工业锅炉节 能减排现状、存在问题及对策

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学兔兔www.xuetutu.com·论坛专栏·工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策文章编号：1004-8774(2010)01-01-06工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策赵钦新，周屈兰(西安交通大学能动学院热能工程系，西安710049)摘要：“十一五”期间，降低单位GDP能耗和减少污染排放已经成为政府宏观调控的重点，全国各工业行业力促节能减排战略的实施。就工业锅炉而言，目前节能减排工作缺乏具体方案和目标，现状不容乐观；尤其在运行状况监测诊断、自动调节和控制以及工业锅炉运行科学管理等方面存在诸多问题。文章旨在探讨工业锅炉节能减排现状、存在问题，并提出应对这些问题的对策，希望对工业锅炉节能减排工作有所警示。第一作者：赵钦新关键词：工业锅炉；节能减排；现状；问题；对策(1963一)，西安交通大中图分类号：TK229文献标识码：A学博士、教授，全国锅炉压力容器标准化技Solutions，QuestionsandStatusofChinaSIndustrialBoiler术委员会委员。主要从事热能工程学科专ZHAOQin—xin，ZHOUQu—lan业教学、科研和技术(DepartmentofThermalEngineerngofXianJiaotongUniversity，Xian710049，China)研发工作，目前，主持“十一五”国家科技支Abstract：Inthe11山five—yeartime，reducingenergyconsumptionperGDPandloweringpoilu—撑计划课题1项，参tantemissionswouldbeaimportantstepforgovernmentmacroscopicreadjustmentandcontrolling．Itis加国家课题研究3notoptimisticinenergy——savingandemission——loweringcareerbecauseoflackofdefiniteplansand项，企业横向课题20goalsforChinaSIndustrialboiler，especiallyinboilerservicestatemonitoring，diagnosis，automatic多项，申请国家专利adjustment，automaticcontrollingandscientificmanagement．Thispaperisaimedtodiscussthesolu—12项，已授权5项，发tions．questionsandstatusofenergy—savingandemissions—loweringforChinaSindustrialboiler．表相关专业论文近50Keywords：industrialboiler；energy—saving&emissionslowering；status；problem；solu-余篇。tiOIlSO前言性，已经得到社会各界的初步认识。《中国国民经济和社会发展十一五规划纲要》将工业锅炉技术进工业锅炉主要为工业生产提供工艺蒸汽，为社步列为节能工作的重要内容。《国家中长期科学和会大众提供热水供应，是工业和社会的必须消耗品。技术发展规划纲要(2006—2020年)》和《十一五科工业锅炉能源消耗和污染排放均位居全国工业行业技攻关计划发展纲要》已将“煤的清洁高效开发利第二，仅次于电站锅炉，煤炭消耗量远高于钢铁、石用”、燃煤污染物综合控制和利用的技术与装备等化、建材等高耗能工业行业；给全国重点城市造成的明确为优先主题的重点研究内容。国家发改委制定污染排放已经超过了电站锅炉。的《节能中长期专项规划》中，已将燃煤工业锅炉到2008年6月，全国持有各级工业锅炉制造许(窑炉)改造列为“十一五”十大重点节能工程之首，可证的企业1121家，主要生产层燃锅炉，占燃煤锅并制定了工程示范实施方案。炉的95％。我国现有锅炉57万多台，其中链条锅炉是中国工业锅炉燃烧设备的主要方式，约占中国到“十一五”末期，中国单位GDP的能耗将比“十五”末期降低20％左右，单位工业增加值用水量工业锅炉产量台数的60％，固定炉排锅炉约占30％，其他约占10％。再降低30％，主要污染物排放总量要减少10％，工我国工业锅炉在国民经济和社会发展中的重要业固体废弃物的综合利用率要提高60％，森林覆盖率要达到20％，控制温室气体排放要取得明显的成效。收稿日期：2009-09—25基金项目：“十一五”国家科技支撑计划课题但是，“十一五”期间，工业锅炉到底为我国降(2006BAA01B03)低单位GDP能耗和减少污染排放做出了哪些贡献， 学兔兔www.xuetutu.com2工业锅炉2010年第1期(总第119期)存在哪些问题，解决问题的良策在哪里，这是三个很减排的基础，机械化连续燃烧消除了人工投煤炉的难回答的问题。燃烧周期性，使得工业锅炉能够连续、负荷稳定地燃1工业锅炉节能减排现状、存在的问题烧，做到连续供煤，连续燃烧，连续出渣，’因此，应该尽快开发机械化连续燃烧的生活锅炉，尽快淘汰手总体上讲，工业锅炉量大面广，节能减排工作举烧生活锅炉。工业锅炉本体是节能减排的硬件基步维艰，根据过去的经验总结，我们认为，工业锅炉础，目前存在的主要问题是：燃料和配风的均匀性有节能减排工作难以大见成效的主要原因存在于人、待提高，配风的均匀性有待进一步改善，针对变化剧料、炉、机、控(M—man；F—Fuel；B—Boiler；A—Aux．烈的煤种，缺乏有效的燃烧调节技术，炉渣含碳量过iliary；C—AutomaticControlling，简称MFBAC五要高；锅炉排烟温度过高。素)五个方面的因素缺乏应有的综合协调发展。(4)机：是指辅机，燃料能够机械化连续供应、MFBAC五要素所涉及的内容参见图1。燃烧，被加热工质能够连续供应，燃烧需要的风能够均匀地供给，生成的灰渣能够连续排出，生成的污染物能够高效脱除(消烟、脱硫脱氮和除尘)，这些工作全部有赖于辅机，目前上煤设备、除渣设备等产业的发展还处于极度松散的状态，缺乏应有的集成。辅机也是工业锅炉本体节能减排的硬件基础，目前存在的主要问题是：机炉不配套，产品质量不稳定，系统上衔接存在问题。(5)控：是指监测、诊断、调节和控制。目前设计、投运的工业锅炉大部分缺乏有效的系统集成的自动控制装置，更谈不上工业锅炉运行中热工参数的在线监测、在线诊断、在线调节，也就是说，我们目前对一台正在运行的工业锅炉的节能减排状况一无所知。控是工业锅炉软件和硬件的混合基础，是工业锅炉运行的中枢神经，应该是牵动人、机、炉、料四个要素的指挥系图1MFBAC五要素(1)人：自改革开放以来，工业锅炉运行管理人统，除了人的因素外，控是目前节能减排的瓶颈。员和操作人员的上岗培训没有得到切实的重视，运根据以上影响工业锅炉节能减排工作五个要行管理水平参差不齐，操作人员素质千差万别，节能素，我们很容易地可以发现问题的所在，宏观上对节减排意识淡薄。在工业锅炉缺乏监测、诊断、调节和能减排工作存在的问题总结如下：控制的条件下，人成为节能减排工作的主体，所以，(1)目前，工业锅炉行业和其他相关行业一直人的思想和行为对节能减排工作的影响最大，是节没有将影响工业锅炉节能减排潜力的五个主要因素能减排的软件基础，存在的问题最多。“人、料、炉、机、控”作为系统工程进行综合协调发(2)料：煤炭工业一直未能实现为工业锅炉行展，这是主要问题，也是社会科学和技术科学没有真业实现煤燃料的优质化分类、分质供应，可以想象，正结合在一起的问题；适合层燃链条锅炉燃烧的是煤块，而不是煤粉；而适(2)能源政策和社会环境没有形成对工业锅炉合煤粉炉燃烧的是煤粉，而不是煤块；多少年来工业节能减排的切实的紧迫压力。能源政策应该采用趋锅炉行业望眼欲穿，翘首以待，指望煤炭工业能够为紧政策，从煤矿开采、煤炭价格、煤炭运输各个环节工业锅炉行业提供燃料分类、分质的优质化分类供进行严格控制，提高终端煤炭使用价格，增加社会群应服务。我们是否可以针对目前散煤、末煤供应的体对煤炭作为不可再生能源的清醒认识。目前，常现状转而在锅炉炉前成型上解决问题，确定一天不规能源价格普遍偏低，客观上鼓励奢侈、浪费和污依赖于煤炭工业，而依赖于炉前成型、炉前配煤技术染，节能减排缺乏驱动力，同时严重迟滞新能源技术(如分层技术、分行技术等)，是工业锅炉节能减排推广。其次，社会对工业锅炉造成的污染没有清醒的物质基础。的认知，致使能源价格只考虑内部燃料成本，没有考(3)炉：机械化连续燃烧是保证工业锅炉节能虑污染环境造成的社会成本。这是一个根本的、核 学兔兔www.xuetutu.com·论坛专栏·工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策3心的、连锁的、系统的大问题，而我们国家很少有人深入研究，这个问题就是：既然煤炭价格很低，排污罚款也能够承受，何必去进行工业锅炉节能减排技术的改造。(3)工业锅炉节能减排存在单纯的技术化倾向，缺乏对工业锅炉科学化管理和技术经济性管理的深层次思考。单纯的技术化倾向只突出技术上节能减排的潜力，没有解决工业锅炉科学管理的问题以及投资成本回收的技术经济性问题，对于这样一个复杂的问题，因牵扯到国家、用户、个人等各方利益，使得管理缺少科学化和技术经济化。2工业锅炉节能减排对策2．1国家政策、法规和管理层面2．1．1燃料消费政策为从根本上解决问题，“十一五”期间，国家应该从国家能源战略管理和技术管理的角度制定工业和供热行业燃料政策，形成政策或法规导向，从源头上解决工业锅炉长期以来燃用散煤致使工业锅炉热效率低下、污染严重的问题，具体来讲，至少应该提倡以下的工业锅炉燃料消费政策：巫f一}]1(1)城市及乡镇小容量的生活锅炉以新能源一(如太阳能)、生物质可再生能源(生物质颗粒直燃、{、～～匝巫亟匦一卜冈II．}Il气化)和燃用清洁燃料为主，如油品和天然气、煤气、液化气，改善燃料供应结构；(2)中等及大容量工业和供热锅炉积极推行容囤匦囹一一l匝堕巫巫]L}一一量大型化，争取一部分工业锅炉燃用动力优质化配匝而亟困丽iJ煤(洗选或筛分)；无法实施工业锅炉燃用动力配煤的城市，至少应采用炉前筛分和成型的混煤配煤方式，或者开发新型的炉前分类、分质和成型化装置；(3)下定决心淘汰手烧的非机械化燃烧的生活锅炉。鉴于国内工业锅炉煤质多变的供应状态，以及工业锅炉燃料消费量十分巨大，建议在“十二五”初期形成一部分工业锅炉燃用动力配煤，大部分工业锅炉燃用炉前分类、分质和成型化散煤的局面。2．1．2法规、标准通过立法建立工业锅炉设计、制造、运行的规定性文件，保证节能减排的有效实施。通过标准限制不符合节能减排的工业锅炉产品进入市场。积极推行目前已经制定的《工业锅炉能效限定值及能效等级》等国家标准规范化的执行，该标准是为我国《中华人民共和国节约能源法》在工业锅炉行业中的实施提供科学依据，该标准将成为规范我国工业锅炉市场、实施中国节能产品认证制度的重要技术支持 学兔兔www.xuetutu.com4工业锅炉2010年第1期(总第1I9’期)现在已经有能力将工业锅炉的排烟温度降低到100化集成信息技术、计算机技术、模糊控制技术、变频技℃以下，单纯这一项可以使工业锅炉热效率提高术、通信技术等的控制产品和锅炉专用传感器、监澳I仪3％-9％；这一技术目前已经进入实质性的示范工器和执行机构可以实现锅炉的单台控制、集群控制、远程，希望能够积极推广该技术，为节能减排做出贡程控制并提高锅炉运行和故障诊断水平。献，图4示出了烟气深度冷却技术的示意图。2．3．3工业锅炉能耗和排放监测系统、评价、诊断、调节和控制技术工业锅炉能耗和排放监测系统如图5所示O图5左侧是燃烧控制子系统，右侧为污染物监测控制子系统。图3链条炉排配风的横向均匀性和纵向比例特性图5在线监测系统它具有如下特点：(1)通过空气和燃料的质量流量前馈控制燃烧状况；图4工业锅炉烟气深度冷却系统图(2)监测污染物排放，使之能够满足排放要求；2．3工业锅炉监测、诊断、调节和控制(3)利用烟气循环减少污染物排放；目前，我国工业锅炉多数配有仪表控制系统，也(4)通过控制优化热效率；有一些采用先进的计算机控制系统或DCS控制系(5)可以通过02，HC，NO,，NH3等传感器系统来统，但是，无论是何种系统，都没有配备具有热工、反馈控制锅炉的性能、效率及污染控制，使得控制函数排放参数的在线监测、在线诊断、系统自动调节和系f(x)适应环境变化、燃料变化、锅炉老化等不利因素；统控制功能。工业锅炉配套全面的在线监测和性能(6)引入催化剂后处理及传感器监测系统；评价技术，使得在恶劣的环境和多变燃料的条件下(7)对污染物排放数据进行记录和后处理；仍然有较为精确的计量和控制，提高锅炉监测的自(8)在线监测和诊断功能；动化水平，尽量减少人为控制，并且能够实施在线监(9)通过对污染物排放数据的分析优化锅炉运行；测、远程控制。’(10)可实现远程控制。2．3．1工业锅炉节能减排监测传感器技术研究具体的实现过程如下：将各物理量的国家标准工业锅炉节能减排的监测技术需要对温度、压及热效率的计算方法输入计算机，制成查询系统，查力、含氧量、SONOHS、HC、CO等各种物质进行询系统中包括造成各个监测量超标的可能原因。将监测，要用到大量的传感器。由于要保证精度，而且传感器测得的原始数据通过数据采集，自动输入计工作环境恶劣，这些传感器的价格通常都很高。因算机，通过原始数据自动计算各种损失的大小，自动此，研究工业锅炉用低成本传感器技术就成为推行查询，并与相应的国家标准做对比，实施在线监测。锅炉节能监测的一个重要环节。若出现超标，自动进行报警，并按照国家标准制定的2．3．2锅炉控制节能技术研究格式打印监测报告单。通过查询系统，列出可能导随着控制技术和信息技术的发展，提高燃烧工业致监测量超标的原因，对解决问题提供初期意见。锅炉控制技术水平。实现位式、闭环控制，分别通过蒸保存原始数据，以便长期运行后可以通过对原始数汽压力传感器、炉膛压力传感器、高低水位传感器等对据的分析，得出该锅炉的运行规律，对提高锅炉的热锅炉给煤、供水、鼓引风机挡板进行调节。通过开发优效率提供意见。 学兔兔www.xuetutu.com·论坛专栏·工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策52．3．4工业锅炉监测、评价、诊断、调节和控制技术(10)能够适用于不同燃料的锅炉系统，如燃气工业锅炉监测、评价、诊断、调节和控制技术的锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、生物质锅炉等。系统集成思路如图5所示。将监测和评价方法运用于不同容量、不同类型的锅炉系统，使得该方法在实践中得到不断的完善，@具有更大的普遍适用性，能够更好地促进节能减排工作的顺利进行。3讨论和展望@|l【为了实现我国“十一五”节能减排的目标，工业锅炉行业应该在全行业推行管理创新、技术创新和系统集成创新，把增强自主创新能力作为科学技术@．．}|l【发展的战略基点和调整产业结构、转变增长方式的中心环节，大力提高原始创新能力、集成创新能力和图5工业锅炉监测、诊断、调节和控制系统引进消化吸收再创新能力。该系统集成了燃烧和污染控制系统，传感器系④⑦④为了促进工业锅炉节能减排事业的发展，我们统，嵌入式系统，预测和诊断系统，无线通信系统，建首先要从管理上寻找创新的突破口，使管理成为工模和优化系统，数据储存系统。从内到外分别是核业锅炉节能减排的软实力，积极建议国家建立健全心算法系统，基于O：和CO的控制系统，光学传感我国在工业锅炉燃料政策、能效标识、节能产品等各监测控制系统，污染物排放监测控制系统，多级燃烧个层面上的法规和标准，使工业锅炉的节能减排建器应用系统，故障监测和诊断系统，远程控制系统，立在全社会督促的良好环境之下，形成全社会节能分布式锅炉控制系统。该系统有以下特点：减排的共识。(1)以控制算法为核心，具有光学处理能力，能技术创新是节能减排成果的具体实施技术，需够对火焰进行监测，增强燃烧效率，监测污染物排要在设备结构、着火、燃烧、燃尽、传热、清灰和脱硫放，能够对气压、水温、流量等过程参数进行监测，系除尘等技术层面上进行不断创新、改良或改革现有统安全可靠，并且拥有友好的图形界面。落后的技术，提出具有节能减排潜力的新方案。这(2)能够应用到多级火焰和多级燃烧器系统，需要我国工业锅炉制造业和工业锅炉用户相互支具有火焰的摄像监测、图像处理等功能，但是同时也持、相互配合，共同探索，若有一方被动，节能减排就增加了对单个燃烧器进行分析的复杂性。会出现困难，须知，节能减排是要有成本投入的。(3)预测各种变化趋势，如不同工况下燃料的工业锅炉是一种机电一体化产品，机电一体化消耗量、污染物的排放量，季节的变化对锅炉系统的产品的综合创新需要系统集成优化才会产生最大的影响等。效能，这就是系统集成创新的巨大威力，而工业锅炉(4)具有诊断和预测功能，如设备寿命预测，燃的系统集成创新是通过工业锅炉监测、诊断、调节和烧器结焦预测，传感器故障诊断，设备性能的连续调控制技术的实施而最终完成的。节等。我们应该看到：在不成熟的市场经济条件下，工(5)处理故障的功能，如燃烧器火焰偏斜的处业锅炉行业长期笼罩在锅炉低成本价格起决定作用理，燃料、空气和给水流量过高或过低的处理，高水而构成的非良性竞争的恶性循环当中，工业锅炉改位的预防等。造的新技术不能及时地反映到新产品和市场竞争(6)污染物排放的控制，如HC、NO、CO和颗粒上，节能和环保优先的政策不能自动落实到工业锅排放量的控制。炉市场竞争上。尽管在目前的形势下，工业锅炉改(7)通过先进的燃烧模型、控制算法、燃烧器的造和创新的新技术层出不穷，但这些新技术一旦应设计等提高锅炉的热效率。用到新产品开发和市场竞争上，工业锅炉产品的价(8)远程控制功能，能够人为或者自动的进行格就不得不上升，对中国的大多数工业锅炉用户来远程系统维护。讲，增加用热成本短期内会增加产品的生产成本，但(9)具有不同的通信方式，如网络、无线等通信从长期运行的情况看，这种节能投资最终会提高产方式。品的竞争力，中国企业的领导人对此是否具有节能 学兔兔www.xuetutu.com6工业锅炉2010年第1期(总第119期)长期效应的认识就成为至关重要的事情了。行实践的检验；其次，我国工业锅炉节能减排事业总目前我国的节能法律和法规不完善，节能投入体上缺少规模效应，和国家“十一五”降低单位GDP不足，公众接受节约型消费观念存在极大障碍。能耗和减少污染排放的节能减排目标相比，还有很“十一五”期间，要在强化公众节能意识方面有所突长的路要走。目前，我国工业锅炉行业节能减排事破。对企业而言，国家应完善向节能倾斜的价格、财业正处在基础实验、工业化试验和成果转化之中。政、税收、信贷等政策，引导和激励企业和社会的节“十一五”期间，我国科技部门已经加大了工业锅炉能行为；如国家发展和改革委员会也在探索采用国节能减排的基础研究投入，基础研究成果的工业化债资金支持的节能、节水、资源综合利用等重大项转化已经初见成效，预计在“十二五”期间工业锅目。国家应制定节能产品鼓励目录，对生产和使用炉节能减排事业将进人快速发展时期，促使我国工目录的产品和企业实行减免税政策；在生产和消费业锅炉节能减排工作进入实质性的良性轨道。瞄领域推动节能的税收优惠政策。指导国家政策性银参考文献行为节能项目提供贴息贷款，引导商业银行向节能[1]王善武，赵钦新．大容量层燃热水锅炉技术发展探讨领域投资。倡导地方政府建立节能发展专项资金或[J]．工业锅炉，2008(1)：1—7．[2]赵钦新，王善武．工业锅炉技术创新与发展思路探讨基金，支持节能技术的研发和推广，节能工程的示范[J]．工业锅炉，2009(1)：l一12．及相关的能力建设。[3]陈学俊，陈听宽．锅炉原理(上、下册)[M]．北京：机械4结论工业出版社，1981．综上所述，“十一五”期间，工业锅炉节能减排[4]哈尔滨工业大学热能工程教研室．小型锅炉设计与改装的某些技术只在我国的某些地区有所突破，有待运[M]．北京：科学出版社，1987．广告索引封面上海沪江机械厂有限公司前插l3河北盛时伦电气有限公司封二北京西山圣通风机有限公司前插l4南通中南鼓风机有限公司封三长沙市中工锅炉配件有限公司前插15浙江百特燃烧器有限公司封底斯派莎克工程(中国)有限公司前插16江苏双良锅炉有限公司前插1欧科中国CEB上海代表处中插1丹佛斯(上海)自动控制有限公司前插2意大利百得有限公司上海代表处中插2、3扎克能源技术设备(上海)有限公司前插3湖南万英科技有限公司中插4芬兰奥林中国代表处前插4浙江特富锅炉有限公司黑白插页前插5北京润瓯科技有限公司中国锅炉网前插6宜兴市东方锅炉除尘设备厂有限公司九江电通电气有限公司前插7德国麦克斯威索有限公司安徽博瑞特热能设备有限公司前插8宜宾市信通电子器材厂常州联合锅炉容器有限公司前插9卡尔冬斯贸易(上海)有限公司上海昱真水处理工程有限责任公司前插l0上海四方锅炉厂上海虎啸电动工具有限公司(P44)前插11大连三洋制冷有限公司金牛股份有限公司锅炉运行维修服务分公司(P54)前插l2杭州伯勒计算机技术有限公司江苏省吴江市环宇胀管器有限公司(P54)