【文章內容簡介】 氣，但所占能耗比重有限。從每個企業(yè)單體來說能源消耗不大，但從行業(yè)整體來講，由于企業(yè)數(shù)量多，行業(yè)整體能耗總量較大。 2020 年上半年，全國萬元工業(yè)增加值能耗下降了 %，而紡織 僅下降了 %。印染行業(yè)生產過程中的產污強度還在增加， 上世紀 90年代生產萬米印染布產生的 COD 不到 200 公斤，現(xiàn)在不少企業(yè)達到了600 公斤。紡織印染節(jié)能減排面臨越來越嚴峻的 形勢。 中國紡織工業(yè)協(xié)會 正 在各類分行業(yè)中開展節(jié)能、降耗、減輕環(huán)境負擔為目的各項工作。努力降低每萬元的能耗、水耗以及原材料的消耗，實現(xiàn)清潔生產，實施循環(huán)經濟，以達到資源節(jié)約和環(huán)境友好的目的，從而推進我國建設節(jié)約型社會工作的深入開展。 鍋爐節(jié)能 燃煤工業(yè)鍋爐是我國工業(yè)生產的重要設備之一，也是我國煤炭消耗大戶。 2020 年全國在用工業(yè)鍋爐保有量約為 萬臺、 179 萬蒸噸 /小時，其中熱水鍋爐約占 40%，蒸汽鍋爐約 60%，其中燃煤鍋爐占工業(yè)鍋爐總容量的 80%～ 85%。我國在用工業(yè)鍋爐單臺平均容量為 蒸噸 /小時，其中 2～ 10 蒸噸 /小時的鍋爐占 75%。 我國 燃煤工業(yè)鍋爐平均運行 熱 效率 為 60%～ 65%，比國際先進水平低 15～ 20 個百分點 ，每年共消耗煤炭約 4 億噸，約占全國煤炭消費總量的 1/5?？偣?jié)煤潛力約 7000萬噸 /年。 我國燃煤工業(yè)鍋爐改造的總體目標是：到“十一五”末期，燃煤工業(yè)鍋爐效率平均提高 5 個百分點，節(jié)煤 2500 萬噸。采用系統(tǒng)配套技術，對在用燃燒鍋爐房進行系統(tǒng)改造，重點解決現(xiàn)有容量 4～ 20 蒸噸 /小時鍋爐能效低、運行管理水平差、污染嚴重等問題。 采用先進鍋爐房系統(tǒng)（含鍋爐主機、輔機、煙氣凈化、控制系統(tǒng)等， 要求 鍋爐運行效率大于 76%、輔機與主機良好匹配、鍋爐運行實現(xiàn)自動控制、各項污染物排放滿足國家標準），更新替代容量 2～ 10 蒸噸 /小時的原有鍋爐，重點針對到期應自然更換的、由于燃料結構調整的或鍋爐容量擴容更換的鍋爐，解決此類小鍋爐的升級換代問題，提高新進入市場鍋爐的技術水平。 企業(yè)鍋爐運行現(xiàn)狀 海豐印染公司現(xiàn) 生產用飽和蒸汽由三臺 10t/h 鍋爐提供。三臺鍋爐布臵在企業(yè)鍋爐車間。鍋爐用煤通過人工小車由煤場拉至鍋爐上煤斗，由上煤斗送入鍋爐參加燃燒。鍋爐燃料燃燒后的爐渣在爐排后端落入地下渣坑，由鏈條除渣機將渣坑水封中 的濕渣輸送至鍋爐旁側，爐渣人工裝車定期外運。兩臺鍋爐燃燒后產生的煙氣經省煤汽換熱降溫后進入陶瓷多管除塵器凈化后，由引風機經煙道送入煙囪高空排放。另一臺鍋爐燃燒后產生的煙氣經省煤器換熱降溫后，進入水膜式除塵器凈化后由引風機經煙道送入煙囪高空排放。軟化水由水泵從軟化水箱分別送至鍋爐汽包內，鍋爐生產出的蒸汽分別送至氣缸間，通過分汽缸將蒸汽分別送至生產工藝過程中用汽接點。 另外企業(yè)還有三臺導油爐，其中兩臺為 300 萬 Kcal/h，一臺為 160萬 Kcal/h。 現(xiàn)六臺爐燃煤為撫順洗粒煤，燃煤低熱發(fā)熱值為 25080KJ（ 6000kcal/kg）?，F(xiàn)在六臺爐年耗煤總量約 55812 噸 /年，年運行時間為7920 小時，每天平均耗煤量約為 噸 /天（ 24 小時）。鍋爐、導油爐的引風機、鼓風機未設變頻裝臵。引風機配電機功率為 55KW。鼓風機配電機功率為 15KW。鍋爐爐排上燃煤前段火焰較高，中后段火焰較低，整個爐排上燃煤燃燒不均勻。鍋爐外排渣中含有大量未燃盡的焦炭狀炭粒。 綜上所述，三臺鍋爐 、三臺導油爐 主要存在以下問題 （ 參見 圖 1 鍋 爐熱平衡圖 ）： （ 1） 鍋爐熱效率低于鍋爐設計熱效率， 主要 原因： ① 鍋爐給水處理達不到鍋爐設計給水標準（ GB15762020） ， 換熱部分管束內壁結垢，熱阻增加，傳熱效率下降。 ② 鍋爐爐排上燃煤燃燒不均，爐排前段火焰較高，燃燒成份主要是來自燃煤中的揮發(fā)分部分，而占燃煤質量 90%以上的焦炭部分火焰較低，燃燒不充分，爐內輻射傳熱效果較差，爐排后段焦炭層溫度較低。不利于其燃燒，最終造成固體不完全燃燒熱損失 Q4 增大，大量未燃盡的焦炭成份隨爐渣一起排出爐外。 ③ 鍋爐本體受熱面積中，輻射為 ， 對流為 204 m2，省煤器174m2。從上數(shù)據(jù)中可知省煤器的換熱面積在總的換熱面積中占有較大比例，鍋爐所用省煤器回收 部分熱能，但鍋爐排煙溫度仍然大于 150℃，排煙熱損失 Q2 較大。 ④ 由于鍋爐下布風供風形式造成鏈條爐排上小顆粒燃煤沸騰，部分小顆粒燃煤從鏈條爐排風隙中落入渣坑中，造成固體末完全燃燒熱損失 Q4 增大。 固體未完全燃燒熱損失（ ）灰渣物理熱損失（ ）散熱損失（ ）排煙熱損失（ ）氣體未完全燃燒熱損失（ ）鍋爐有效利用的熱量（ ）輸入鍋爐的熱量（ ）1 鏈 條爐排 2 爐 膛 3 水冷壁 4 下 降管 5 鍋 筒 6 凝渣管 7 過 熱器 8 省 煤器 9 空氣預熱器 10 煙 囪 11 預 熱空氣的循環(huán)熱流、大大η = △ η = η η =≤ 圖 1鍋爐熱平衡圖 綜上分析，造成鍋爐系統(tǒng)熱效率降低的主要原因是固體燃燒熱損失Q4 和排煙熱損 Q2 較大。影響氣體未完燃燒和固體未完全燃燒熱損失的主要因素有燃料性質、燃燒方式爐排結構、爐膛過量空氣系數(shù)、爐內溫度和爐內空氣動力工況等。 （ 2） 鼓、引風機未設 有變頻裝臵，爐膛內微負壓燃燒狀態(tài)靠人工截流閥門調節(jié)。所以不能保證爐膛內燃料燃燒所需的最匹配氧氣量。因為送入爐膛內的氧氣來自空氣中體積流量 21%的氧氣量，而體積流量占79%的氮氣在整個燃燒過程中是無用的，受熱后體積成倍膨脹吸收了大量有效熱量同時增加引風機的軸功率，消耗了大量電能，所以必須對送入鍋爐內的空氣量進行有效控制。保證其值與燃煤燃燒時所需要最佳匹配的氧氣量一致。 （ 3） 目前，該鍋爐房共有 3 臺 10 噸 /時蒸汽鍋爐和兩臺為 300 萬 Kcal/h，一臺為 160 萬 Kcal/h 導油爐，上述六臺爐各有一套繼電器控制系統(tǒng) 。鼓風機、引風機、補水泵采用工頻配電控制，爐排采用電磁調速電機拖動。鼓風量、引風量的調節(jié)采用改變電動風門的開度來實現(xiàn)；鍋爐汽包液位采用液位調節(jié)器控制。現(xiàn)有控制系統(tǒng)對爐膛負壓力、排煙溫度、補水溫度、鼓風溫度等，具有檢測顯示功能但儀表已經失效，同時沒有參加系統(tǒng)自動控制。使得燃煤燃燒不充分、能耗高、工人勞動強度大。因此，對鍋爐的鼓風機、引風機、爐排電機等進行自動化控制改造。 綜上所述，企業(yè)的鍋爐改造勢在必行。 4 生產綱領與節(jié)能、環(huán)保效益 生產綱領 本項目主要是節(jié)能環(huán)保專項改造，企業(yè)現(xiàn)有 5000 萬米印染生產能力不變。 節(jié)能效益 1）鍋爐系統(tǒng)原始參數(shù) ? 系統(tǒng)無空氣預熱器，排煙溫度大于 160℃。 ? 鍋爐燃煤煤種：撫順洗粒 ? 燃煤低熱發(fā)熱值： Qdar=6000kcal/kg ? 鍋爐耗煤量： 7047kg/h ? 鍋爐運行時間： 7920 小時 /年 2）鍋爐系統(tǒng)改造內容 本項目 采用燃煤熱解氣化湍流燃燒節(jié)能新技術 ， 主要改造內容為： 鍋爐排煙系統(tǒng)增設高效旋流余熱回收裝臵 ； 鍋爐爐膛內增設氣化湍流燃 燒裝臵布風，并與新風系統(tǒng)形成二次送風系統(tǒng)； 鍋爐采用風煤比自尋優(yōu)自控系統(tǒng)。 3） 節(jié)能量 計算 現(xiàn)對廠內六臺鍋爐平均參數(shù)進行 計算 。 ① 鍋爐年 節(jié) 煤量 ? B=55812t/年 ? 綜合節(jié)煤率： 22% ? 年節(jié)煤量： BJ=55812t/年 22%=， 折標煤 t/年 ② 鍋爐配風系統(tǒng)年 節(jié) 電量 電力需用系數(shù)按 計算 。 D=（ 55+15） KW 7920h 6（臺） =2827440 KW〃 h 節(jié)電率： 30% 年節(jié)電量： 2827440 KW〃 h 30%=848232 KW〃 h，折標煤 噸 ③節(jié)能總量 年節(jié)能總量 =+= 噸 環(huán)保效益 環(huán) 保效益主要是 SO2減排量 。 1）節(jié)煤減少 SO2排放量 年節(jié)煤量： BJ= 燃煤含全硫量 ： % 年減少二氧化硫排放量 ： QSO2 =molg molg/32 /64 BJ %=2）固硫減少 SO2排放量 項目實施后年耗煤量 ： BH=BZ－ BJ=55812－ =固硫率 ： 20% 年減少二氧化硫排放量： QSO2=molg molg/32 /64 BH % 20%=3）脫硫系統(tǒng)減少 SO2排 放量 脫硫效率為 95% 減少 SO2總量 Q 總 =16 % 100 55812=二氧化硫吸收量 ： QSO2= （ Q 總 Q1 Q2） 95%=（ ） 95%=360t/年 4）減少 SO2總量 減少 SO2 總量 =節(jié)煤減少 SO2 排放量 +固硫減少 SO2 排放量 +吸收SO2排放量 =++360t/年 =5 主要原材料消耗 實現(xiàn) 5000 萬米印染生產能力，需用坯布 5250 萬米，染料 200 噸，均在國內市場采 購。 6 節(jié)能、環(huán)保工藝 改造 方案與設備 原始參數(shù) 序號 項 目 單位 數(shù)值 備注 1 鍋爐耗煤量 t/h 單臺，均值 2 鍋爐耗電量 Kwh 471240 單臺，均值 3 鍋爐煙氣量 m3/h 32020 單臺，均值 4 排煙溫度 ℃ 160 5 SO2排放量 mg/Nm3 953 主要設計依據(jù) ① 廠家提供的原始資料； ② 鍋爐廠提供的鍋爐本體資料 ； ③《鍋爐房設計手冊》 ； ④《鍋爐房設計規(guī)范》 GB5004192； ⑤《鍋爐大氣污染物排放標準 》 GB1327191。 主要設計指標 序號 項 目 單位 數(shù)值 備注 1 鍋爐耗煤量 t/h 單臺，均值 2 鍋爐耗電量 Kwh 329868 單臺，均值 3 鍋爐煙氣量 m3/h 29100 單臺，均值 4 排煙溫度 ℃ 90 5 SO2排放量 mg/Nm3 544 6 脫硫率 % 85 工藝 改造 方案 節(jié)能工藝 改造 方案 本方案 將采用三項節(jié)能改造技術。 1） 加濕氣化湍流燃燒技術。 2）旋流高效熱能回收技術。 3） 采用鍋爐燃煤風煤比自尋優(yōu)監(jiān)測控制技術。以下對 各項技術具體描述。 1） 氣化湍流燃燒技術方案 （ 1）技術方案描述 本技術方案工藝流程圖參見（圖一）。在鍋爐爐膛前端兩側設有專用的鍋爐氣化混風裝臵，送入的混合氣化劑形成橫向氣流組織結構。使爐排上燃煤熱解氣化生成大量的一氧化碳、甲烷等可燃氣體在爐內進行燃燒。氣化劑形成的橫向氣流，使燃燒火焰產生湍流擾動作用，橫向進入爐膛的氣化劑氣體所行成的射流不斷卷吸火焰上部的可燃氣體，燃燒火焰前沿被脈動撕碎，使燃燒火焰前沿反應區(qū)變得很寬，燃燒反應表面得到很大的增加從而激發(fā)比層流燃燒強度大幾十倍的燃燒強度，可燃物通過這樣一個較寬 的燃燒反應區(qū)時就被完全燃燒、放出熱能。 氣化湍流燃燒裝臵工藝流程圖參見圖 2。 1空 氣蒸汽混合噴嘴 2冷 渣器 3汽包 4電磁 閥排水口軟化水泵圖 2氣化湍流燃燒裝臵工藝流程圖 （ 2）氣化湍流燃燒技術工作原理 氣化湍流燃燒技術就是通過特制混風裝臵將蒸汽與空氣混合后送入爐膛前端使燃煤在氣化劑作用下使燃煤氣化升成可燃氣后進行燃燒， 同時橫向進入爐膛內的氣化劑使得燃燒層流火焰產生湍流脈動擾動，火焰峰面發(fā)生彎曲形變而形成“褶皺”?；鹧娈a生“褶皺”后在波峰處氣流速度下降，壓力升高，向波谷方向壓縮，而波谷的流速加快，壓力下降 （見圖 3）。 圖 3氣化湍流燃燒原理圖 這種火焰波浪褶皺特性在爐膛內將被傳遞放大，火焰波峰更加突出，而波谷更加下陷，最終導致火焰峰面本身破裂，使氣流擾動增強，火焰峰面表面積大大增加，使燃燒火焰前沿反應區(qū)變得很亮，燃燒反應表面積增大，使燃燒反應速率比其可燃氣體和燃燒產物的混合速度快得多，即火焰折皺到哪里燃燒就到哪里，使具備著火條件的爐內可燃物充分燃盡，放出熱能。 通過混風器引入的氣化劑氣體，除了使得燃燒火焰產生脈動外還有下面四個作用： 燃燒室火焰?zhèn)鞑ニ俣葼t蕊板煙氣擾流速度火焰湍流速度混風器12uu2uu1COCH 44COCHCOCH 4 4COCH汽包 ① 氣化劑氣體橫向進入爐膛后，使不同尺寸組成的 顆粒群形成各種不同周期，振幅和方向的三元脈動隨機組合在一起的湍流渦團，這些在氣體中的顆粒在不同脈動頻率下，同一尺寸的顆粒運動軌道隨著氣流脈動頻率的增加而上下脈動也隨著增加，使得各種尺寸的顆粒相互作用而形成湍流擴散具有可燃性的顆粒具備燃燒條件時會二次燃燒，再次放出可燃組分。沒有燃燒性的顆粒會被爐排上新的燃燒層吸附而下落。 ② 燃料煤在燃燒過程中其火焰?zhèn)鳠徇^程中輻射換熱占有相當大的比例。火焰熱輻性質主要與介質的吸收和散射能力有關，在燃燒室中輻射介子主要是氣相、顆粒相、非發(fā)光和發(fā)光顆粒。氣化劑氣體橫向進入爐膛，使燃 燒