种设计煤颗粒筛分器，该筛分器可调角度，操作灵活，可以手工振动除去杂物，确保分层给煤质量。 • (b) 给煤辊上设有自动封闭机构，动间隙不漏煤，确保分层煤层的质量（煤层下面没有小颗粒煤）。 • (c) 给煤辊上设有自动清除粘结煤的机构，使其均匀给煤，确保分层煤层上表面平整，煤层厚度等同。 • (d) 煤闸起落采取特殊设计，操作自如，起落灵便，确保分层煤层的指令厚度和上表面平整，并有厚度指示计。 • (e) 有侧密封保护机构，调整炉排两侧煤层的形状，保护侧密封构件，减免烧毁。

21. 新一代分层给煤装置的特点 • (f) 装置后板上装有水冷却构件，防止前炉拱万一烧毁时后板变形或烧毁。 • (g) 装置上有设计完善的过载保护器（可调整），动作时不影响装置和炉子运行。 • (h) 装置上有自动报警器，当有煤矸石、木头、砖等异物卡住时，自动报警，一分钟内清除故障。 • (i) 装置上有多种门、孔，便于观察内部情况和方便检修。 • (j) 装置结构合理，部件强度高，给煤辊采用厚壁大直径无缝钢管，采用双列调心轴承，并有密封构件，运行安全可靠，装置造型美观与众不同。 • 除此之外，还有单炉电子式煤耗计配套，显示和记录煤层厚度、用煤量的瞬时值和累计值。

22. 锅炉输配系统、辅机节能改造 • （1）锅炉输配系统改造 (a) 采用下图所示煤仓自动均匀布煤机械，使煤仓（斗）内的大小煤块均匀分布。 (b) 改造落煤管，使其均匀下煤、不堵煤。 (c) 采用多功能均匀分层给煤装置。

23. 煤仓自动均匀布煤机

24. （2）辅机节能改造 • i)．鼓、引风机，炉排的转速箱采用变频电机。 • ii)．用好排污扩容器；

25. 流化床锅炉的特点 • 自六十年代初，第一台FBC锅炉在美国投运以来，FBC技术发展很快，锅炉出力900t/h配250MW机组。上世纪70年代美国F-W公司开始研发CFB锅炉，经过对75T／H级的逐步改进和完善后升级至220T／H以上。我国最大CFBC机组300兆瓦循环流化床示范电站锅炉1000t/h在四川内江白马电厂投入运营。 • 流化床燃烧分鼓泡床流化床(FBC)和循环流化床（CFB）。循环流化床（CFB）又分为低倍率循环床，循环床和增压循环床（PCFB）。

26. 流化床种类及参数表

27. FBC鼓泡流化床（fluidized bed combustion）

28. CFBC循环流化床circulating fluidized bed combustion

29. 流化床燃烧方式的特点 1．清洁燃烧： 脱硫率可达80—95％，N0x排放可减少50％； 2．燃料适应性强，特别适合中，低硫煤； 3．燃烧效率高，可达95—99％； 4．负荷适应性好；负荷调节范围30—100％，调节速度5—10％／min； 5．PFBC还有运行自适应能力强、电站效率高、占地少、节水等优点。 • 因为流化床是低温燃烧（850℃左右），此温度最有利于脱硫而最不利于产生氮氧化物，是减少有害气体污染最有效的燃烧技术之一，因而称为清洁燃烧。

30. 流化床燃烧技术与别的固体燃料燃烧技术的机理不同：一般固体燃料燃烧是先析出挥发分，挥发分着火后再引燃固体燃料。流化床燃烧是床料在流化状态下依靠强烈的传质和传热，直接使燃料着火燃烧，因而燃料适应性很广。它能燃烧许多别的燃烧技术无法燃烧的低挥发分的劣质燃料。流化床燃烧技术与别的固体燃料燃烧技术的机理不同：一般固体燃料燃烧是先析出挥发分，挥发分着火后再引燃固体燃料。流化床燃烧是床料在流化状态下依靠强烈的传质和传热，直接使燃料着火燃烧，因而燃料适应性很广。它能燃烧许多别的燃烧技术无法燃烧的低挥发分的劣质燃料。

31. 循环流化床因物料反复循环降低了灰渣和飞灰的含碳量，燃烧效率大大提高。它的飞灰份额只有55~60%（煤粉炉的飞灰份额85 ~90%）。

32. 循环流化床用于一般工业锅炉的 局限性 • 对于一般工业锅炉，因其容量较小，要达到循环流化床燃烧必需的燃烧空间和合理布置布风装置，锅炉体积会过于庞大； • 燃烧效率比应该达到的燃烧效率低得多； • 除尘和鼓风机耗电量大大高于层燃炉，飞灰份额高，（层燃炉的飞灰份额约15%）； 4. 初投资高，运行维护费用高。

33. 水煤浆技术 • 现状： • 截止2005年底全国生产水煤浆生产总规模突破1000万吨，实际使用量超过500万吨，年产100万吨的制浆厂 已超过5家。 各种吨位的水煤浆锅炉（2~670t/h）相继投运成功。在国内已有20余台电站燃油锅炉（经改造）、300余台工业锅炉及数百台工业窑炉长期、连续、稳定燃用水煤浆。水煤浆燃料在电力、石油、化工、冶金、建材、轻工等行业中普遍应用。根据国家水煤浆工程技术研究中心的调查研究，国内水煤浆应用市场正由改造向新建转移，其中中小型工业锅炉和窑炉成为主要方向。 • 水煤浆技术在20世纪70年代全球范围内的石油危机中发展起来，目的是改造国外普遍使用的燃油电厂，应对石油危机。80年代我国有关科研人员也开始对水煤浆燃烧技术进行研究。

34. 水煤浆的技术条件和测定方法 （GB/T18855-2002）

35. 水煤浆厂分类 • 水煤浆生产厂分为矿山水煤浆厂、用户水煤浆厂、集中型水煤浆厂 • 矿山水煤浆厂——水煤浆就地利用，减少了运输量，有利于集中处理污染问题。 • 用户水煤浆厂——为大型动力和发电锅炉而建，便于管理。 • 集中型水煤浆厂——即不靠近煤矿也不靠近用户，受运输半径、生产与需求匹配、管理体制矛盾等因数制约。

36. 水煤浆特点 • 外观象重油，可以象油一样通过管道泵送运输、装卸、 用罐储存，可通过阀门控制流量； • 可以象重油一样用压缩空气或蒸汽进行雾化后燃烧，着火，燃烧稳定，保留了煤粉 的燃烧特性，负荷变动适应性强。但启动时间比煤粉炉长。 • 水煤浆约含32%水分，在常温全封闭状态下输送不会爆炸、自燃，减少了储存运输的防火要求， • 没有煤炭在贮运过程中的物料损失（3%），没有煤场、输煤、制粉及干燥系统。环境卫生、噪音与燃油机组相识。 • 贮存，运输粉尘污染小。

39. 水煤浆的不足 • 燃料系统复杂； • 水煤浆燃烧器不成熟；烧嘴、泵、阀等寿命较短。 • 着火困难，燃烧速率慢，水煤浆雾化颗粒没有燃尽便带出炉膛，造成燃烧效率低。 • 提高炉膛容积热负荷后，锅炉容易结焦。 • 每10吨水煤浆浪费3吨水，浪费水资源。 • 制浆过程中产生污染。 • 燃烧自身的能耗、燃料运输能耗（增加附加水的运输）增加。 • 烟尘原始排放量约为层燃炉的4倍。

40. 新型抛煤机锅炉（带回燃式抛煤机锅炉） • 抛煤机锅炉采用半悬浮燃烧方式，介于层燃和室燃之间，燃烧性能好，一般效率可达80%以上。但许多微细末随烟气排出炉外，普遍存在排烟中烟尘大、碳黑多，达不到环保与节能要求，为解决这个问题，开发出抛煤机锅炉强化燃烧飞灰回燃技术，既可以消烟除尘又能提高锅炉效率。 • 新型抛煤机锅炉在炉内用强化燃烧拱将炉膛分成燃烧室和燃尽室，拱作用是提高炉膛燃烧温度，捕捉部分飞灰粒子，使之在炉排上继续燃烧；增加炉内燃烧扰动；提高燃烧温度燃烧效率。同时炉外设置一个回燃分离器，分离器下部置有回料装置，分离器的作用是将未燃尽的含碳飞灰分离出来，再从炉后送入炉排上燃烧。提高燃烧效率，从而降低飞灰含碳量和飞灰排放浓度。

41. 新型抛煤机锅炉（带回燃式抛煤机锅炉） • 带回燃式抛煤机锅炉将链条炉拱的强化燃烧技术和循环流化床的循环燃烧技术集成，使锅炉具有启动速度快，符合调节比大，煤种适应性强，锅炉效率高等优点，彻底解决了抛煤机锅炉冒黑烟的问题。 • 带回燃式抛煤机锅炉具有高效率和低污染的特点，可以广泛用于现役抛煤机锅炉改造和新型工业锅炉定型产品。特别适用层燃工业锅炉的改造。锅炉容量在10~65t/h。

42. 新型抛煤机锅炉的特点： • 煤种适应性较广，可以烧高水分的褐煤、和低挥发份的无烟煤，大大超过一般的链条炉。对煤的颗粒度要求不高，燃用原煤。煤块在炉排上燃烧，煤末在空间燃烧。 • 未燃尽的含碳飞灰经分离器分离后，大于40μm的含碳颗粒回到炉排上重新燃烧，故锅炉的飞灰含碳量和飞灰排放浓度大大下降，锅炉的效率提高。 • 负荷适应性好，调节灵敏。

43. 工业锅炉节能维护与保养 • 1．工业锅炉系统的节能维护 • 提高锅炉的效率，减少各项热损失 • η=100- q2- q3 –q4- q5- q6 %

44. 工业锅炉系统的节能维护与保养 • 减少锅炉排烟损失q2 ： • 降低化学不完全燃烧损失q3 • 降低机械不完全燃烧损失q4 • 降低散热损失q5 • 降低灰渣热物理损失q6 • 锅炉系统的维护

45. 减少锅炉排烟损失q2 • 降低排烟温度 在锅炉受热面确定的情况下，要降低排烟热损失，只有增加受热面的利用率。 i）经常吹灰，省煤器经常捅灰。保证受热面干净。 ii）防止炉内结垢。

46. 减少锅炉排烟损失q2

47. 减少锅炉排烟损失q2 • 降低过量空气系数α i）炉排、侧密封完整； ii）各风室的调风门调节自如； iii）看火门、拨火门、炉排检查门（月亮门）关闭，保证不漏风。 iv）炉墙完好。

48. 漏风降低后的经济效益 • 有的锅炉漏风较严重，尾部烟气中O2＝11,α＝2.1，当氧量O2下降到8时，α＝1.62，α降低0.5， 排烟热损失q2就下降2.5%，效率η因此上升2.5%。以10t/h锅炉举例，燃5000kcal/kg的三类烟煤，效率η上升2.5%，每小时燃煤量节约52 kg。按每天满负荷运行10小时计，一天可节煤520 kg，一年（300工作日）节煤156吨，每吨煤按600元计算，一年可节约燃料费9.36万元。

49. 降低机械不完全燃烧损失q4 i) 炉排片不缺损； ii) 侧密封完整 iii) 放灰门要能关紧。 iv) 炉筛完好； v）定期校验煤闸门的平整度，并与标尺基本相符。

50. 锅炉系统的维护 • （a）管道保温完好，阀门也要有完整的保温 • （b）连续排污扩容器使用正常，二次蒸汽接至除氧器。 • （c）除氧器排气阀的正常，排出水中的氧气等，而不能有蒸汽泄漏。 • （d）保证水处理出口的软水达到GB1576《工业锅炉水质》标准。不然，容易在锅内形成水垢，非但影响热的传递，而且会产生爆管，带来安全隐患。