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工业锅炉的节能措施
      能源是发展国民经济的命脉,是提高人民生活水平的重要物资基础。随着国民经济的发展,对能源的需求日益增加。我国是能源资源比较丰富的国家,由于我国人口众多,按人均的能源产量还是很低,约为世界平均水平的三分之一。因此,我国采取开发与节约并重的能源方针,把节能放在很重要的位置。由于我国能源利用水平较低,有很大的节能潜能。 
      工业锅炉是我国耗能最多的设备之一,每年消耗的能源约占整个国家能源消耗的三分之一。而工业锅炉耗能是为了生产二次能源——蒸汽或热水。蒸汽或热水是通过热力管网送往各种用热设备。锅炉、管网和用热设备组成了热力系统,该系统的能源利用率等于锅炉热效率、管网热效率和用热设备热效率的乘积,即η能=η锅.η管.η设。由此可见,锅炉耗能的大小不仅决定于本身热效率的高低,而且也决定于热力系统的能源利用率。因此,节省工业锅炉耗能必需从锅炉、管网和用热设备三方面系统地考虑。 
      工业锅炉效率低的重要原因是锅炉容量太小,使能量利用率降低。我国的工业锅炉主要用于供热、采暖和生活,许多企事业单位只重视锅炉本身的技术改造,提高出力和热效率,而对能量的综合利用考虑得较少,忽视了管网和用热设备的滴漏散热,结果是锅炉愈改愈大,热效率虽有很大的提高,但耗能却很多,能源利用率不高。因此,要提高锅炉的能源利用率,除了要提高工业锅炉本身的热效率外,还要实行工业锅炉的供热系统节能、软件节能与硬件节能相结合的全方位节能策略。
      软件节能要重视并抓好燃料供应管理和运行操作人员的培训工作。让燃料去适应锅炉,比改造锅炉见效快投资少,应作为节能的主要措施。各大型企业应有技术人员负责锅炉、管网和用热设备的管理。司炉工应进行操作培训,经锅炉安全监察部门考试合格,发给操作证明后方可上岗。 
      硬件节能包括燃料加工(原燃的洗选、混配、筛分、破碎、成型煤等),采用新工艺、新设备,改造旧工艺、旧设备等。开展企业热平衡,改进管网和用热设备基础上,对锅炉的容量和热效率提出合理的要求,避免改造锅炉或更新的盲目性。 
      硬件节能投资大周期长,而且只有在做好软件节能的基础上才能发挥作用,但它是大幅度节能的根本措施。 
      近几年来,自动燃油(气)锅炉发展很快。自动化程度高,安全性能好,对大气环境污染少,热效率高(燃油锅炉的热效率约在85%以上,燃气锅炉的热效率在90%以上)。因此,工业锅炉的节能主攻方向应放在锅炉、管网和用热设备组成的供热系统上。在当前,下列几个方面对工业锅炉的节能有重要意义。 
 一、蒸汽的有效利用 
     蒸汽是锅炉的产品,应严格按计划使用。在有多台锅炉的锅炉房,每台锅炉负荷(供汽量)的分配应按机组总效率最高的原则分配。锅炉负荷先由效率高的锅炉承担,至满负荷后,再由效率低的锅炉承担负荷。 
     为有效利用蒸汽,在各种情况下均不应将高压蒸汽白白地膨胀为低压蒸汽而未得到功的利用。应杜绝向空气排汽,尤其在锅炉启动时,应尽量少向空排汽,或将这部分蒸汽利用起来。为了节省能量,锅炉应尽量少排污,排污量应控制在5%以下,最佳为2%,尽量利用排污热量,可装排污扩容器或换热器利用之。应保持疏水器正常工作。可用扩容器回收疏水器的热量,疏水器里的蒸汽凝结水,水质好,是优质锅炉给水,回收后可节省水处理费用。应防止各种管道、阀门漏汽漏水,总泄量不超过2~3%。应回收各种余热和废热。 
二、管道保温 
     蒸汽管道、热水管道及各种用热设备都会向周围的空气散失热量,另外为了安全的目的,必须对输汽、水管道保温。 
     保温用绝热材料应符合以下要求: 
     1)导热系数低、绝热性能好。导热系数λ<0。12千卡/米。时。℃ 
     2)管内介质达到最高温度时,性能仍较稳定,而且机械性能良好,一般抗压强度不低于3公斤/厘米2。 
     3)当热介质温度大于120℃时,保温材料不应含有有机物和可燃物。只有当介质温度在80℃以下时,保温材料内可含有有机物。 
     4)保温材料要求吸湿性小,对管壁无腐蚀,易于制造成型,便于安装。 
     符合上述要求的保温材料有膨胀珍珠岩、碱玻璃纤维、泡沫塑料、石棉和矿渣棉等。 
     保温层的厚度一般按以下原则确定: 
     1)保证管道的热损失在规定值以下。 
     2)保温层表面温度不超过55~60℃。 
     3)保温层的经济厚度为应使保温层的费用及热损失折合为燃料费用之和最小。 
     为减少蒸汽管道的散热损失,应尽可能采用小的管径,并缩短输送距离,同时应使其压降较小。在输送蒸汽前将汽压降低到最低必须的数值。如压降较大,则应利用其作功。对于动力装置,应采用高温高压蒸汽;对于工艺用汽,应采用低压和小的过热度。对供热设备和管道进行良好的保温是重要的节能措施。 
三、热水供暖 
     除了生产工艺必须使用蒸汽以外,对于供暖、通风和热水供应等应采用热水供热。其主要优点是: 
     1)热水供暖可以节约大量燃料20~40%。因为它没有凝结水和二次蒸发损失。其次,热水供暖管道散热损失小。蒸汽供暖管道漏汽损失较大。蒸汽锅炉需要连续和定期排污,而热水锅炉只需少量的定期排污。最后,热水供暖可根据室外环境温度的变化,灵活地对热水进行质量调节,达到既节约燃料又保证供热质量的要求。 
     2)高温热水供暖系统的维修费用比蒸汽供暖低。实践证明,热水供暖系统维修费用只是蒸汽供暖系统的1/3,维修人员可相应地减少一半。 
     3)热水供暖热半径大,可达几十公里,而蒸汽供暖受管道阻力损失限制,一般仅为2~3公里。 
     4)高温水供暖适合于区域性供热事业的发展。而采用区域性集中供热不仅可以节约大量燃料,又可减少锅炉对大气环境的污染。 
     热水采暖的缺点是外部管网的投资比蒸汽供暖要大,尤其是供水和回水的温差较少时更为显著。热水采暖循环泵的容量大,消耗电能多,增加了运行费用。由于水的比重大,对于地形高度差大的地区以及高层建筑中会产生相当大的重位压差,给系统设计和运行带来了很大的复杂性。但是从全面衡量,热水供暖经济效益显著,因此,应大力发展热水供暖,在区域锅炉房安装高效率大容量的热水锅炉。 
     随着供热半径的扩大,提高供水温度是必然趋势。提高供回水温差可减少循环水量,降低管网费用,节省电能。但是大多数单位实际采用的供水温度多低于100℃,根据我国目前条件,应提高供水温度130℃系统的运行管理水平,有重点地推广150℃。将区域锅炉房的供回水温差提高到0~60℃是可能的。设计管网时,选用经济比压降,使热网费用最小。对于集中供热的干管,经济比压降值约为40~60pa,支管内的比压降为200~300pa。管内流速推荐1.5m/s,但不得低于0.67m/s,以免流速过低造成管道弯曲,引起过大的热应力。 
四、区域锅炉房集中供热 
     我国供热系统基本上是采用小锅炉分散供热的方式,锅炉效率低、能源利用率差、环境污染严重,而采用具有规模和场地的选择比较灵活、以及不定因素少、投资少、建设周期短、能较快发挥投资效益的区域锅炉房集中供热可节省燃料,提高能源的利用率。区域锅炉房集中供热就是用高效率大容量锅炉代替分散小锅炉的一种集中供热方式。集中供热就是由一个大型的热源通过热力管网向一个或几个较大区域或工业企业供热的方式。它由热源、热网和热用户组成。 
     集中供热的热效率由锅炉、管道和热网三部分效率组成。由于锅炉热效率提高所获得的效益足以补尝热网系统输送热量所产生的损失时,就开始节省燃料。区域锅炉房节能的关键是要采用高效率的锅炉代替分散低效率的小锅炉,因此,区域锅炉房的容量不能太小,至少应有容量不少于10t/h两台,即供热量应在50GJ/h以上,相应的供暖面积应在20万平方米以上。 
五、热电联产 
     凝汽式发电厂的主要热损失是汽轮排汽的热量在凝汽器中被冷却水带走,无法加以利用,这部分热损失通常占40%—60%,因而使凝汽式电厂的效率不高。如果采用热电联产方式,将汽轮机的排汽或抽汽用于供热,可大大减少汽轮机的排汽损失,同时用高效率大容量的锅炉代替低效率小锅炉,可使能源利用率大大提高,因此能取得很大的经济效益。可采用建设大型热电厂、凝汽式电厂改造供热及企业自备中小型热电厂等热电联产方式。 
     在工业集中的地区可以建设大型热电厂,在采暖热负荷大的北方大中城市可以建设供暖热电厂,在供暖季节按热电联产运行,在非供暖季节按凝汽方式运行。对有凝汽式机组,可采用冷凝器低真空运行或在汽轮机高低压缸连通管上打孔抽汽的办法供热,可取得显著的节能效果。 
     对于不具备由中心热电厂供热的大中型企业,当具有连续稳定的用汽量在20t/h以上时,一般均有建立自备热电厂的条件。这类企业可以选择20t/h次中压锅炉式或35t/h中压及次高压锅炉,1。5MW或3MW背压式汽轮发电机组,建立以供热为主,发电为辅的自备热电厂,可取得很大的经济效益。与分散的小型工业锅炉相比,由于锅炉热效率提高,热电联产的燃料消耗与小型锅炉相当。在同样的供热条件下,利用热电联产,可获得额外的电能。 
     自备热电厂一般采用次中压、中压或次高压背压机组,以汽定电,以热负荷决定发电量,机组功率可从1MW到12MW,型式多样,机动灵活。如生产工艺要求两种供汽压力,则可采用抽汽背压机组。由于背压机组在低负荷时的效率很低,因此在选择机组时,热负荷一定要落实,坚持以热定电的原则。由于采用背压机组带基本负荷,供电煤耗比大型凝汽式电厂更为优越,而且投资少,建设快,收效明显等优点,应予以重视。由于供汽量不太大,供汽半径一般不超过2~3Km,否则由于热电厂得到的效益,大部分消耗于管路的压降与热损失,加上管网投资的增加,经济上就不合算了。 
六、裕压发电 
     在印染、纺织、制糖、造纸、化肥、化工等许多行业,大量需要工艺用汽,但所需压力不高,一般小于3×105Pa,而热源供汽,包括自备锅炉供汽或热电厂供汽,其压力较高,多在13×105Pa以上,因此在供汽与用汽设备之间存在一定的压差,利用这一压差发电的方式叫裕压发电。它是将热源供给的蒸汽先进入背压汽轮机发电,再将其排汽供用热设备使用,这样可使热能得充分利用,因而提高了能源利用率。 
     裕压发电,具有如下一些优点: 
     1)背压发电效率高,能耗低,可大量节省燃料。 
     2)背压机组设备简单,投资少, 建设快。裕压发电的投资一般可在三年内回收,建设周期大约为一年左右,因而能较快地取得经济效益。 
     3)裕压发电成本低,经济效益显著,裕压发电成本略低于电力系统发电成本,如将裕压电供本企业使用,则与电网供电价格相比,便宜得多,能为企业取得较大的经济效益。 
     4)在供电紧张地区,增加电力可增加供电的可靠性,对保证企业正常生产有很大意义。 
     5)裕压发电运行和管理简便可靠,而且不需要大量冷却水源。 
     裕压发电的经济性与机组容量、初终参数、负荷率及利用小时数等因素有关,如设计不合理,则经济效益大大降低,反而成为企业的负担。 
     机组容量大小对裕压发电的经济性有影响。由于锅炉、汽轮机效率都随机组容量减小而降低,而单位容量的设备投资费用、运行管理费用却随容量减小而增大,因此机组容量不能太小,一般应大于300kW。 
     汽轮机参数对裕压发电的经济性也有影响。由于裕压发电的初压受到供汽压力的限制,汽轮机排汽温度一般都能满足工艺使用的要求,因此对裕压发电的初压发电,主要是对初温和排汽压力可作一些选择。当初终压力一定时,提高初温可使汽轮机实际发电功率增加,因而对裕压发电的经济性有利。因些对裕压发电机组,宜采用过热蒸汽,过热汽温采用300℃或350℃较为有利。降低汽轮机的排汽压力对裕压发电的经济性影响很大,比提高初压更为有利。当然,排汽压力受到用汽设备对汽压要求及输汽管道阻力的限制,但是在设计供热系统时,尽量降低工艺用汽设备对汽压及管道阻力,还有不少潜力可挖。当管道阻力较大时,采用较大直径的管道,可取得显著的效果。 
    汽轮机的负荷率对裕压发电的经济性影响很大。裕压发电要取得显著的经济效益,必须保持高的负荷率,也就是要连续稳定地维持在经济负荷下运行。为此,在选择机组容量时,一定要以汽定电的原则,根据基本热负荷来确定。这样,裕压发电机组满足基本热负荷,而锅炉容量有一定的裕度,在尖峰负荷时,由减温减压器补充,则可获得更好的经济效益。对已有裕压发电机组,如果负荷率太低,则应设法扩大供热范围,增大供汽量,以提高机组的经济性。同样,设备的利用小时数将影响投资的回收年限,因此应保持足够的年运行小时数。对于供采暖热负荷的机组,设备利用率较低,则可发展吸收式制冷循环和蒸汽喷射式制冷循环,在夏季,利用热能制冷,使全年热负荷比较均衡。 
七、热管换热器回收锅炉烟道余热 
    热管是一种高效传热元件,由热管组成的换热器体积小、重量轻、传热功率大,流动阻力小等许多优点。热管换热器属于热流体互不接触的表面式换热器,作为工业锅炉的尾部受热面,可充分利用锅炉的排烟余热,提高锅炉效率,节约能源。可用作为热管空气预热器、热管式省煤器和热管式热水器。热管式空气预热器用来加热燃烧用的空气,不仅可以降低排烟损失,而且采用热空气可大大加强燃烧,能有效地降低灰渣含炭量和化学不完全燃烧损失,因此可大大提高工业锅炉效率。热管省煤器用来加热锅炉给水,热管热水器用来加热生产和生活用的热水,都可以提高能源的利用率,应用也很普遍。 
八、蒸汽蓄热器 
    蒸汽蓄热器是利用水的蓄热能力把热能储存起来的一种装置,它是由蓄热器本体和控制蒸汽进出自动调节阀两个主要部分组成的。 
    当蒸汽使用量不大时,将剩余蒸汽以通过喷嘴进入容器,使蓄热器内的水温和压力逐渐上升,直到额定压力下的饱和温度,完成热能的储存。当蒸汽使用量增大时,就由蓄热器供汽,蓄热器内的压力就下降。蓄热器的工作压力受锅炉压力的限制,当锅炉额定压力与汽压有很大的压差时,蓄热器单位容积所产生的蒸汽量就多,使用蓄热器的经济效益就高。在采用蓄热器时,宜选用工作压力较高的锅炉,用汽部门按不同压力分类,分别配置蒸汽管路,以提高蓄热器工作的经济性。 
    综上所述,工业锅炉的节能有系统节能、软件节能与硬件节能相结合等措施。我们要有效地利用蒸汽,回收和利用余热蒸汽。对各种管道进行保温,利用热管换热器、蒸汽蓄热器等装置进行节能。采用热水锅炉供暖、区域锅炉房集中供热、热电联产和裕压发电等方式提高能源的利用率,可取得很大的经济效益。这里只是简单介绍一些基本和常见的节能措施,还有很多节能措施等待我们去研究和利用。只要真正重视能源的节约和合理利用,采取各种有效措施,就可不断地提高工业锅炉的能源利用率,使有限的能源,发挥更大的作用,为国民经济的发展奠定坚实的物质基础。
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