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摘 要：针对当前工业锅炉能耗与排污严重问题，从高效清洁燃烧技术选择、燃烧系统优化、信息化控制、蒸汽的有效利用、热管换热器回收锅炉烟道余热、提高人员意识等方面探讨了我国工业锅炉节能减排问题。
关键词：工业锅炉；节能减排；燃烧技术；蒸汽品质；热管利用
引言
“节能减排”是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。工业锅炉是我国能源消耗和污染大户，如何提高工业锅炉节能水平，是实现我国“节能减排”政策的重要保障。
1采用高效清洁燃烧技术
1.1循环流化床锅炉。该技术综合了鼓泡床和高速汽化床锅炉的优点，克服了高速床磨损严重、高温分离结构复杂、难于控制的缺点。循环流化床锅炉适用的燃料为工业煤矸石、烟煤、贫煤等，燃烧效率为89%～92%，容量35～130蒸吨。1台75蒸吨锅炉每年节煤1万吨，一年减少CO2排放1.69万吨，寿命期内可减排CO225.42万吨。
1.2抛煤机燃烧锅炉。抛煤机链条炉排锅炉是抛煤机和链条炉排相结合的产物。在抛煤燃烧过程中，煤粒细屑抛入炉膛时呈半悬浮燃烧，较大颗粒落到炉排上继续进行层状燃烧。此种燃烧具有着火条件优越、燃烧热、强度高、煤种适应范围广等优点。还配有二次风及飞灰回燃装置以充分燃烬及减少飞灰不完全燃烧热损失，提高运行效率，减少污染排放。与链条炉排相比，此种锅炉的炉排热强度、炉膛热强度及燃烧效率都比较高。锅炉热效率大于84%，容量为10～30蒸吨。1台75蒸吨锅炉每年节煤8100吨，年减少CO2排放1.33万吨，寿命期内可减少CO2排放19.97万吨。
1.3振动炉排锅炉。振动炉排是一种全机械化、能自动拨火、分段送风的平面式燃烧系统。该炉燃烧采用烟煤时可显著提高热效率，每年可节煤500吨，年减少CO2排放827吨，寿命期内可减少CO2排放1.24万吨。
1.4翻转炉排锅炉。翻转炉排是一种用推力送料，类似于往复炉排的燃烧设备，属于一种水冷式层状燃烧装置。适用范围广，可燃用烟煤、无烟煤、褐煤或各种废料及垃圾。此种炉排与链条炉排相比，制造成本低、燃烧充分、热效率高、水冷结构、炉排寿命长。热效率可达80%～82%，锅炉容量可达4～20蒸吨。1台6蒸吨翻转炉排锅炉，每年可节煤400吨，年减少CO2排放约666吨，寿命期内可减排CO2近1万吨。
2锅炉燃烧系统的优化
2.1采取均匀分层给煤技术。由于我国煤炭管理环节粗放，我们所用的燃煤是未经筛分分选的宽筛分燃煤，煤粒粒度大的可达40mm以上，另外还有40%左右的粒径是小于3mm的粉末煤，超过层燃炉对燃煤粒度的要求，原来的给煤机构为煤闸板式，燃煤经煤闸板挤压后形成的煤层非常密实，大颗粒煤之间的间隙被细煤填满，造成通风困难，在开始通风较强区域的燃烧速度快，空隙率增加的速度也相应加快，使强风区域风量越来越大，从而很快被燃烬。相反，通风较弱的地方风量越来越小，最终在此处造成较大的不完全燃烧损失，细煤比较集中的地方易形成火口。消除火口的有效方法是采用分层给煤装置，对燃煤进行粒度分选，使落到炉排上的燃煤按粒度大小分层排列，即大块煤在下面，中块煤在中间，细煤在煤层表面。这样煤层比较疏松，煤粒之间有间隙，降低通风阻力，减小鼓风机负荷，有效避免炉排上出现的火口和燃烧不均匀现象，改善煤的着火条件，提高火床的热强度和燃烧速度，有利于煤的充分燃烧。
2.2改善炉墙的密封性和保温性，燃烧过剩空气系数设计值不超过1.65，实际运行时可达2.0以上，大量多于燃烧所需空气经过炉堂吸热，导致热量被烟气带走，提高锅炉密封和保温性，辅以炉堂负压控制，可大大降低过量空气系数，减少排烟、散热损失。
3采用微机控制技术
蒸发量大于10吨/h的锅炉应采取计算机控制系统；小型锅炉也要配备必要的热工仪表。实行计算机控制后，可对锅炉的水位、汽压、给水流量、蒸汽流量、炉膛温度、排烟温度、燃料消耗、风量、风压等运行参数进行数字显示和记录，并能对给水系统和燃烧系统精确控制，从而达到节能目的。实行计算机控制，可以记录各项运行数据，便于统计和考核，为锅炉运行情况的考核提供产量和能耗依据。随着计算机应用技术的提高，以及微机价格的降低，工业锅炉微机控制系统日益成熟和廉价，逐渐进人工业锅炉房，对锅炉的安全和节煤将起巨大作用。
空气和燃料维持适当的比例有助于提高锅炉的效率和经济性，实现锅炉燃烧最佳工况。否则，将会增加热量损失，污染环境、降低经济型。传统的采用氧量计的燃烧控制系统的锅炉设备是一个复杂的被控对象，空气与煤粉的比例(风煤比)是否合适，直接影响到燃烧效率高低。目前的锅炉燃烧控制大多采用传统PID控制，特性直观，控制迅速，但其将风煤比简单地看成负荷的单一函数并拟合为比值关系。然而在不同的负荷下，合适的过剩空气率变化较大，单纯的比值控制特性并不能保证锅炉在任何工况下达到最佳的燃烧状态，另外，对于不同的煤种和煤粉特性、炉排转速、煤层厚度不均匀等原因引起的燃料方面的扰动，其最佳过剩空气率也会有较大变化，单纯的PID控制很难实现经济燃烧。国内广泛采用的是固定风煤比加变氧量校正方案，该方案首先通过风煤比曲线粗调给风量，然后用烟气中含氧量加以校正，由于不同负荷下的过剩空气系数有所不同，采用变氧量校正方案有效地解决了上述问题，但这种方案同时也存在着某些弊端，越来越多的锅炉开始采用以炉膛温度为被控量的燃烧控制系统。
4蒸汽的有效利用
一般来说，蒸汽的应用在生产和生活中，主要有三种用途：一是利用蒸汽直接或间接进行加热；二是得用蒸汽推动汽轮机做功，将热能转换成机械能；三是通过蒸汽加湿器对空气进行加湿。而一般化工厂中最常用的功能就是利用蒸汽直接或间接进行加热。对于蒸汽的加热应用，应使用饱和蒸汽进行加热，因为饱和蒸汽可以在瞬间释放出所含有的巨大蒸汽潜热，变成冷凝水，并在换热器内换热面的表面产生激烈的汽水湍流，大大提高了换热系数，进而提高了换热效率。蒸汽的品位直接决定了传热效率。为了提高蒸汽的品位，对于现有蒸汽系统，优化蒸汽品质主要可以从以下几个方面入手： 4.1安装合适的疏水装置。
干度较低的湿蒸汽不适宜加热，由于蒸汽中的水分增加，冷凝水会在换热器壁面的表层中形成水膜，增加了传热阻力，从而降低了换热效率。因此，必须及时除去蒸汽中凝结水。所以，在蒸汽的加热应用中，保证蒸汽的干度，提升蒸汽的品质是至关重要的。蒸汽干度通常要求>0.95，如果冷凝水没有及时的排除，不仅会影响蒸汽的品质和传热效率，有时还会造成严重的水锤，导致设备的损坏。合适，高效，并能随时监控的疏水装置是解决蒸汽中冷凝水的有效方法。应该注意的是不仅用汽设备要装疏水阀，总管分汽缸上都应该装，以减少蒸汽在输送时的能耗，提高蒸汽品位。
4.2及时消除泄漏
据统计，杜绝泄漏可省蒸汽达30％。一个7.5mm的小孔，在0.6Mpa蒸汽系统中，一年漏汽达880t，折合人民币13万元（蒸汽价格150元/吨）。因此在化工生产中，必须及时做好设备检修工作，消灭泄漏点，以减少能源浪费。
4.3做好保温工作
蒸汽管道没有保温，不仅损失热量，同时降低了蒸汽品位，造成浪费，如仅10m长一段DN25管道，若通0.6Mpa蒸汽，在没有保温情况下，一年热量损失相当于42吨蒸汽。在保温时要选择导热系数小、容质轻，有一定坚固性的耐温、耐湿材料，且要有保护层和合理厚度。
5冷凝水回收利用
冷凝水回收及其热量的利用，是蒸汽供热系统中节约能源的重要组成部分，提高蒸汽系统的冷凝水回收率对提高企业蒸汽系统的经济性具有重要意义。通过蒸汽换热设备所排出的冷凝水，如果不回收或回收量很少，则不仅浪费大量的软化水，而且还将损失大量热量。冷凝水损失，通常约占蒸汽本身热量的12%～15%，如果包括疏水阀漏气，则可达20%～50%或更高。因此回收冷凝水，对提高能源利用率，节约燃料和减少软化水的处理费用，具有非常重要的意义。
6热管换热器回收锅炉烟道余热
热管是高科技航天领域中必不可少的原件之一，它是一种高效传热元件，由管壳、管芯、工质组成的封闭系统。它有体积小、重量轻、传热功率大，流动阻力小等许多优点。热管传热是靠工质的沸腾和凝结，因此单位截面积的换热量很高，同时热管内部空间充满饱和蒸汽，管子各处几乎是等温的，所以热管能在温差较低的情况下传递较多的热量。加之热管具有结构简单，无运动部件，工作可靠等优点有着广泛的应用前景。另外，由于热管能在低温差下良好的传热，无疑对余热回收，节约能源起到很大作用。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。
7加强运行管理人员技术水平，保证系统安全正确运行
宗旨是通过对锅炉房的管理人员和操作人员的强化培训，提高锅炉的操作人员和管理人员专业知识.熟悉掌握系统和设备功能，正确使用操作，定期对设备进行维护保养，使系统和设备在最佳状态下工作。
参考文献：
[1]陈听宽.节能原理与技术.北京[M]：机械工业出版社.1988.
[2]刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京:中国电力出版社.2000.
[3]王力友.工业锅炉排污与水质监督[J].应用能源技术.2005.(6).
[4]刘平安，张晓东.略论工业锅炉经济运行与节能的途径[J].节能技术.2008.(3).
[5]周永恒,谭华.工业锅炉的自动化控制研究[J]广西轻工业,2007,(01).
关键词：工业锅炉；节能减排；燃烧技术；蒸汽品质；热管利用
引言
“节能减排”是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。工业锅炉是我国能源消耗和污染大户，如何提高工业锅炉节能水平，是实现我国“节能减排”政策的重要保障。
1采用高效清洁燃烧技术
1.1循环流化床锅炉。该技术综合了鼓泡床和高速汽化床锅炉的优点，克服了高速床磨损严重、高温分离结构复杂、难于控制的缺点。循环流化床锅炉适用的燃料为工业煤矸石、烟煤、贫煤等，燃烧效率为89%～92%，容量35～130蒸吨。1台75蒸吨锅炉每年节煤1万吨，一年减少CO2排放1.69万吨，寿命期内可减排CO225.42万吨。
1.2抛煤机燃烧锅炉。抛煤机链条炉排锅炉是抛煤机和链条炉排相结合的产物。在抛煤燃烧过程中，煤粒细屑抛入炉膛时呈半悬浮燃烧，较大颗粒落到炉排上继续进行层状燃烧。此种燃烧具有着火条件优越、燃烧热、强度高、煤种适应范围广等优点。还配有二次风及飞灰回燃装置以充分燃烬及减少飞灰不完全燃烧热损失，提高运行效率，减少污染排放。与链条炉排相比，此种锅炉的炉排热强度、炉膛热强度及燃烧效率都比较高。锅炉热效率大于84%，容量为10～30蒸吨。1台75蒸吨锅炉每年节煤8100吨，年减少CO2排放1.33万吨，寿命期内可减少CO2排放19.97万吨。
1.3振动炉排锅炉。振动炉排是一种全机械化、能自动拨火、分段送风的平面式燃烧系统。该炉燃烧采用烟煤时可显著提高热效率，每年可节煤500吨，年减少CO2排放827吨，寿命期内可减少CO2排放1.24万吨。
1.4翻转炉排锅炉。翻转炉排是一种用推力送料，类似于往复炉排的燃烧设备，属于一种水冷式层状燃烧装置。适用范围广，可燃用烟煤、无烟煤、褐煤或各种废料及垃圾。此种炉排与链条炉排相比，制造成本低、燃烧充分、热效率高、水冷结构、炉排寿命长。热效率可达80%～82%，锅炉容量可达4～20蒸吨。1台6蒸吨翻转炉排锅炉，每年可节煤400吨，年减少CO2排放约666吨，寿命期内可减排CO2近1万吨。
2锅炉燃烧系统的优化
2.1采取均匀分层给煤技术。由于我国煤炭管理环节粗放，我们所用的燃煤是未经筛分分选的宽筛分燃煤，煤粒粒度大的可达40mm以上，另外还有40%左右的粒径是小于3mm的粉末煤，超过层燃炉对燃煤粒度的要求，原来的给煤机构为煤闸板式，燃煤经煤闸板挤压后形成的煤层非常密实，大颗粒煤之间的间隙被细煤填满，造成通风困难，在开始通风较强区域的燃烧速度快，空隙率增加的速度也相应加快，使强风区域风量越来越大，从而很快被燃烬。相反，通风较弱的地方风量越来越小，最终在此处造成较大的不完全燃烧损失，细煤比较集中的地方易形成火口。消除火口的有效方法是采用分层给煤装置，对燃煤进行粒度分选，使落到炉排上的燃煤按粒度大小分层排列，即大块煤在下面，中块煤在中间，细煤在煤层表面。这样煤层比较疏松，煤粒之间有间隙，降低通风阻力，减小鼓风机负荷，有效避免炉排上出现的火口和燃烧不均匀现象，改善煤的着火条件，提高火床的热强度和燃烧速度，有利于煤的充分燃烧。
2.2改善炉墙的密封性和保温性，燃烧过剩空气系数设计值不超过1.65，实际运行时可达2.0以上，大量多于燃烧所需空气经过炉堂吸热，导致热量被烟气带走，提高锅炉密封和保温性，辅以炉堂负压控制，可大大降低过量空气系数，减少排烟、散热损失。
3采用微机控制技术
蒸发量大于10吨/h的锅炉应采取计算机控制系统；小型锅炉也要配备必要的热工仪表。实行计算机控制后，可对锅炉的水位、汽压、给水流量、蒸汽流量、炉膛温度、排烟温度、燃料消耗、风量、风压等运行参数进行数字显示和记录，并能对给水系统和燃烧系统精确控制，从而达到节能目的。实行计算机控制，可以记录各项运行数据，便于统计和考核，为锅炉运行情况的考核提供产量和能耗依据。随着计算机应用技术的提高，以及微机价格的降低，工业锅炉微机控制系统日益成熟和廉价，逐渐进人工业锅炉房，对锅炉的安全和节煤将起巨大作用。
空气和燃料维持适当的比例有助于提高锅炉的效率和经济性，实现锅炉燃烧最佳工况。否则，将会增加热量损失，污染环境、降低经济型。传统的采用氧量计的燃烧控制系统的锅炉设备是一个复杂的被控对象，空气与煤粉的比例(风煤比)是否合适，直接影响到燃烧效率高低。目前的锅炉燃烧控制大多采用传统PID控制，特性直观，控制迅速，但其将风煤比简单地看成负荷的单一函数并拟合为比值关系。然而在不同的负荷下，合适的过剩空气率变化较大，单纯的比值控制特性并不能保证锅炉在任何工况下达到最佳的燃烧状态，另外，对于不同的煤种和煤粉特性、炉排转速、煤层厚度不均匀等原因引起的燃料方面的扰动，其最佳过剩空气率也会有较大变化，单纯的PID控制很难实现经济燃烧。国内广泛采用的是固定风煤比加变氧量校正方案，该方案首先通过风煤比曲线粗调给风量，然后用烟气中含氧量加以校正，由于不同负荷下的过剩空气系数有所不同，采用变氧量校正方案有效地解决了上述问题，但这种方案同时也存在着某些弊端，越来越多的锅炉开始采用以炉膛温度为被控量的燃烧控制系统。
4蒸汽的有效利用
一般来说，蒸汽的应用在生产和生活中，主要有三种用途：一是利用蒸汽直接或间接进行加热；二是得用蒸汽推动汽轮机做功，将热能转换成机械能；三是通过蒸汽加湿器对空气进行加湿。而一般化工厂中最常用的功能就是利用蒸汽直接或间接进行加热。对于蒸汽的加热应用，应使用饱和蒸汽进行加热，因为饱和蒸汽可以在瞬间释放出所含有的巨大蒸汽潜热，变成冷凝水，并在换热器内换热面的表面产生激烈的汽水湍流，大大提高了换热系数，进而提高了换热效率。蒸汽的品位直接决定了传热效率。为了提高蒸汽的品位，对于现有蒸汽系统，优化蒸汽品质主要可以从以下几个方面入手： 4.1安装合适的疏水装置。
干度较低的湿蒸汽不适宜加热，由于蒸汽中的水分增加，冷凝水会在换热器壁面的表层中形成水膜，增加了传热阻力，从而降低了换热效率。因此，必须及时除去蒸汽中凝结水。所以，在蒸汽的加热应用中，保证蒸汽的干度，提升蒸汽的品质是至关重要的。蒸汽干度通常要求>0.95，如果冷凝水没有及时的排除，不仅会影响蒸汽的品质和传热效率，有时还会造成严重的水锤，导致设备的损坏。合适，高效，并能随时监控的疏水装置是解决蒸汽中冷凝水的有效方法。应该注意的是不仅用汽设备要装疏水阀，总管分汽缸上都应该装，以减少蒸汽在输送时的能耗，提高蒸汽品位。
4.2及时消除泄漏
据统计，杜绝泄漏可省蒸汽达30％。一个7.5mm的小孔，在0.6Mpa蒸汽系统中，一年漏汽达880t，折合人民币13万元（蒸汽价格150元/吨）。因此在化工生产中，必须及时做好设备检修工作，消灭泄漏点，以减少能源浪费。
4.3做好保温工作
蒸汽管道没有保温，不仅损失热量，同时降低了蒸汽品位，造成浪费，如仅10m长一段DN25管道，若通0.6Mpa蒸汽，在没有保温情况下，一年热量损失相当于42吨蒸汽。在保温时要选择导热系数小、容质轻，有一定坚固性的耐温、耐湿材料，且要有保护层和合理厚度。
5冷凝水回收利用
冷凝水回收及其热量的利用，是蒸汽供热系统中节约能源的重要组成部分，提高蒸汽系统的冷凝水回收率对提高企业蒸汽系统的经济性具有重要意义。通过蒸汽换热设备所排出的冷凝水，如果不回收或回收量很少，则不仅浪费大量的软化水，而且还将损失大量热量。冷凝水损失，通常约占蒸汽本身热量的12%～15%，如果包括疏水阀漏气，则可达20%～50%或更高。因此回收冷凝水，对提高能源利用率，节约燃料和减少软化水的处理费用，具有非常重要的意义。
6热管换热器回收锅炉烟道余热
热管是高科技航天领域中必不可少的原件之一，它是一种高效传热元件，由管壳、管芯、工质组成的封闭系统。它有体积小、重量轻、传热功率大，流动阻力小等许多优点。热管传热是靠工质的沸腾和凝结，因此单位截面积的换热量很高，同时热管内部空间充满饱和蒸汽，管子各处几乎是等温的，所以热管能在温差较低的情况下传递较多的热量。加之热管具有结构简单，无运动部件，工作可靠等优点有着广泛的应用前景。另外，由于热管能在低温差下良好的传热，无疑对余热回收，节约能源起到很大作用。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。
7加强运行管理人员技术水平，保证系统安全正确运行
宗旨是通过对锅炉房的管理人员和操作人员的强化培训，提高锅炉的操作人员和管理人员专业知识.熟悉掌握系统和设备功能，正确使用操作，定期对设备进行维护保养，使系统和设备在最佳状态下工作。
参考文献：
[1]陈听宽.节能原理与技术.北京[M]：机械工业出版社.1988.
[2]刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京:中国电力出版社.2000.
[3]王力友.工业锅炉排污与水质监督[J].应用能源技术.2005.(6).
[4]刘平安，张晓东.略论工业锅炉经济运行与节能的途径[J].节能技术.2008.(3).
[5]周永恒,谭华.工业锅炉的自动化控制研究[J]广西轻工业,2007,(01).