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探討工業鍋爐的節能措施
日期:2008年04月08日    閱讀人次:




    探討工業鍋爐的節能措施:一蒸汽的有效利用,二管道保溫,三熱水供暖,四區域鍋爐房集中供熱,五熱電聯產,六裕壓發電,七熱管路換熱器回收鍋爐煙道余熱等幾方面的探討工業鍋爐的節能。
關鍵詞:工業鍋爐 節能措施 蒸汽蓄熱器 管路換熱器
能源是發展國民經濟的命脈,是提高人民生活水平的重要物資基礎。隨著國民經濟的發展,對能源的需求日益增加。我國是能源資源比較豐富的國家,由于我國人口眾多,按人均的能源產量還是很低,約為世界平均水平的三分之一。因此,我國采取開發與節約并重的能源方針,把節能放在很重要的位置。由于我國能源利用水平較低,有很大的節能潛能。

工業鍋爐是我國耗能最多的設備之一,每年消耗的能源約占整個國家能源消耗的三分之一。而工業鍋爐耗能是為了生產二次能源——蒸汽或熱水。蒸汽或熱水是通過熱力管網送往各種用熱設備。鍋爐、管網和用熱設備組成了熱力系統,該系統的能源利用率等于鍋爐熱效率、管網熱效率和用熱設備熱效率的乘積,即η能=η鍋.η管.η設。由此可見,鍋爐耗能的大小不僅決定于本身熱效率的高低,而且也決定于熱力系統的能源利用率。因此,節省工業鍋爐耗能必需從鍋爐、管網和用熱設備三方面系統地考慮。

工業鍋爐效率低的重要原因是鍋爐容量太小,使能量利用率降低。我國的工業鍋爐主要用于供熱、采暖和生活,許多企事業單位只重視鍋爐本身的技術改造,提高出力和熱效率,而對能量的綜合利用考慮得較少,忽視了管網和用熱設備的滴漏散熱,結果是鍋爐愈改愈大,熱效率雖有很大的提高,但耗能卻很多,能源利用率不高。因此,要提高鍋爐的能源利用率,除了要提高工業鍋爐本身的熱效率外,還要實行工業鍋爐的供熱系統節能、軟件節能與硬件節能相結合的全方位節能策略。

軟件節能要重視并抓好燃料供應管理和運行操作人員的培訓工作。讓燃料去適應鍋爐,比改造鍋爐見效快投資少,應作為節能的主要措施。各大型企業應有技術人員負責鍋爐、管網和用熱設備的管理。司爐工應進行操作培訓,經鍋爐安全監察部門考試合格,發給操作證明后方可上崗。

硬件節能包括燃料加工(原燃的洗選、混配、篩分、破碎、成型煤等),采用新工藝、新設備,改造舊工藝、舊設備等。開展企業熱平衡,改進管網和用熱設備基礎上,對鍋爐的容量和熱效率提出合理的要求,避免改造鍋爐或更新的盲目性。

硬件節能投資大周期長,而且只有在做好軟件節能的基礎上才能發揮作用,但它是大幅度節能的根本措施。

近幾年來,自動燃油(氣)鍋爐發展很快。自動化程度高,安全性能好,對大氣環境污染少,熱效率高(燃油鍋爐的熱效率約在85%以上,燃氣鍋爐的熱效率在90%以上)。因此,工業鍋爐的節能主攻方向應放在鍋爐、管網和用熱設備組成的供熱系統上。在當前,下列幾個方面對工業鍋爐的節能有重要意義。

一、蒸汽的有效利用
蒸汽是鍋爐的產品,應嚴格按計劃使用。在有多臺鍋爐的鍋爐房,每臺鍋爐負荷(供汽量)的分配應按機組總效率最高的原則分配。鍋爐負荷先由效率高的鍋爐承擔,至滿負荷后,再由效率低的鍋爐承擔負荷。

為有效利用蒸汽,在各種情況下均不應將高壓蒸汽白白地膨脹為低壓蒸汽而未得到功的利用。應杜絕向空氣排汽,尤其在鍋爐啟動時,應盡量少向空排汽,或將這部分蒸汽利用起來。為了節省能量,鍋爐應盡量少排污,排污量應控制在5%以下,最佳為2%,盡量利用排污熱量,可裝排污擴容器或換熱器利用之。應保持疏水器正常工作。可用擴容器回收疏水器的熱量,疏水器里的蒸汽凝結水,水質好,是優質鍋爐給水,回收后可節省水處理費用。應防止各種管道、閥門漏汽漏水,總泄量不超過2~3%。應回收各種余熱和廢熱。

二、管道保溫
蒸汽管道、熱水管道及各種用熱設備都會向周圍的空氣散失熱量,另外為了安全的目的,必須對輸汽、水管道保溫。

保溫用絕熱材料應符合以下要求:

1)導熱系數低、絕熱性能好。導熱系數λ<0.12千卡/米.時.℃

2)管內介質達到最高溫度時,性能仍較穩定,而且機械性能良好,一般抗壓強度不低于3公斤/厘米2。

3)當熱介質溫度大于120℃時,保溫材料不應含有有機物和可燃物。只有當介質溫度在80℃以下時,保溫材料內可含有有機物。

4)保溫材料要求吸濕性小,對管壁無腐蝕,易于制造成型,便于安裝。

符合上述要求的保溫材料有膨脹珍珠巖、堿玻璃纖維、泡沫塑料、石棉和礦渣棉等。

保溫層的厚度一般按以下原則確定:

1)保證管道的熱損失在規定值以下。

2)保溫層表面溫度不超過55~60℃。

3)保溫層的經濟厚度為應使保溫層的費用及熱損失折合為燃料費用之和最小。

為減少蒸汽管道的散熱損失,應盡可能采用小的管徑,并縮短輸送距離,同時應使其壓降較小。在輸送蒸汽前將汽壓降低到最低必須的數值。如壓降較大,則應利用其作功。對于動力裝置,應采用高溫高壓蒸汽;對于工藝用汽,應采用低壓和小的過熱度。對供熱設備和管道進行良好的保溫是重要的節能措施。

三、熱水供暖
除了生產工藝必須使用蒸汽以外,對于供暖、通風和熱水供應等應采用熱水供熱。其主要優點是:

1)熱水供暖可以節約大量燃料20~40%。因為它沒有凝結水和二次蒸發損失。其次,熱水供暖管道散熱損失小。蒸汽供暖管道漏汽損失較大。蒸汽鍋爐需要連續和定期排污,而熱水鍋爐只需少量的定期排污。最后,熱水供暖可根據室外環境溫度的變化,靈活地對熱水進行質量調節,達到既節約燃料又保證供熱質量的要求。

2)高溫熱水供暖系統的維修費用比蒸汽供暖低。實踐證明,熱水供暖系統維修費用只是蒸汽供暖系統的1/3,維修人員可相應地減少一半。

3)熱水供暖熱半徑大,可達幾十公里,而蒸汽供暖受管道阻力損失限制,一般僅為2~3公里。

4)高溫水供暖適合于區域性供熱事業的發展。而采用區域性集中供熱不僅可以節約大量燃料,又可減少鍋爐對大氣環境的污染。

熱水采暖的缺點是外部管網的投資比蒸汽供暖要大,尤其是供水和回水的溫差較少時更為顯著。熱水采暖循環泵的容量大,消耗電能多,增加了運行費用。由于水的比重大,對于地形高度差大的地區以及高層建筑中會產生相當大的重位壓差,給系統設計和運行帶來了很大的復雜性。但是從全面衡量,熱水供暖經濟效益顯著,因此,應大力發展熱水供暖,在區域鍋爐房安裝高效率大容量的熱水鍋爐。

隨著供熱半徑的擴大,提高供水溫度是必然趨勢。提高供回水溫差可減少循環水量,降低管網費用,節省電能。但是大多數單位實際采用的供水溫度多低于100℃,根據我國目前條件,應提高供水溫度130℃系統的運行管理水平,有重點地推廣150℃。將區域鍋爐房的供回水溫差提高到0~60℃是可能的。設計管網時,選用經濟比壓降,使熱網費用最小。對于集中供熱的干管,經濟比壓降值約為40~60pa,支管內的比壓降為200~300pa。管內流速推薦1.5m/s,但不得低于0.67m/s,以免流速過低造成管道彎曲,引起過大的熱應力。

四、區域鍋爐房集中供熱
我國供熱系統基本上是采用小鍋爐分散供熱的方式,鍋爐效率低、能源利用率差、環境污染嚴重,而采用具有規模和場地的選擇比較靈活、以及不定因素少、投資少、建設周期短、能較快發揮投資效益的區域鍋爐房集中供熱可節省燃料,提高能源的利用率。區域鍋爐房集中供熱就是用高效率大容量鍋爐代替分散小鍋爐的一種集中供熱方式。集中供熱就是由一個大型的熱源通過熱力管網向一個或幾個較大區域或工業企業供熱的方式。它由熱源、熱網和熱用戶組成。

集中供熱的熱效率由鍋爐、管道和熱網三部分效率組成。由于鍋爐熱效率提高所獲得的效益足以補嘗熱網系統輸送熱量所產生的損失時,就開始節省燃料。區域鍋爐房節能的關鍵是要采用高效率的鍋爐代替分散低效率的小鍋爐,因此,區域鍋爐房的容量不能太小,至少應有容量不少于10t/h兩臺,即供熱量應在50GJ/h以上,相應的供暖面積應在20萬平方米以上。

五、熱電聯產
凝汽式發電廠的主要熱損失是汽輪排汽的熱量在凝汽器中被冷卻水帶走,無法加以利用,這部分熱損失通常占40%—60%,因而使凝汽式電廠的效率不高。如果采用熱電聯產方式,將汽輪機的排汽或抽汽用于供熱,可大大減少汽輪機的排汽損失,同時用高效率大容量的鍋爐代替低效率小鍋爐,可使能源利用率大大提高,因此能取得很大的經濟效益。可采用建設大型熱電廠、凝汽式電廠改造供熱及企業自備中小型熱電廠等熱電聯產方式。

在工業集中的地區可以建設大型熱電廠,在采暖熱負荷大的北方大中城市可以建設供暖熱電廠,在供暖季節按熱電聯產運行,在非供暖季節按凝汽方式運行。對有凝汽式機組,可采用冷凝器低真空運行或在汽輪機高低壓缸連通管上打孔抽汽的辦法供熱,可取得顯著的節能效果。

對于不具備由中心熱電廠供熱的大中型企業,當具有連續穩定的用汽量在20t/h以上時,一般均有建立自備熱電廠的條件。這類企業可以選擇20t/h次中壓鍋爐式或35t/h中壓及次高壓鍋爐,1.5MW或3MW背壓式汽輪發電機組,建立以供熱為主,發電為輔的自備熱電廠,可取得很大的經濟效益。與分散的小型工業鍋爐相比,由于鍋爐熱效率提高,熱電聯產的燃料消耗與小型鍋爐相當。在同樣的供熱條件下,利用熱電聯產,可獲得額外的電能。

自備熱電廠一般采用次中壓、中壓或次高壓背壓機組,以汽定電,以熱負荷決定發電量,機組功率可從1MW到12MW,型式多樣,機動靈活。如生產工藝要求兩種供汽壓力,則可采用抽汽背壓機組。由于背壓機組在低負荷時的效率很低,因此在選擇機組時,熱負荷一定要落實,堅持以熱定電的原則。由于采用背壓機組帶基本負荷,供電煤耗比大型凝汽式電廠更為優越,而且投資少,建設快,收效明顯等優點,應予以重視。由于供汽量不太大,供汽半徑一般不超過2~3Km,否則由于熱電廠得到的效益,大部分消耗于管路的壓降與熱損失,加上管網投資的增加,經濟上就不合算了。

六、裕壓發電
在印染、紡織、制糖、造紙、化肥、化工等許多行業,大量需要工藝用汽,但所需壓力不高,一般小于3×105Pa,而熱源供汽,包括自備鍋爐供汽或熱電廠供汽,其壓力較高,多在13×105Pa以上,因此在供汽與用汽設備之間存在一定的壓差,利用這一壓差發電的方式叫裕壓發電。它是將熱源供給的蒸汽先進入背壓汽輪機發電,再將其排汽供用熱設備使用,這樣可使熱能得充分利用,因而提高了能源利用率。

裕壓發電,具有如下一些優點:

1)背壓發電效率高,能耗低,可大量節省燃料。

2)背壓機組設備簡單,投資少, 建設快。裕壓發電的投資一般可在三年內回收,建設周期大約為一年左右,因而能較快地取得經濟效益。

3)裕壓發電成本低,經濟效益顯著,裕壓發電成本略低于電力系統發電成本,如將裕壓電供本企業使用,則與電網供電價格相比,便宜得多,能為企業取得較大的經濟效益。

4)在供電緊張地區,增加電力可增加供電的可靠性,對保證企業正常生產有很大意義。

5)裕壓發電運行和管理簡便可靠,而且不需要大量冷卻水源。

裕壓發電的經濟性與機組容量、初終參數、負荷率及利用小時數等因素有關,如設計不合理,則經濟效益大大降低,反而成為企業的負擔。

機組容量大小對裕壓發電的經濟性有影響。由于鍋爐、汽輪機效率都隨機組容量減小而降低,而單位容量的設備投資費用、運行管理費用卻隨容量減小而增大,因此機組容量不能太小,一般應大于300kW。

汽輪機參數對裕壓發電的經濟性也有影響。由于裕壓發電的初壓受到供汽壓力的限制,汽輪機排汽溫度一般都能滿足工藝使用的要求,因此對裕壓發電的初壓發電,主要是對初溫和排汽壓力可作一些選擇。當初終壓力一定時,提高初溫可使汽輪機實際發電功率增加,因而對裕壓發電的經濟性有利。因些對裕壓發電機組,宜采用過熱蒸汽,過熱汽溫采用300℃或350℃較為有利。降低汽輪機的排汽壓力對裕壓發電的經濟性影響很大,比提高初壓更為有利。當然,排汽壓力受到用汽設備對汽壓要求及輸汽管道阻力的限制,但是在設計供熱系統時,盡量降低工藝用汽設備對汽壓及管道阻力,還有不少潛力可挖。當管道阻力較大時,采用較大直徑的管道,可取得顯著的效果。

汽輪機的負荷率對裕壓發電的經濟性影響很大。裕壓發電要取得顯著的經濟效益,必須保持高的負荷率,也就是要連續穩定地維持在經濟負荷下運行。為此,在選擇機組容量時,一定要以汽定電的原則,根據基本熱負荷來確定。這樣,裕壓發電機組滿足基本熱負荷,而鍋爐容量有一定的裕度,在尖峰負荷時,由減溫減壓器補充,則可獲得更好的經濟效益。對已有裕壓發電機組,如果負荷率太低,則應設法擴大供熱范圍,增大供汽量,以提高機組的經濟性。同樣,設備的利用小時數將影響投資的回收年限,因此應保持足夠的年運行小時數。對于供采暖熱負荷的機組,設備利用率較低,則可發展吸收式制冷循環和蒸汽噴射式制冷循環,在夏季,利用熱能制冷,使全年熱負荷比較均衡。

七、熱管換熱器回收鍋爐煙道余熱
熱管是一種高效傳熱元件,由熱管組成的換熱器體積小、重量輕、傳熱功率大,流動阻力小等許多優點。熱管換熱器屬于熱流體互不接觸的表面式換熱器,作為工業鍋爐的尾部受熱面,可充分利用鍋爐的排煙余熱,提高鍋爐效率,節約能源。可用作為熱管空氣預熱器、熱管式省煤器和熱管式熱水器。熱管式空氣預熱器用來加熱燃燒用的空氣,不僅可以降低排煙損失,而且采用熱空氣可大大加強燃燒,能有效地降低灰渣含炭量和化學不完全燃燒損失,因此可大大提高工業鍋爐效率。熱管省煤器用來加熱鍋爐給水,熱管熱水器用來加熱生產和生活用的熱水,都可以提高能源的利用率,應用也很普遍。

八、蒸汽蓄熱器
蒸汽蓄熱器是利用水的蓄熱能力把熱能儲存起來的一種裝置,它是由蓄熱器本體和控制蒸汽進出自動調節閥兩個主要部分組成的。

當蒸汽使用量不大時,將剩余蒸汽以通過噴嘴進入容器,使蓄熱器內的水溫和壓力逐漸上升,直到額定壓力下的飽和溫度,完成熱能的儲存。當蒸汽使用量增大時,就由蓄熱器供汽,蓄熱器內的壓力就下降。蓄熱器的工作壓力受鍋爐壓力的限制,當鍋爐額定壓力與汽壓有很大的壓差時,蓄熱器單位容積所產生的蒸汽量就多,使用蓄熱器的經濟效益就高。在采用蓄熱器時,宜選用工作壓力較高的鍋爐,用汽部門按不同壓力分類,分別配置蒸汽管路,以提高蓄熱器工作的經濟性。

綜上所述,工業鍋爐的節能有系統節能、軟件節能與硬件節能相結合等措施。我們要有效地利用蒸汽,回收和利用余熱蒸汽。對各種管道進行保溫,利用熱管換熱器、蒸汽蓄熱器等裝置進行節能。采用熱水鍋爐供暖、區域鍋爐房集中供熱、熱電聯產和裕壓發電等方式提高能源的利用率,可取得很大的經濟效益。這里只是簡單介紹一些基本和常見的節能措施,還有很多節能措施等待我們去研究和利用。只要真正重視能源的節約和合理利用,采取各種有效措施,就可不斷地提高工業鍋爐的能源利用率,使有限的能源,發揮更大的作用,為國民經濟的發展奠定堅實的物質基礎。

 


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