锅炉节能改造案例分析

赵 军

(太原市热力公司，山西 太原 030013)

0 引言

在供暖过程中，经常使用燃煤锅炉，尤其是我国北方大部分地区，燃煤锅炉的使用更为普遍，这也使得我国北方地区的烟尘以及空气中各种污染物质较多，造成了相对严重的空气污染问题。最近几年来，人们越来越重视环境保护，对于空气污染问题的治理力度也不断加强，而就燃煤锅炉来说，控制污染过程中采取的方式主要为脱硫以及除尘。不过，这种污染控制方式依旧属于末端治理的方式，采用这种方式也会使得企业运行成本有所增加，同时末端治理方式自身的局限性也导致了污染排放不能得到有效控制。而通过锅炉的节能改造不仅能够达到节约能源消耗的目标，同时由于燃料消耗数量的减少，也必定使得污染排放的数量有所减少，因此，锅炉的节能改造能够达到环境与经济双赢的效果。

1 实例分析

某燃煤锅炉为企业自用锅炉，锅炉设备用煤使用小车从燃煤堆放场地输送至上煤斗之中，然后再经由上煤斗将燃煤输送至锅炉中，燃煤燃烧之后所产生的烟气首先进入省煤器中进行换热处理，在烟气换热降温处理之后再进入除尘设备之中。该燃煤锅炉每年运行320 d，所用燃煤产地为平庄煤矿，燃煤中灰分含量为30%左右，全硫分约为1%，低热发热值约为18 900 kJ/kg。在炉排之上燃煤的前段位置火焰相对高，中段以及后段位置火焰相对低，而且炉排之上燃煤并不能充分的燃烧，排渣里面包含有较多的焦炭颗粒。

在对燃煤锅炉进行研究与测试之后得出，此设备目前存在下列问题。

1.1 燃煤锅炉热效率较低

燃煤锅炉的平均热效率值是57%，而燃煤锅炉的热效率设计值为80%。之所以出现这一问题，主要是因为下列原因：

1)在进行给水处理过程中，未能达到设计要求，使得换热管束之中存在一定的结垢现象，导致热阻一定程度上增加，使得热效率有所降低。

2)炉排之上的燃煤未能均匀燃烧，在前段位置处火焰温度相对高，此位置燃煤燃烧的主要物质为燃煤中挥发分，但是，占据燃煤质量90%以上的焦炭却未能充分进行燃烧，并且，炉内部的传热效果也相对差，使得后段区域中焦炭温度相对低，对于燃煤充分燃烧造成不利影响，也会使得大量的热量被损失。

3)在锅炉自身受热面积之中，辐射面积是30 m2，对流面积是203 m2，省煤器面积是175 m2。由此我们能够了解到，省煤器所拥有的换热面积相对较大，虽然能够将其中部分热能回收，不过，燃煤锅炉系统的烟气温度值依旧相对高，也会导致热量损失增加。

燃煤锅炉出现热效率不高的问题主要是由于燃煤不完全燃烧热量损失相对大，之所以会出现燃煤燃烧不完全的问题，这和所使用燃煤材料自身性质、燃烧方式以及炉排构造等均存在一定的关联性。

1.2 鼓风机与引风机的能量输出不匹配

燃煤锅炉之前未能加设省煤装置，所产生的高温烟气通过引风机会被直接排出至大气中，使得烟气带走大量热量。另外，由于烟气的温度相对较高，其体积流量也会有所增加，引风机设备工作功率将有所增大，使得原配电机不能正常运转。要想确保引风机能够正常运转，需要进一步的增加电机功率。而在加设上省煤器装置之后，烟气排放的温度值有所减小，相应的体积流量也会有所减少，此时引风机便能够在正常性能曲线之上运行，而之前增加了引风机设备的电机功率，同样出现一定的能源浪费问题。另外，要是对鼓风机以及引风机未能加以合理控制，将导致炉膛之中空气过剩系数有所增加，使得锅炉炉膛之中温度出现降低的问题，同样会造成较大的热损失。

2 节能改造方案

就燃煤锅炉运行中出现的一些问题，进行节能改造的过程中，主要利用湍流循环燃烧炉芯板技术以及自动控制技术进行技术改造，确保炉膛中的空气过剩系数得到有效控制，并且确保火焰能够充满炉膛，从而进一步提升燃煤燃烧的均匀性，改善锅炉热效率。

2.1 湍流循环燃烧炉芯板技术节能改造方案

在炉膛结构的两侧位置处，沿着炉排方向纵向设计拥有气孔结构的炉芯板，确保在炉膛中能够形成横向的烟气气流组织。在引风机出口位置加设相应的烟气管道，将该管道引到炉芯板结构的下方，使之构成闭式烟气循环体系。在锅炉二次风经过管道之后，达到炉芯板下方以后，便能够让炉排之上的燃煤火焰出现湍流扰动，从而确保了火焰前沿反应区域进一步加宽，并且还能进一步的增加燃烧表面积，有效的激发燃烧强度，此种方法要较层流燃烧的强度高出很多，当燃煤经过相对宽燃烧区域之后，便能够完全的被燃烧，可以释放更多的热量。

2.2 自动控制技术节能改造方案

结合锅炉燃烧效率相对低这一问题，设计了适宜使用在燃煤锅炉中的自动控制系统。在此自动控制系统中，不仅确保实时的对燃煤锅炉具体运行情况加以监测，同时还能对锅炉燃烧进行自动控制，另外，自动控制技术节能改造方案中也应用到了风煤比自寻优设计方法，确保燃煤锅炉运行中能够保持在最优的工况条件之下。通过自动控制技术节能改造之后，确保对燃煤锅炉的控制拥有多策略性，并且也进一步增强了监控系统可靠性。

风煤比自寻优策略指的是对送风摄动信号响应进行判断，分析目前所使用的风煤比是不是最优，并且将风煤比调整为最优状态。其具体过程为：当系统处在稳定运行状态之下时，便会施加送风摄动信号，而要是炉膛之中温度有所增加，则表明此时所采用的风煤比要较之前的风煤比更优。不然，便会施加反向摄动信号。要是施加正向以及反向摄动信号均未达到较好效果，则表明目前所使用的风煤比是最优值。此种优化策略针对不同煤种以及负荷等均拥有较强的自适应能力。自动控制系统原理示意图如图1所示。

3 节能改造后效果分析

在对燃煤锅炉进行节能改造之后，能够有效节约20%左右的燃煤消耗，节省约15%的电能消耗，节能改造之前以及节能改造之后燃煤消耗数量和电能消耗数量对比数据见表1。

表1 节能改造之前以及节能改造之后燃煤消耗数量和电能消耗数量对比数据

通过表1中的数据能够得出，在经过节能改造之后，每年能够节约2 790 t燃煤，依照燃煤价格为390元/t计算，则每年燃煤节约成本为1 056 510元。在经过节能改造之后，每年能够节约89 106 kWh电能，依照电价为0.6元/kWh计算，则每年燃煤节约成本为53 463.6元，每年总计节约成本为1 109 973.6元。节能改造总投资为300 000元，投资回收期为0.27年，可见节能改造也拥有显著的经济效益。并且，经过节能改造之后，每年还能减少烟尘排放量为17.3 t，减少SO2排放量为46.1 t，也表现出了非常良好的环境效益。

4 结语

此次节能改造结合目前燃煤锅炉具体运行情况，确保锅炉的燃烧效率以及换热效率得以有效提升，从而达到减少燃料消耗的目的，还能有效的减少污染物排放，让企业获得较大的经济效益同时，还拥有良好的环境效益。另外，此次节能改造采用了风煤比自寻优方案，针对不同煤种以及负荷等均拥有较强的自适应能力，具有良好的节能效果，值得在同种燃煤锅炉节能改造中推广应用。

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[2] 王 健.燃煤锅炉应用节能型均匀混煤机节能效果分析[J].石油石化节能,2017(10):8，26-28.

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