燃?xì)忮仩t的節(jié)能運(yùn)行與控制技術(shù)探析

李鈺

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

近代以來(lái)隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，人類(lèi)對(duì)地球生態(tài)的影響力也越來(lái)越大，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐在燃燒時(shí)產(chǎn)生的污染物質(zhì)，會(huì)威脅到人類(lèi)的生命健康，造成環(huán)境的污染，我們必須大力保護(hù)環(huán)境，追求經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)此下文之中主要對(duì)燃?xì)忮仩t如何進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行與控制技術(shù)這一問(wèn)題展開(kāi)具體的闡述。

1 鍋爐的發(fā)展歷程及新型工業(yè)化的要求

1.1 鍋爐的發(fā)展歷程

在18世紀(jì)中葉，傳統(tǒng)燃煤鍋爐被發(fā)明，這也是鍋爐最早的起源，其燃料以燃煤為主，滿(mǎn)足人們的供暖及熱水的需求。

在20世紀(jì)中期，第二次世界大戰(zhàn)后，隨著石油資源變多，許多國(guó)家開(kāi)始廣泛采用燃油鍋爐，燃油鍋爐逐漸變?yōu)橹髁鳌?0年代石油危機(jī)導(dǎo)致石油價(jià)格變高之后，許多國(guó)家又由使用燃油鍋爐轉(zhuǎn)回使用燃煤鍋爐。因燃煤鍋爐燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污染物質(zhì)，從而對(duì)大氣造成污染，為了降低污染影響，各個(gè)廠家均對(duì)傳統(tǒng)對(duì)鍋爐進(jìn)行了改造，改造后的鍋爐稱(chēng)之為燃煤除煙塵鍋爐。

在21世紀(jì)中期，隨著環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，對(duì)鍋爐的排放要求也越來(lái)越高，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，降低二氧化硫的成分，各地區(qū)開(kāi)始使用生物質(zhì)鍋爐。

在煤改氣初期，隨著國(guó)家環(huán)保要求的進(jìn)一步提升，小型燃煤鍋爐逐漸無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)保需求，在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排、綠色環(huán)保的政策影響下，小型燃煤鍋爐逐漸淘汰，而能夠滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保需求的燃?xì)忮仩t逐漸成為主流。燃?xì)忮仩t具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，符合了國(guó)家所提倡的節(jié)能環(huán)保觀念。

在新能源推行階段，國(guó)家質(zhì)檢局大力推廣燃?xì)饫淠仩t，節(jié)能環(huán)保已是大勢(shì)所趨。因全預(yù)混變頻冷凝鍋爐具有效率更高、更智能、資源消耗低的特點(diǎn)，全預(yù)混變頻冷凝鍋爐的使用也越來(lái)越廣。

1.2 新型工業(yè)化對(duì)燃?xì)忮仩t的要求

關(guān)于工業(yè)方面，在十九屆五中全會(huì)上黨中央已經(jīng)明確指出“2035年實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的目標(biāo)”。新型工業(yè)化，要求我們堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路。而鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，一直以來(lái)都有著能耗高、污染大的顯著特征，對(duì)于新型工業(yè)化而言，鍋爐的節(jié)能環(huán)保技術(shù)是不可或缺的一部分。

鍋爐作為傳統(tǒng)供熱的核心設(shè)備，在能源、化工、基礎(chǔ)民生等各個(gè)行業(yè)中都有它的身影。而在各種鍋爐中，燃?xì)忮仩t具有污染物排放少、燃燒熱效率高、安全性能高、運(yùn)行維護(hù)方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，不僅可以為企業(yè)節(jié)能減排帶來(lái)顯著成效，還能為企業(yè)降低成本，增加利潤(rùn)，在工業(yè)生產(chǎn)和供熱供暖方面應(yīng)用尤其廣泛[1]。

燃?xì)忮仩t工業(yè)行業(yè)的健康發(fā)展，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的要素之一。近年來(lái)，政府通過(guò)一系列的政策支持及相關(guān)法律法規(guī)約束，以及地方政府的直接性經(jīng)濟(jì)支持，來(lái)推動(dòng)并且鼓勵(lì)燃?xì)忮仩t企業(yè)在節(jié)能、環(huán)保技術(shù)上的不斷投入，共同使污染較大、資源消耗高的落后企業(yè)產(chǎn)能逐步退出。按照節(jié)能環(huán)保、綠色高效、資源消耗低的新型工業(yè)化發(fā)展要求，國(guó)家通過(guò)各種手段來(lái)引導(dǎo)探究燃?xì)忮仩t節(jié)能的先進(jìn)技術(shù)，不斷推動(dòng)燃?xì)忮仩t工業(yè)的產(chǎn)業(yè)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，從而減少能源的損耗和污染的排放、提高資源綜合利用率[2]。由此可見(jiàn)，燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行技術(shù)目前仍有非常廣闊的發(fā)展 空間。

2 燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行措施

針對(duì)我國(guó)目前整個(gè)燃?xì)忮仩t行業(yè)能耗較高的現(xiàn)狀，本文將介紹燃?xì)忮仩t節(jié)能降耗的一些常見(jiàn)措施。燃?xì)忮仩t的節(jié)能運(yùn)行的措施多種多樣，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 降低燃?xì)忮仩t排煙熱損失

燃?xì)忮仩t中排煙溫度越高，排煙熱損失越大。一般排煙溫度每提高15℃，排煙熱損失q2將提高1%。為了充分利用熱能，必須通過(guò)合理布置低溫?fù)Q熱器和空氣預(yù)熱器，來(lái)充分利用系統(tǒng)末端熱能，從而降低排煙溫度，減少熱損失[3]。

另外，如果鍋爐的過(guò)剩空氣系數(shù)較大，則會(huì)導(dǎo)致排煙氣量增加，煙氣量的增加會(huì)直接導(dǎo)致鍋爐的熱損失增加。為了降低此部分熱損失，就必須降低鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)，一方面，我們可以通過(guò)各種手段減少爐墻煙道各處的漏風(fēng)，另一方面，我們可以在通過(guò)在尾部裝設(shè)二氧化碳或氧氣分析儀來(lái)判斷系統(tǒng)空氣過(guò)量情況，同時(shí)選擇具有比例調(diào)節(jié)功能的先進(jìn)燃燒器，將鍋爐空氣系數(shù)自動(dòng)維持在一個(gè)合適的低區(qū)間，從而降低鍋爐排煙熱損失。

2.2 避免燃?xì)忮仩t燃燒器頻繁啟停

在使用燃?xì)忮仩t時(shí)要注意，燃?xì)忮仩t的燃燒器一定不要頻繁地進(jìn)行啟動(dòng)和停止。燃?xì)忮仩t頻繁啟停不但會(huì)影響到機(jī)器的使用壽命，還會(huì)造成燃燒熱損失，因?yàn)槿細(xì)忮仩t燃燒器在每次啟動(dòng)前為了防止?fàn)t膛內(nèi)原來(lái)積存的可燃性氣體遇到明火時(shí)爆燃，根據(jù)每種燃?xì)忮仩t型號(hào)不同，需要的吹風(fēng)時(shí)間會(huì)在三十秒到兩分鐘之間不等，在此之后燃?xì)忮仩t的火焰配比也需要穩(wěn)定時(shí)間，而這段時(shí)間內(nèi)燃?xì)忮仩t燃?xì)馀c空氣無(wú)法達(dá)到最佳配比，造成燃料的低效浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)鍋爐壽命造成不利影響。選用合適的燃燒器，合理控制鍋爐的負(fù)荷，是避免燃燒器頻繁啟停的有效措施。

2.3 定期對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)

為了保持燃?xì)忮仩t的正常使用壽命，需要安排專(zhuān)業(yè)人員定期對(duì)鍋爐進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，這樣不僅可以提前排查出燃?xì)忮仩t運(yùn)行中存在的安全隱患，及時(shí)發(fā)現(xiàn)盡早排除，同時(shí)可以使鍋爐維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而降低能耗。

在對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行維護(hù)時(shí)，應(yīng)按照鍋爐維護(hù)手冊(cè)，根據(jù)廠家指導(dǎo)意見(jiàn)，采用正確的操作方法，來(lái)對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行細(xì)致的維護(hù)和保養(yǎng)。定期清理煙道，避免積灰造成鍋爐煙氣系統(tǒng)換熱效率下降。定期清理鍋爐鍋筒及汽水管道，避免因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行加上鍋爐進(jìn)水水質(zhì)較差，含鈣鎂離子硬度偏高，而藥品投加不足的問(wèn)題導(dǎo)致鍋筒和管道內(nèi)壁結(jié)垢，水垢會(huì)加大換熱面厚度，阻礙鍋爐煙氣與水的換熱，降低換熱效率[4]。

另外，鍋爐燃燒器運(yùn)行狀態(tài)不好時(shí)，燃?xì)獠煌耆紵龝?huì)導(dǎo)致鍋爐積炭，長(zhǎng)時(shí)間不清洗也會(huì)導(dǎo)致鍋爐熱效率降低。與此同時(shí)，燃燒器未調(diào)試到最佳，燃?xì)?空氣配比不合理，也會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分或者過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，從而使鍋爐運(yùn)行效率降低。運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)在充分熟悉鍋爐維護(hù)與保養(yǎng)知識(shí)的前提下，多總結(jié)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)地保養(yǎng)維護(hù)鍋爐，不僅可以延長(zhǎng)鍋爐使用壽命，還可以讓鍋爐始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，最大化地提高鍋爐效率，從而有效降低能耗，提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 燃?xì)忮仩t進(jìn)行低氮改造

根據(jù)目前新型工業(yè)化提出的節(jié)能、環(huán)保的要求，為了執(zhí)行國(guó)家最新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，燃?xì)忮仩t進(jìn)行低氮改造也是大勢(shì)所趨。而若想進(jìn)行低氮改造，首先需要進(jìn)行燃?xì)忮仩t本體改造，對(duì)燃?xì)忮仩t的本體進(jìn)行進(jìn)一步的升級(jí)和優(yōu)化，升級(jí)后的爐膛容量更大，不僅可成為天然氣的最佳燃燒環(huán)境，還能有效抑制氮氧化物的產(chǎn)生，從而達(dá)到降低氮氧化物排放的目的。

其次是進(jìn)行燃?xì)忮仩t燃燒器低氮改造，燃燒器是燃?xì)忮仩t低氮改造的重點(diǎn)部件，燃燒器的好壞直接影響到鍋爐的低氮達(dá)標(biāo)排放和運(yùn)行效率。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行燃?xì)忮仩t低氮改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求和鍋爐本身情況，選擇國(guó)內(nèi)外知名的低氮燃燒器品牌。任何一種低氮燃燒技術(shù)實(shí)質(zhì)都是對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行管控的技術(shù)，通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程的精準(zhǔn)控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，也可進(jìn)一步提高鍋爐運(yùn)行效率，降低能耗。

3 最新的燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行技術(shù)探析

3.1 全預(yù)混變頻冷凝技術(shù)

3.1.1 全預(yù)混變頻冷凝鍋爐與傳統(tǒng)鍋爐區(qū)別

第一，熱效率不同，普通鍋爐的熱效率一般最高在94%左右，比全預(yù)混變頻冷凝鍋爐的熱效率的108%左右約低14%。與普通鍋爐對(duì)比，冷凝式鍋爐增加了尾部煙氣冷凝余熱回收裝置，通過(guò)該裝置來(lái)吸收鍋爐尾部排煙中的顯熱和水蒸氣凝結(jié)所釋放的潛能，以達(dá)到提高鍋爐熱效率的目的。

第二，導(dǎo)熱性和腐蝕性能不同，目前最新技術(shù)的全預(yù)混變頻冷凝低氮鍋爐材質(zhì)大部分都是鑄硅鋁，鑄硅鋁材質(zhì)是由硅和鋁組成的二元合金，具有熱導(dǎo)性能好、強(qiáng)度和剛度高的特點(diǎn)，同時(shí)可以有效防止酸性腐蝕和氧蝕，從而提高了鍋爐的使用壽命。其導(dǎo)熱性能比普通鍋爐用的鋼或鑄鐵高六倍，可有效提高鍋爐換熱效率。

第三，體積與重量的不同，普通鍋爐大多采用焊接技術(shù)，體積大、重量重，全預(yù)混變頻冷凝鍋爐都是模塊鍋爐，體積小、重量輕，占用面積更小[5]。

第四，有更大的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和更精確的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度。傳統(tǒng)鍋爐為傳統(tǒng)二段火調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，由伺候風(fēng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)門(mén)執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度控制鍋爐空氣供應(yīng)量；而全預(yù)混變頻冷凝鍋爐配置直流變頻風(fēng)機(jī)與比調(diào)燃?xì)忾y組，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與鍋爐功率輸出線性比例調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)范圍可以從15%～100%，調(diào)節(jié)范圍更大。

3.1.2 全預(yù)混變頻冷凝鍋爐技術(shù)探析

全預(yù)混變頻冷凝鍋爐中的全預(yù)混技術(shù)，是指把燃料與空氣在預(yù)混腔中按照比例進(jìn)行攪散混合，讓燃料與空氣充分融合，然后進(jìn)入燃燒室噴嘴，這樣不僅可以使燃料在燃?xì)忮仩t中燃燒的速度更快，還能讓燃?xì)忮仩t的工作效率變得更高。天然氣充分燃燒的同時(shí)，降低空氣需求量，有效降低過(guò)量空氣系數(shù)，同時(shí)使煙氣盡早進(jìn)入冷凝階段，變?yōu)樗魵?，提高燃?xì)忮仩t燃料的充分利用率，減少鍋爐燃燒時(shí)的能耗，提高燃燒時(shí)的熱效率。同時(shí)可以降低火焰極端溫度，以此來(lái)減少氮氧化物的產(chǎn)生。

冷凝式鍋爐選用了保溫效果好的外殼和密封效果強(qiáng)的材料，冷凝式鍋爐在設(shè)計(jì)思想上與傳統(tǒng)的鍋爐的設(shè)計(jì)思想相差較大。傳統(tǒng)鍋爐為了避免尾部煙氣腐蝕，一般會(huì)盡量避免尾部煙氣冷凝，而冷凝式鍋爐設(shè)計(jì)會(huì)要求鍋爐具備冷凝式熱交換受熱面，這也對(duì)鍋爐耐腐蝕技術(shù)提出了更高要求。采用冷凝式鍋爐不僅可以使燃?xì)庠诟邷叵屡c空氣混合燃燒產(chǎn)生的水蒸氣凝結(jié)成水，還可以把煙氣中含有的有害物質(zhì)除去[6]。

通過(guò)以上一系列的技術(shù)措施，使全預(yù)混變頻冷凝鍋爐具有了智能高效、節(jié)能環(huán)保、資源利用率高的特點(diǎn)，是滿(mǎn)足新型工業(yè)化發(fā)展的目標(biāo)，符合國(guó)家先進(jìn)技術(shù)發(fā)展方向的燃?xì)忮仩t行業(yè)先進(jìn)產(chǎn)品。

3.2 氣候補(bǔ)償技術(shù)

氣候補(bǔ)償技術(shù)是一種綜合了溫度傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等儀表的新型自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)。氣候補(bǔ)償器能夠根據(jù)室外溫度變化情況，以及用戶(hù)設(shè)定不同時(shí)間對(duì)室內(nèi)溫度的不同需求，計(jì)算確定出合適的供水溫度，并自動(dòng)控制室外管網(wǎng)熱水流量，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t供水溫度隨室外溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免使室溫過(guò)高而造成能源浪費(fèi)。氣候補(bǔ)償器的工作原理是在板式換熱器一次網(wǎng)的供水主管路上安裝一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，通過(guò)室外傳感器接收室外環(huán)境溫度，根據(jù)溫度信息及提前設(shè)定好的室內(nèi)溫度需求，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的大小，從而來(lái)自動(dòng)控制鍋爐供水溫度，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的供水溫度的氣候補(bǔ)償。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)中安裝氣候補(bǔ)償器，可節(jié)約燃?xì)?0%以上，這種最新的節(jié)能措施值得我們更加重視，并大力推廣。

3.3 鍋爐群控技術(shù)

鍋爐群控技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件強(qiáng)大的監(jiān)控及管理功能，對(duì)鍋爐房中所有的鍋爐及輔機(jī)相關(guān)參數(shù)，以及其他關(guān)鍵的熱工參數(shù)統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)精確地控制使鍋爐的產(chǎn)熱量量跟實(shí)際的用戶(hù)需熱量相匹配，在盡量減少鍋爐的啟停臺(tái)數(shù)的前提下，保證鍋爐出力滿(mǎn)足用戶(hù)需求。與此同時(shí)，利用目前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信能力將各個(gè)鍋爐房監(jiān)控的內(nèi)容及數(shù)據(jù)上傳到總控制室，并對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存檔，為企業(yè)管理決策提供最直接的第一手資料，為后續(xù)熱力系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)建立堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在鍋爐群控技術(shù)中，供熱系統(tǒng)由熱源、熱力網(wǎng)管和熱用戶(hù)等三部分組成，控制中心對(duì)各鍋爐運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行控制、供暖溫度的氣候補(bǔ)償計(jì)算與控制等功能，使鍋爐房成為新一代節(jié)約型能源中心[7]。

3.4 根除管網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)的節(jié)能運(yùn)行技術(shù)探析

目前，在間接供熱的一次水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)的同時(shí)保持水力平衡是非常困難的事，這是因?yàn)閷?shí)施變流量調(diào)節(jié)時(shí)水力平衡會(huì)被破壞。要保持水力平衡，就不能頻繁地進(jìn)行變流量調(diào)節(jié)，因此一般供熱調(diào)節(jié)都采用定流量加質(zhì)調(diào)節(jié)的方式運(yùn)行，很多熱網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)，無(wú)法調(diào)控，這就使自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行效果大打折扣。而造成這一切的根本原因，就是沒(méi)有使用能自動(dòng)保持水力平衡的調(diào)控設(shè)備。恒流量調(diào)節(jié)閥就是能夠自動(dòng)保持平衡的調(diào)控設(shè)備，不僅可以顯著降低一次網(wǎng)循環(huán)泵的電量消耗，還可以大大提高熱網(wǎng)的輸送效率。在裝備熱網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的管網(wǎng)中，與變速循環(huán)泵配合，就能實(shí)施依據(jù)氣候變化實(shí)時(shí)按需供熱的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制[8]，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)變流量變溫差的高效節(jié)能運(yùn)行，燃?xì)忮仩t運(yùn)行的節(jié)能率一般都在30% 以上。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們要響應(yīng)“新型工業(yè)化”的號(hào)召，為了做好燃?xì)忮仩t的節(jié)能、環(huán)保工作，在探討燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行技術(shù)時(shí)，我們不僅做到掌握好各個(gè)環(huán)節(jié)的常規(guī)節(jié)能技術(shù)要領(lǐng)，還要能積極采用全預(yù)混變頻冷凝鍋爐以及其他各種燃?xì)忮仩t方面的先進(jìn)前沿技術(shù)。除此之外，在燃?xì)忮仩t的節(jié)能運(yùn)行整個(gè)工作流程中，運(yùn)行及維護(hù)人員也應(yīng)深入學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)節(jié)能技術(shù)，多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并用于生產(chǎn)實(shí)踐中。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的終極目標(biāo)，我們要持續(xù)探索研究燃?xì)忮仩t節(jié)能先進(jìn)技術(shù)，不斷地提高燃?xì)忮仩t的能源利用率，使有限的能源發(fā)揮出更大的作用，從而實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化中所要求的節(jié)能環(huán)保、資源消耗較低、創(chuàng)收的經(jīng)濟(jì)效益較好、科技方面含量高的道路。