锅炉热力系统优化与节能改造分析

锅炉热力系统优化与节能改造分析

摘要：在工业和社会发展过程中，工业锅炉逐步变成一项必需品，在工业经济

快速发展的过程中，扮演着非常重要的角色，我国在工业锅炉使用当中，主要以

煤和天然气为主要燃料。在这些工业锅炉使用的过程中，部分天然气锅炉实际运

行效率只能达到设计效率的80%左右，造成了非常严重的能源浪费问题，但同时

也有巨大的节能潜力，所以一定要对工业锅炉热力系统进行优化和节能改造，本

文重点对锅炉热力系统优化和节能改造进行分析和研究，以供参考。

关键词：锅炉热力系统；优化；节能改造

1工业锅炉节能改造现状

让工业锅炉的安全性和经济性提高，具有非常重要的意义和价值，在工业锅

炉使用的过程中，节能问题已经成为企业越来越重视的一个问题，但是当前不能

在短时间之内替换掉原有的一些浪费较大的锅炉，只有通过一定的热力系统优化

和改造，让它的能耗降低，锅炉效率提高，这才是可行有效的办法。

工业锅炉热力系统改造并非改造单一的设备，而是对锅炉的配置设备、管网、本体结构等热力系统进行统一的合理改造，我国工业锅炉逐步向热电联产、自动

调节控制、增大容量、烟气脱硫脱硝等方面进行发展。

2项目背景

某企业在进行生产的过程中会使用一台20t/h的燃气锅炉，锅炉产生的蒸气

送入分汽缸，再将这些蒸气向需要使用的生产工艺节点进行分配。

锅炉实际使用过程中，锅炉出力仅为15t/h左右，达不到生产需求；经过现

场勘查，锅炉实际排烟温度达到~200℃，同时对尾气成分进行分析，其尾气排放

中含有大量的CO，证明锅炉燃烧不充分，造成了能源的浪费。

3案例锅炉存在的主要问题

3.1锅炉热效率低

通过相应的分析发现，锅炉的平均热效率只能达到83%左右，与现行的燃气

锅炉效率应达到92%以上有相当大的差距，导致锅炉热效率比较低的原因有如下

几点。

在给水处理的过程中，锅炉无法达到设计的标准，造成换热部分管束当中出

现内壁结垢、热阻增加等情况，造成传热效率下降。

锅炉燃烧器因多年未进行维护，其配风设计结构不合理，使得燃烧不充分，

同时氮氧化物生成率也较高，从而导致化学未完全燃烧损失q3达到约6%，导致

能源浪费。

通过分析锅炉的相关结构设计数据，发现虽然锅炉蒸发段的换热面积在总换

热面积当中具有非常大的比例，但锅炉的省煤器面积设计不足，同时因给水水质

原因造成锅炉出现多次泄漏后，封堵了部分省煤器受热面，造成锅炉的排烟温度

比较高，通过热平衡计算，锅炉的排烟热热损失q2高达9%，从而造成排烟热损

失过高。

总而言之，导致锅炉系统热效率不高的主要原因在于气体没有获得完全燃烧，以及锅炉排烟温度过高，导致大量热量损失，造成能源浪费，主要的影响因素有

炉膛当中出现过量空气系数、燃烧方式和结构设计不合理、炉内空气动力和炉内

温度情况不佳及受热面布置不足等。

3.2鼓、引风机输出能力不匹配

在整个系统当中，由于省煤器部分的吸热量过低，锅炉排烟温度过高，引风

机将高温烟气向外排出，烟气温度与引风机的设计温度不匹配，而导致烟气当中

的流量和体积增大，加快引风机的轴功率，这就造成原来配置的电机不能进行正

常使用，而为了让整个引风机能够很好的使用，则需要将电机的功率加大业主单位为降低锅炉排烟温度，曾在原有省煤器后再加设了两级省煤器，虽

然能降低排烟温度，但增加了锅炉总阻力，从而造成电机功率不能匹配，无法增

加锅炉出力，也导致了一定的能源浪费，与此同时，没有合理控制鼓风机，导致

炉膛当中出现空气过剩系数较大的问题。对炉膛内的温度产生一定影响，导致气

体没有办法完全燃烧，而造成一定的热损失。

4节能改造方案

具体分析锅炉当中出现的这些问题，在技术方案当中，利用燃气锅炉低氮燃

烧器技术以及锅炉尾气自动监测控制锅炉燃烧技术，对过量空气系数进行实时控制，确保火焰长度，使得燃料能够在炉膛当中进行充分燃烧，提高炉膛温度分布

的均匀性，让气体不完全燃烧的情况得到控制，避免产生大量化学损失，同时重

新设计尾部省煤器结构，增加受热面面积，降低排烟温度，从而提高锅炉热效率。

4.1锅炉受热面清洗

由于原有锅炉几乎未进行保养，经过检测，蒸发受热面管内存在一定的内部

水垢，导致锅炉效率降低，本次改造过程中，对原锅炉受热面进行酸洗，清理掉

炉内蒸发受热面的积垢，提升蒸发受热面的换热效率。

4.2锅炉尾部省煤器改造技术方案

原锅炉省煤器采用光管式结构，且业主后续增加了两级光管省煤器，鉴于燃

气锅炉尾气非常洁净，几乎不含粉尘，因此本技术方案是将所有的省煤器全部拆除，选用高效螺旋花型翅片重新进行省煤器设计，在仅占用原有的一级省煤器位

置的基础上，即可布置出比原来三级光管省煤器还大的受热面面积，从而实现降

低锅炉排烟温度，提升锅炉效率，同时降低了烟气阻力，降低锅炉自用电耗。

4.3低氮燃烧器技术方案

原锅炉为卧式结构设计，采用单级燃烧器布置，燃料无预混，燃气通过中心

喷管进入炉膛进行燃烧，本次改造对燃烧器进行整体更换，采用高效低氮燃烧器，对配风进行调整，实现分级燃烧，控制火焰温度和火焰长度，在保证锅炉安全运

行的同时，提高火焰炉膛充满度，同时为后续的环保达标打下基础。

4.4锅炉燃烧自动监测控制技术方案

依照燃烧效率不高等具体问题还进行了针对该锅炉设计的计算机监控和自动

控制系统，这套系统能够对燃烧进行实时监控和管理，还能够形成最佳燃料配风比，在不同负荷的燃烧的过程中，维持最佳工况，这样就可以形成多策略、多控

制系统，让监控的可靠性进一步提高，与此同时控制系统通过智能控制和常规控

制共同结合的手段进行操作，在运行的过程中，相关人员可以分析整理操作数据，在常见条件下寻找最优锅炉效率的燃料配风比，在进行动态控制的过程中还可以

对进行管理，对送风量进行确认，与此同时，还可以在线将这种状态体现出来，

在稳定燃烧的过程中，对设备进行微调，以寻找最优策略。

5实施后效果分析

通过改造之后，锅炉的排烟温度从之前的约200℃降低到127.5℃，锅炉排烟

热损失由原来的~9%降低至4.8%，通过锅炉的自控系统，测量出化学不完全燃烧

损失由原来的6%降低至~0.8%超过了，经过综合测算，锅炉效率达到92.6%，由

于锅炉改造后的排烟温度和阻力均大幅降低，还有~15%的节电率。本次改造获得

了明显的节能效果，值得推广和使用。