一、鍋爐的基礎(chǔ)知識(shí)鍋爐是一種封閉的容器，它提供了一種將燃燒熱傳遞到鍋爐內(nèi)的方式直到它變成加熱的水或蒸汽。然后是熱水或蒸汽在

一、鍋爐的基礎(chǔ)知識(shí)

鍋爐是一種封閉的容器，它提供了一種將燃燒熱傳遞到鍋爐內(nèi)的方式直到它變成加熱的水或蒸汽。然后是熱水或蒸汽在壓力下可用來傳遞熱量到一個(gè)過程中。水是一種有用又便宜的媒介將熱傳遞給一個(gè)過程。當(dāng)水沸騰成蒸汽時(shí)，它的體積增加約1600它產(chǎn)生的力量幾乎和火藥一樣具有爆炸性。這使鍋爐極其危險(xiǎn)的設(shè)備，必須小心處理。把液體加熱到氣態(tài)的過程叫做蒸發(fā)。熱是通過輻射從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，輻射就是熱量的傳遞從熱體到冷體無輸送介質(zhì)，對(duì)流，傳遞熱量由輸送介質(zhì)，如空氣或水傳導(dǎo)而來，熱量的傳遞靠實(shí)際身體接觸，分子對(duì)分子

鍋爐系統(tǒng)包括:給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)。給水系統(tǒng)為鍋爐提供水，并自動(dòng)調(diào)節(jié)以滿足蒸汽的需求。各種閥門提供檢修通道。蒸汽系統(tǒng)收集并控制鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。蒸汽通過管道系統(tǒng)被導(dǎo)向點(diǎn)使用。在整個(gè)系統(tǒng)中，蒸汽壓力通過閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)和檢查蒸汽壓力表。燃料系統(tǒng)包括所有用于提供燃料以產(chǎn)生必要的熱量的設(shè)備。燃料系統(tǒng)所需的設(shè)備取決于燃料的類型。

鍋爐按其用途可以分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、船舶鍋爐和機(jī)車鍋爐等四類。前兩類又稱為固定式鍋爐，因?yàn)槭前惭b在固定基礎(chǔ)上而不可移動(dòng)的。后兩類則稱為移動(dòng)式鍋爐。

• 移動(dòng)式鍋爐

在鍋爐中進(jìn)行著三個(gè)主要過程（1)燃料在爐內(nèi)燃燒，其化學(xué)貯藏能以熱能的形式釋放出來，使火焰和燃燒產(chǎn)物（煙氣和灰渣）具有高溫。（2)高溫火焰和煙氣通過“受熱面“向工質(zhì)（熱媒）傳遞熱量。（3)工質(zhì)（熱媒）被加熱，其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽，或再進(jìn)一步被加熱成為過熱蒸汽。以上三個(gè)過程是互相關(guān)聯(lián)并且同時(shí)進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)著能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移還進(jìn)行著物質(zhì)的流動(dòng)和變化。水一汽系統(tǒng)、煤一灰系統(tǒng)和風(fēng)－煙系統(tǒng)是鍋爐的三大主要系統(tǒng)，這三個(gè)系統(tǒng)的工作是同時(shí)進(jìn)行的。通常將燃料和煙氣這一側(cè)所進(jìn)行的過程（包括燃燒、放熱、排渣、氣體流動(dòng)等）總稱為“爐內(nèi)過程“；把水、?汽這一側(cè)所進(jìn)行的過程（水和蒸汽流動(dòng)、吸熱、汽化、汽水分離、熱化學(xué)過程等）總稱為“鍋內(nèi)過程。

二、為什么要做鍋爐節(jié)能

對(duì)于工廠和企業(yè)而言，為什么要做節(jié)能呢，我簡單為大家整理了下，節(jié)能的主要原因大致可以分為以下五個(gè)。

1、通過優(yōu)化蒸汽質(zhì)量/產(chǎn)品熱量來提高產(chǎn)量

1）、來自開放式旁路或吹氣閥的回流管路中的背壓會(huì)限制生產(chǎn)率。

2）、為分級(jí)而浪費(fèi)的蒸汽或冷凝水增加了對(duì)額外補(bǔ)充水的需求。補(bǔ)充水需要用轉(zhuǎn)移的鍋爐蒸汽加熱，否則這些蒸汽本來可以用于工藝熱。

3）、轉(zhuǎn)移或損失的蒸汽/冷凝水會(huì)降低鍋爐蒸汽溫度，這會(huì)直接影響熱傳遞熱側(cè)和冷側(cè)之間的對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)。蒸汽能源的使用不僅應(yīng)該優(yōu)化以降低能源成本，而且作為優(yōu)化生產(chǎn)價(jià)值戰(zhàn)略的一部分。

2、通過降低成本提高競爭力

由于能源成本占公司運(yùn)營費(fèi)用的很大一部分，減少能源使用是提高公司利潤的有效方法，因?yàn)樗苯佑绊懗杀尽?/p>

3、防止化石燃料儲(chǔ)備枯竭

不可再生資源是有限的。據(jù)估計(jì)，地球上所有可開采的石油和液化天然氣（LNG）大約需要50年的時(shí)間，而煤炭則需要100多年的時(shí)間。因此，無論可再生能源的影響如何，為了我們的星球和依賴能源的子孫后代，盡可能高效和節(jié)約地使用自然資源至關(guān)重要。

4、減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)

氣候變化的進(jìn)展已使扭轉(zhuǎn)其影響的緊急行動(dòng)成為全球發(fā)展的新趨勢。特別是通過可再生能源的開發(fā)和保護(hù)來減少CO 2等溫室氣體已成為國家、企業(yè)和個(gè)人的一項(xiàng)重要任務(wù)。

5、承擔(dān)社會(huì)責(zé)任

工業(yè)化帶來了改進(jìn)的技術(shù)和現(xiàn)成的商品，使我們的生活更輕松，但它也帶來了影響整個(gè)地球的環(huán)境問題。消費(fèi)者現(xiàn)在期望公司負(fù)責(zé)并帶頭減輕未來和糾正當(dāng)前的環(huán)境問題。作為企業(yè)社會(huì)責(zé)任踐的一部分，公司應(yīng)減少其業(yè)務(wù)實(shí)踐、產(chǎn)品和服務(wù)對(duì)環(huán)境的影響，并發(fā)布有關(guān)能源使用、碳排放和環(huán)境影響的信息。

三、鍋爐性能評(píng)價(jià)

鍋爐的效率、蒸發(fā)比等性能參數(shù)隨時(shí)間的延長而降低由于燃燒不良，傳熱面污垢和運(yùn)行維護(hù)不良。即使是新鍋爐，也會(huì)出現(xiàn)燃油質(zhì)量、水質(zhì)惡化等原因鍋爐性能差。鍋爐效率試驗(yàn)有助于找出鍋爐運(yùn)行的偏差，從而從最佳效率和目標(biāo)問題領(lǐng)域角度出發(fā)采取糾正行動(dòng)。采用行有嘉數(shù)字能效監(jiān)測平臺(tái)就可以對(duì)鍋爐這樣的重點(diǎn)能耗設(shè)備以及關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，形成數(shù)據(jù)分析報(bào)表以及設(shè)備能效分析，幫助用戶實(shí)現(xiàn)鍋爐效率分析和優(yōu)化。

重點(diǎn)能耗設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)

鍋爐熱效率定義為有效利用的輸入熱量的百分比來產(chǎn)生蒸汽。評(píng)價(jià)鍋爐效率有兩種方法。

1)直接法:工作流體(水和蒸汽)的能量增益為與鍋爐燃料的能量含量相比。

2)間接法:在間接法中，效率是損失與損失之間的差異能量輸入。

1、直接法

這也被稱為“輸入-輸出方法”，因?yàn)樗恍枰杏玫妮敵?蒸汽)和熱輸入(即燃料)來評(píng)估效率。這種效率可以用公式來評(píng)估，鍋爐效率=熱輸出/熱輸入*100，直接法計(jì)算鍋爐效率時(shí)需要監(jiān)測的參數(shù)有:

?每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量(Q)(kg/hr)

?每小時(shí)耗油量(q)，單位為千克/小時(shí)。

?工作壓力(kg/cm2(g))和過熱溫度(℃)(如果有)

?給水溫度(°C)

?燃料類型和燃料總熱值(GCV)，單位為千卡/千克燃料

2、間接法

采用間接法進(jìn)行鍋爐現(xiàn)場試驗(yàn)有英國的參考標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)BS845:1987和美國標(biāo)準(zhǔn)是ASMEPTC-4-1蒸汽動(dòng)力試驗(yàn)規(guī)程機(jī)組”。

間接法又稱熱損失法。 效率可以通過用100減去熱損失分?jǐn)?shù)。 該標(biāo)準(zhǔn)不包括吹落損失 確定流程效率。 鍋爐效率計(jì)算的詳細(xì)程序下面給出間接方法。 然而，可以注意到，練習(xí)能量管理在工業(yè)界更喜歡簡單的計(jì)算程序。

鍋爐中發(fā)生的主要損失是:

?由于干燥的煙道氣體而散熱

?由于燃料和燃燒空氣中的水分而失去熱量

?由于氫燃燒而失去熱量

?由于輻射而失去熱量

?由于未燃燒而失去熱量

在上面，由于水分在燃料的損失和由于燃燒氫的損失 依賴于燃料，而不是由設(shè)計(jì)來控制。

用間接法計(jì)算鍋爐效率所需的數(shù)據(jù)有:

?燃料的終極分析(H2,O2,S,C，水分含量，灰分含量)

?煙氣中氧氣或二氧化碳的百分比

?煙氣溫度(°C)(Tf)

?環(huán)境溫度(°C(Ta))和空氣濕度(kg/kg干燥空氣)

燃料的GCV(千卡/千克

?灰分可燃性百分比(固體燃料)

?灰的GCV(千卡/千克)(固體燃料)

四、鍋爐的節(jié)能策略

鍋爐系統(tǒng)的能效與燃燒、熱量、輸送、可避免損失、輔助電耗高、水質(zhì)好、排污有關(guān)。

通過實(shí)時(shí)監(jiān)測以及檢查下列因素可以表明鍋爐是否正在運(yùn)行，通過數(shù)字能效的數(shù)據(jù)整理和分析可以最大限度地提高其運(yùn)行效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1、煙囪溫度

應(yīng)盡可能降低堆疊溫度。這在含硫量高的燃料中非常重要，因?yàn)榈蜏貢?huì)導(dǎo)致硫露點(diǎn)腐蝕。堆棧的溫度大于200°C表明有回收余熱的潛力。

2、使用省煤器預(yù)熱給水

通常鍋爐煙道出口的溫度在200到300°C左右。因此，可以從這些氣體中回收熱量。鍋爐煙氣出口溫度通常保持在至少200°C，使二氧化硫進(jìn)入煙道氣不會(huì)凝結(jié)，在傳熱表面造成腐蝕。當(dāng)使用的燃料為清潔燃料時(shí)，如天然氣、液化石油氣或天然氣油等，必須計(jì)算熱回收的經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)闊煔鉁囟瓤赡艿陀?00°C。節(jié)能潛力取決于所安裝的鍋爐類型和所使用的燃料。

3、燃燒空氣預(yù)熱

燃燒空氣預(yù)熱是預(yù)熱的另一種選擇。為了提高熱量效率提高1%時(shí)，燃燒空氣溫度必須提高20℃。大多數(shù)天然氣和石油鍋爐廠使用的燃燒器不是為高空氣預(yù)熱溫度而設(shè)計(jì)的。現(xiàn)代燃燒器可以承受更高的燃燒空氣溫度，因此可以考慮出口煙道中的熱交換器作為省煤器的替代。

4、不完全燃燒

不完全燃燒可能由空氣不足或燃料過剩或質(zhì)量差引起的燃燒不充分。它通常從顏色或煙味上很明顯，必須立即加以糾正。

在燃油和燃?xì)庀到y(tǒng)的情況下，CO或煙霧(只適用于燃油系統(tǒng))與過量空氣正常或過高表明燃燒器系統(tǒng)有問題。造成燃燒不完全的一個(gè)更常見的原因是燃燒器處燃料和空氣的混合不好。

煤燃燒時(shí)，未燃燒的碳會(huì)構(gòu)成很大的損失。它發(fā)生在沙礫遺留或灰中，可能超過提供給鍋爐的熱量的2%。不均勻的燃料大小是不完全燃燒的原因之一。在鏈條爐排中，大塊狀的不會(huì)完全燃燒完，而小塊和細(xì)顆粒可能會(huì)堵塞空氣通道，因此造成氣流組織不良。

切向燃燒示意圖

5、 過量空氣控制

表2.4給出了各種燃料燃燒所需的理論空氣量。在所有實(shí)際情況下，都需要過量的空氣，以確保完全燃燒，以允許燃燒的正常變化，并確保某些燃料的良好的堆棧條件。當(dāng)不完全燃燒損失和煙氣中熱量損失之和最小時(shí)，也就意味著鍋爐效率中最佳的過量空氣量。這個(gè)水平隨加熱爐設(shè)計(jì)、燃燒器類型、燃料和工藝變量而變化。它可以由用不同的空燃比進(jìn)行試驗(yàn)。

理論燃燒數(shù)據(jù)

不同燃料的過剩空氣水平

6、 輻射和對(duì)流熱損失

殼式鍋爐的外表面比周圍環(huán)境要熱。這樣表面的熱量散失取決于表面積和溫差在表面和周圍環(huán)境之間。鍋爐殼的熱損失通常是一個(gè)固定的能量損失，與鍋爐的出力無關(guān)。在現(xiàn)代鍋爐設(shè)計(jì)中，這可能只占總熱量的1.5%左右，但如果鍋爐的運(yùn)行速度只有25%，則會(huì)增加到6%左右。這種情況下維修或加強(qiáng)隔熱層可以減少通過鍋爐壁和管道的熱量損失。

7、自動(dòng)泄壓控制

不受控制的連續(xù)排污非常浪費(fèi)。可安裝自動(dòng)排污控制和感應(yīng)裝置，并對(duì)鍋爐水的導(dǎo)電性和ph值進(jìn)行監(jiān)測。

8、 減少結(jié)垢和煙塵損失

在燃油和燃煤鍋爐中，管道上積聚的煙灰起到了防止傳熱的絕緣體作用。但是這些煙灰也必須要定期清理。升高的堆棧溫度可能表明過多的煙塵積聚。同樣也更容易發(fā)生水垢結(jié)節(jié)，在正常過量空氣下出口氣體溫度高表明傳熱性能差。這種情況可能是由氣側(cè)或水側(cè)沉積物的逐漸積累引起的。據(jù)估計(jì)，每增加22°C的煙囪溫度，效率就會(huì)損失1%。煙囪溫度應(yīng)定期檢查和記錄，作為煙灰的厚度指標(biāo)。當(dāng)煙氣溫度上升約20°C之后也就意味著是時(shí)候清除煤煙沉積物了。因此，建議安裝一個(gè)在煙囪底部的表盤式溫度計(jì)，用于監(jiān)測廢氣溫度。據(jù)估計(jì)，3毫米的煙灰會(huì)導(dǎo)致燃料消耗增加2.5%。

9、鍋爐蒸汽壓力降低

降低鍋爐蒸汽壓力是一種有效減少燃料浪費(fèi)的方法，最多可減少1%到2%。較低的蒸汽壓力使飽和蒸汽溫度較低，并且沒有堆棧熱回收時(shí)，煙氣溫度也有類似的降低結(jié)果。

蒸汽產(chǎn)生的壓力通常由最高的壓力/溫度決定，特定過程的需求。在某些情況下，這個(gè)過程并不是一直在運(yùn)行，鍋爐壓力有時(shí)是可以降低的。

10、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵的變頻變速控制

變速控制是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要手段。一般來說，燃燒空氣的控制是由安裝在強(qiáng)制和引風(fēng)機(jī)上的節(jié)流阻尼器來實(shí)現(xiàn)的。雖然阻尼器是簡單的控制手段，但他們?nèi)狈?zhǔn)確性，正常來說只能設(shè)定上下限值。一般來說，如果鍋爐的負(fù)荷特性是變量時(shí)，應(yīng)評(píng)估用VSD替換阻尼器的可能性。

11、 鍋爐負(fù)荷對(duì)效率的影響

鍋爐的最大效率不是發(fā)生在滿負(fù)荷時(shí)，而是在大約三分之二時(shí)滿載。如果鍋爐的負(fù)荷進(jìn)一步降低，效率也有下降的趨勢。在零輸出，鍋爐的效率為零，任何燃燒的燃料都只是用來彌補(bǔ)損失。

影響鍋爐效率的因素有:

?當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)，通過管道的煙氣質(zhì)量流量值也隨之下降。在相同換熱面積下，流量的降低，使出口煙氣溫度略有降低，減少了熱損失。

?在一半負(fù)荷以下，大多數(shù)燃燒器具需要更多的過量空氣來使燃燒燃料完全。一般來說，鍋爐的效率在額定負(fù)荷的25%以下會(huì)顯著降低，所以應(yīng)盡量避免運(yùn)行低于此水平。

12、合適的鍋爐調(diào)度

由于鍋爐的最佳效率發(fā)生在滿載的65-85%，所以在較高的負(fù)荷下運(yùn)行較少的鍋爐，要比運(yùn)行一個(gè)低負(fù)載時(shí)效率更高。

13、鍋爐替代

更換鍋爐的潛在節(jié)省取決于預(yù)期的整體變化效率。如果現(xiàn)有的鍋爐是舊的和低效的，并且無法使用更便宜的替代燃料，亦或者根據(jù)目前的要求，尺寸過大或過小，那么在為理想負(fù)載條件設(shè)計(jì)的可行性研究應(yīng)審查以及長期燃料供應(yīng)確定后，根據(jù)公司發(fā)展計(jì)劃可以替換更合適的鍋爐。但這應(yīng)該考慮所有的財(cái)務(wù)和工程因素。