工业锅炉节能利器_浅谈锅炉节能减排技术和蒸汽热泵技术

工业锅炉作为目前大量使用的一种耗能设备，在我国能源消费中占据着举足轻重的地位，工业锅炉的节能减排工作对于减少我国污染物的排放，降低能耗水平，提高企业经济效益有着十分重大的意义。

据统计，我国有三分之二的能源被锅炉消耗掉了，全国工业用煤的80％用于锅炉燃烧，随着城市清洁能源的利用，现有大量的天然气和轻油作为锅炉燃料在使用。我国工业燃煤锅炉的实际运行热效率只有65％左右，燃烧天然气和轻油的锅炉实际运行热效率只有80％~90%，而工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85％。如果锅炉热效率能够提高10％，则相当于三峡水库一年的发电量。我国能源利用效率不高，节能潜力十分巨大，做好工业锅炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义。

１ 开展锅炉热工测试　保证锅炉高效率运行

开展锅炉热工测试是当务之急，近年来国家在对锅炉的设计图纸进行审查时，其重点放在了安全性能方面，而对锅炉热效率是否达到国家标准要求，没有具体审查；目前国内锅炉的设计均是制造厂自己设计，因此许多厂家在设计时就首先考虑的是成本和利润。于是出现了同样一台4吨/小时的锅炉，其体积和重量大不相同的现状；个别锅炉制造厂采用减少锅炉受热面的方法，降低锅炉的生产成本；虽然热效率指标未达到国家标准要求，但由于现在大多数制造厂都没有对锅炉进行热工测试，因此锅炉热效率到底是多少，从设计到使用均不太清楚。在当前我们国家市场经济还不太规范的情况下，还有一些锅炉销售单位，不按照锅炉的原设计要求进行配套销售锅炉，而是只用制造厂生产的锅炉本体，其它的锅炉配套设备则由销售单位自己配置，为了使锅炉销售的利润最大化，销售单位往往配置的配套设备都要低于锅炉原设计的配套设备，从而造成了锅炉在实际运行中，其实际热效率大大低于设计热效率的现象；此外，锅炉运行几年后，由于锅内结垢及锅外积灰等方面原因，使锅炉热效率大大降低，而使用单位一般又不知道，因而使能耗大大增加。对此采取的措施和方法有：

（1）对锅炉生产厂家新试制的锅炉，在对锅炉的设计图纸进行审查时，应将锅炉热效率指标纳入鉴定评审范围，锅炉生产厂家必须要对试制锅炉进行热工测试，以衡量锅炉设计的热效率是否符合国家标准，国家检验检测机构应进行监督检测。

（2）对新安装锅炉在总体验收时，国家检验检测机构应进行监督检测。一是防止销售单位不按照锅炉的原设计要求进行配套，以保证锅炉的热效率能够达到国家标准的要求；二是为锅炉使用单位在今后锅炉使用过程中降低锅炉运行中能耗提供必要的指导。

（3）锅炉在实际运行过程当中，锅炉能耗的增加有多方面原因，为了加强对在用锅炉能耗的监管，对于已经运行了多年且燃料消耗明显增加的锅炉，应进行热工测试，以指导锅炉使用单位在锅炉使用过程中降低锅炉运行中的能耗。

在锅炉设计审查时，应要求体现节约能源设计措施，建议采取：

(1)额定蒸发量≥4T/h的锅炉应设计省煤器，以降低排烟温度提高热效率。

(2)额定蒸发量≥10T/h的锅炉应有排污扩容器，回收排污废水及余热，节能减排。

(3)火管锅炉设计时烟管应采用螺纹管，对设计为光管的，则必须在高温区烟管内添加扰流子。这样可以提高热效率2%~5%（因为其投资费用低，提高热效率明显，对在用锅炉也可以推广）。

(4)按照《锅炉水处理监督管理规则》的有关规定，审查水处理设备的设计资料。

２ 对使用中的锅炉应加强水质管理

锅炉水质的好坏将直接影响锅炉的安全经济运行。对锅炉而言，按照有关的法规和标准加强水处理的使用、管理、监督是保证锅炉安全经济运行的重要措施，是保证锅炉符合环境保护与节约能源的需要。使用单位应严格按照《锅炉水处理监督管理规则》规定，对在用锅炉进行日常水质检测，发现问题及时解决。国家检验检测机构在锅炉内部检验时发现锅炉结垢≥1mm，复盖率≥80%的（一般锅炉结垢1mm热效率降低10%），应按照《锅炉化学清洗规则》的规定对使用单位提出锅炉除垢要求。通过防垢、除垢，合理控制锅炉的排污率，提高锅炉水质，减少水垢，增强传热，减少热损失，达到直接节能减排的目的。

另外，对于额定压力≤2.5MPa锅炉的给水除氧方法，尽量推广节能新技术，采用目前国际国内先进的除氧药剂，

工业锅炉节能利器

——浅谈锅炉节能减排技术和蒸汽热泵技术

□李长林[1] 陈开忠[2]

（[1]重庆市特种设备质量安全检验中心重庆 400000 ；

[2]重庆智得热工工业有限公司重庆 400000）

摘要：工业锅炉在我国能源消费中占据着举足轻重的地位。本文从锅炉设计、制造、安装、使用和检验监测等几个环节介绍了锅炉节能降耗的方法和一种节能新设备，希望能抛砖引玉，引出更多的锅炉节能降耗新方法。

关键词：锅炉节能方法设备

中图分类号：TP911.73 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2008）02-030-2

结合热力除氧进行综合评价，选择最佳的节能方法。

３ 大力推广节能新技术，回收锅炉的冷凝水提高系统热效率　

回收凝结水是锅炉供热系统过程中节能节水的有效措施，如果蒸汽凝结水回收利用为锅炉补给水，假如蒸汽凝结水回收时平均温度为60℃，原锅炉补给水水源为自来水，

平均温度为10℃，补给水由10℃提高到60℃，水温提高了50℃，利用1吨凝结水相当利用5×104大卡的热量，相当利用发热量为6000大卡/公斤的煤约8.3公斤，以每吨煤360元计算节约3元。节约天然气相当5.1m3，以每1m3天然气1.8元计算节约9.18元。凝结水的品质远高于软化水，接近纯水，是优质的热源给水。加以利用会明显减少锅炉燃料消耗，减少软化水量，降低蒸汽生产成本，并且由于锅炉的水质改善，还会减少锅炉的排污热损失，提高锅炉的效率。

在制药、饮食、化工、医院等行业的锅炉供热系统工艺设计中，曾经考虑过回收凝结水，但由于凝结水回收管只是简单铺设钢管，用泵将凝结水送至锅炉给水箱，没有采取任何防腐措施，而使凝结水被污染，含铁量过高，呈砖红色，不符合锅炉给水要求而排放了。重庆市≥4吨/小时的锅炉有近千台，每天要排放掉上万吨高热量、高品质的凝结水，其经济损失每天几万元,每年损失上千万元。而凝结水的回收很简单，只需要一台加药泵,再加凝结水防腐剂就解决了。目前国内有许多药剂生产厂家和药剂，回收利用蒸汽凝结水，能节水节能保护环境，降低企业的生产成本，有良好的经济效益与社会效益。

４ 大力推广应用蒸汽热泵

在工业锅炉的蒸汽应用系统里，有极大的节能潜力可以挖掘。据有关资料报道，目前我国的蒸汽综合应用效率大约在50%左右，有近一半的蒸汽热能被白白的浪费掉。因此提高蒸汽的利用效率是工业锅炉节能的又一个主要研究方向。

根据国外参考文献介绍，欧美发达国家早在20世纪80年代开始应用了蒸汽热泵技术，通过蒸汽热泵可以回收低压余汽，实现20%至30%的蒸汽节能，对整个工业锅炉系统的节能减排起着非常关键的作用。

蒸汽热泵技术是解决工业锅炉节能减排难题的金钥匙。

4.1 工业锅炉蒸汽系统应用蒸汽热泵节能的技术分析

(1)余汽热能回收利用的方法。

在蒸汽锅炉应用系统中，由锅炉产生的蒸汽，在生产工艺过程中经过表面式换热后，会有大量的低压余热蒸汽排出。一般回收余热蒸汽的做法有两种：一种是利用疏水阀使冷凝水排出，不允许蒸汽排出，使蒸汽的汽化潜热得到充分地利用。但是实际经验告诉我们，由于疏水阀是由往复运动部件组成，不论国产的还是进口的，疏水阀均不能保证对蒸汽的有效密封，从而大量的蒸汽（20%～30%）通过疏水阀排出，仅有部分的凝结水通过水泵打回锅炉作为给水利用，其回收的热能非常有限。另一种是将余热蒸汽和冷凝水直接通入软水箱来加热锅炉给水实现余热利用。但是，由于软水箱的容积有限，并不能完全吸收余热蒸汽的全部热能，而且软水箱都是开式结构，造成大量蒸汽白白蒸发，使得热能白白浪费。

这两种做法的结果是：不能有效回收低压余热蒸汽中的热能。

利用蒸汽热泵可以有效解决上述两种办法中的不足，实现对蒸汽余热的最大化利用。

(2) 蒸汽热泵的工作原理。

蒸汽热泵主要由喷嘴、吸入室、混合段、扩压室四部分组成，见下图：

蒸汽热泵工作原理是利用拉伐尔喷管原理。通过较高压力（P1）的蒸汽高速流经主喷嘴产生绝热膨胀，使其出口速度升高，在喷嘴出口处将会形成超音速(一般速度可达到500～1000m/s)，相应的出口周围的压力降低，形成负压，形成吸入室。吸入室进口抽吸较低压力（P0）的余热蒸汽（包括凝结水）及二次闪蒸蒸汽。以上两部分汽体在混合段充分混合均匀后，流经扩压器喉管达到一定压力，此时蒸汽对应的流速较主喷嘴喉口处的流速低（接近音速），最后经过扩压器降速升压，最终达到工艺用蒸汽压力（PL）的要求。简而言之，就是利用高压力蒸汽，通过拉伐尔喷管吸收低压余热蒸汽，经过充分混合、扩压后输出生产工艺用蒸汽的过程。

蒸汽热泵的核心技术在于主喷嘴的几何尺寸的确定。主喷嘴喉口的大小决定了喷嘴出口处蒸汽的流速，其流速越高，对余热蒸汽的抽吸力就越强，回收蒸汽的效率也越高。

蒸汽热泵余热蒸汽回收系统，除了蒸汽热泵外，还有孔板、闪蒸罐、压力调节器、液位控制器、不凝结气排出系统和凝结水泵等部件（参见下图）。在实现蒸汽余热的回收过程中，除了蒸汽热泵本身的几何尺寸非常考究外，系统中各部件的参数调节和控制，对系统的正常工作也起着至关重要的作用。必须通过对这些部件的合理调整和有效控制，才能真正实现工业锅炉的余汽热能回收价值。

从蒸汽余热回收系统示意图可以看出，经面式换热后的余热蒸汽所携带的热能，几乎全部回收到了蒸汽应用系统中，其节能效果是十分明显的。

(3)利用蒸汽热泵实现不同参数蒸汽的合理提供。

在工业生产过程中，经常会遇到生产工艺过程需要不同压力参数的蒸汽，而蒸汽汽源又只能提供单一参数的蒸汽。目前普遍采用的办法是对汽源出来的高压蒸汽进行节流，将高压蒸汽降低到生产工艺需要的压力。蒸汽经过节流减压后会产生能量的无效贬值，使蒸汽的品质降低。

蒸汽热泵可以有效地解决这个问题，热源出来的高压蒸汽可以通过蒸汽热泵与低压蒸汽混合，产生介于高低压蒸汽之间的各种压力的蒸汽（通过调节孔板、压力调节器等）。利用蒸汽热泵来进行蒸汽分配的优势在于，可以根据生产工艺需要精确提供各种参数的蒸汽，并能避免节流减压过程对蒸汽品质的无效贬值。

4.2 蒸汽热泵节能的优势和必要条件

通过蒸汽热泵系统的工作原理介绍，我们可以看到蒸汽热泵系统使整个热力系统形成闭环，热力损失降到最低，比普通系统节能25%左右。并且锅炉蒸汽系统不再蒸汽弥漫，工作环境的热污染将得到明显改善。

蒸汽热泵节能系统应用的必要条件：用于生产工艺过程中加热的蒸汽必须是通过面式换热，并且有低压余热蒸

汽排出。