工業(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)

1緒論1

1.1鍋爐技術(shù)概述1

1.1.1鍋爐的結(jié)構(gòu)及類型1

1.1.2鍋爐的用能平衡分析及節(jié)能方向3

1.2我國鍋爐的能耗現(xiàn)狀及節(jié)能途徑5

1.2.1工業(yè)鍋爐5

1.2.2電廠鍋爐7

參考文獻10

2燃料性質(zhì)及燃燒方式與節(jié)能11

2.1燃料性質(zhì)與節(jié)能11

2.1.1固體燃料13

2.1.2液體燃料17

2.1.3氣體燃料18

2.1.4三種燃料的比較及天然氣的應(yīng)用19

2.2燃燒方式與節(jié)能20

2.2.1助燃氣體22

2.2.2層狀燃燒24

2.2.3懸浮燃燒27

2.2.4循環(huán)流化床燃燒29

2.2.5三種燃燒方式的比較32

參考文獻35

3鍋爐系統(tǒng)的物質(zhì)平衡與熱平衡37

3.1鍋爐系統(tǒng)的物質(zhì)平衡37

3.1.1幾種爐型的物質(zhì)流程38

3.1.2鍋爐系統(tǒng)的物質(zhì)平衡關(guān)系式44

3.1.3小結(jié)47

3.2鍋爐系統(tǒng)的熱平衡48

3.2.1鍋爐系統(tǒng)的熱平衡及其組成48

3.2.2鍋爐系統(tǒng)的熱效率48

3.3鍋爐系統(tǒng)的主要熱損失及其影響因素分析50

3.3.1固體未完全燃燒熱損失50

3.3.2排煙熱損失54

3.3.3氣體未完全燃燒熱損失54

3.4鍋爐燃燒及熱平衡計算示例56

3.5循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的熱平衡特點61

3.5.1循環(huán)流化床鍋爐外循環(huán)特征62

3.5.2循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的熱平衡63

3.6以高位發(fā)熱量為基準的鍋爐系統(tǒng)熱平衡及其優(yōu)點65

3.6.1鍋爐熱效率及各種熱損失65

3.6.2鍋爐系統(tǒng)熱平衡中各種熱損失的計算66

3.6.3兩種基準下鍋爐系統(tǒng)熱平衡的比較69

3.7小結(jié)69

參考文獻69

4工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能技術(shù)71

4.1工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)概述71

4.1.1工業(yè)鍋爐的范圍及發(fā)展71

4.1.2工業(yè)鍋爐的分類71

4.1.3工業(yè)鍋爐的節(jié)能改造計劃及實施73

4.2煤炭加工節(jié)能技術(shù)75

4.2.1煤炭洗選技術(shù)75

4.2.2配煤與型煤技術(shù)78

4.2.3水煤漿和水焦?jié){技術(shù)80

4.3高效低污染燃燒節(jié)能技術(shù)84

4.3.1型煤燃燒技術(shù)84

4.3.2分層燃燒技術(shù)88

4.3.3水煤漿燃燒技術(shù)91

4.3.4新型高效煤粉燃燒技術(shù)97

4.3.5富氧燃燒技術(shù)102

4.3.6高溫空氣燃燒技術(shù)105

4.3.7煤炭氣化技術(shù)110

4.4鍋爐強化傳熱節(jié)能技術(shù)117

4.4.1管外與管內(nèi)強化傳熱技術(shù)118

4.4.2受熱面上的灰渣清除技術(shù)121

4.4.3防垢除垢技術(shù)123

4.4.4保溫及密封技術(shù)129

參考文獻136

5燃油燃氣鍋爐節(jié)能技術(shù)138

5.1燃油燃氣鍋爐概述138

5.1.1燃油燃氣鍋爐的類型及特點138

5.1.2燃油燃氣鍋爐的燃燒特性及自動控制141

5.1.3燃油燃氣鍋爐常見的結(jié)構(gòu)型式144

5.1.4燃油燃氣鍋爐的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢150

5.2燃油燃氣鍋爐核心部件節(jié)能技術(shù)152

5.2.1波形爐膽節(jié)能技術(shù)152

5.2.2煙管強化傳熱節(jié)能技術(shù)152

5.2.3前煙箱冷卻節(jié)能技術(shù)153

5.2.4鍋爐本體結(jié)構(gòu)布置節(jié)能技術(shù)154

5.3燃油燃氣鍋爐富氧燃燒節(jié)能技術(shù)155

5.3.1富氧燃燒技術(shù)的工作原理155

5.3.2富氧燃燒的分類157

5.3.3富氧燃燒技術(shù)的節(jié)能環(huán)保特性157

5.4煙氣余熱回收利用節(jié)能技術(shù)158

5.4.1燃油鍋爐降低排煙溫度的節(jié)能潛力158

5.4.2燃氣鍋爐排煙溫度的特性分析159

5.4.3鍋爐煙氣余熱回收利用設(shè)備160

5.5燃油燃氣鍋爐的燃燒器節(jié)能技術(shù)161

5.5.1燃氣燃燒器162

5.5.2燃油燃燒器164

5.5.3燃燒器與爐膛的匹配166

5.5.4加裝燃油（燃氣）節(jié)能器167

5.6燃油燃氣鍋爐保溫及控制節(jié)能技術(shù)167

5.6.1爐體保溫節(jié)能技術(shù)167

5.6.2鍋爐運行變頻控制節(jié)能技術(shù)168

5.6.3鍋爐的先進控制節(jié)能技術(shù)169

參考文獻169

6電廠燃煤鍋爐節(jié)能技術(shù)171

6.1電廠鍋爐的工作過程及特點171

6.1.1電廠鍋爐的工作過程171

6.1.2電廠鍋爐的特點172

6.2電廠鍋爐的節(jié)能政策及節(jié)能途徑174

6.2.1電力行業(yè)的節(jié)能政策174

6.2.2電廠鍋爐節(jié)能途徑175

6.3電廠鍋爐節(jié)能燃燒技術(shù)176

6.3.1低NOx燃燒技術(shù)176

6.3.2節(jié)油點火技術(shù)178

6.3.3富氧燃燒技術(shù)180

6.3.4電廠鍋爐的結(jié)渣、積灰及其防治182

6.3.5爐內(nèi)傳熱的強化技術(shù)185

6.4電廠鍋爐煙氣余熱利用節(jié)能技術(shù)186

6.4.1空氣預(yù)熱器186

6.4.2低溫省煤器193

6.5用于風(fēng)機和水泵調(diào)節(jié)的變頻技術(shù)193

6.5.1風(fēng)機的變頻節(jié)能技術(shù)193

6.5.2水泵的變頻節(jié)能技術(shù)195

6.6動力配煤技術(shù)在電廠鍋爐中的節(jié)能應(yīng)用196

6.6.1煤質(zhì)變化對鍋爐正常運行特性的影響196

6.6.2動力混煤煤質(zhì)特性及燃燒特性的計算198

6.6.3優(yōu)化配煤的數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)201

6.7粉煤灰綜合利用技術(shù)206

6.7.1粉煤灰的形成和組成206

6.7.2粉煤灰的精細化利用208

參考文獻210

7循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能技術(shù)212

7.1循環(huán)流化床鍋爐及流態(tài)化現(xiàn)象212

7.1.1循環(huán)流化床鍋爐概述212

7.1.2流態(tài)化現(xiàn)象213

7.2循環(huán)流化床鍋爐的工作特性215

7.2.1流動特性215

7.2.2傳熱特性220

7.2.3燃燒特性224

7.3循環(huán)流化床鍋爐燃燒節(jié)能分析225

7.3.1循環(huán)灰對燃燒效率的影響225

7.3.2床底渣含碳量高的原因228

7.3.3飛灰含碳量高的原因及控制措施230

7.3.4分床分層流化燃燒技術(shù)232

7.3.5點火節(jié)油技術(shù)234

7.3.6其他燃燒節(jié)能技術(shù)237

7.4循環(huán)流化床鍋爐的運行節(jié)能238

7.4.1進煤系統(tǒng)節(jié)能分析238

7.4.2受熱面的磨損與防治240

7.4.3機組運行優(yōu)化調(diào)整245

7.4.4鍋爐運行節(jié)能技術(shù)247

7.5循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計的標準化問題248

7.5.1循環(huán)流化床鍋爐的爐型設(shè)計249

7.5.2循環(huán)流化床鍋爐的放大設(shè)計250

7.5.3循環(huán)流化床鍋爐的標準化設(shè)計252

7.6循環(huán)流化床鍋爐的大型化節(jié)能型發(fā)展254

7.6.1我國循環(huán)流化床鍋爐的完善化改造254

7.6.2我國600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)258

7.6.3我國未來循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展265

參考文獻265

隨著煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源的日益減少，全球能源供應(yīng)形勢日趨緊張，節(jié)能降耗越來越受到人們的高度重視。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源供需矛盾更加突出。據(jù)統(tǒng)計，2001～2008年間，我國能源生產(chǎn)總量年均增長率是116%，而能源消費總量年均增長率達到了147%。因此，我國在“十一五”節(jié)能減排的基礎(chǔ)上，提出在“十二五”期間單位GDP能源消耗再降低16%的目標?？梢姡覈摹肮?jié)能降耗”工作任重而道遠。

鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，通常將煤炭、石油、天然氣等化石燃料所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，通過水、蒸汽、導(dǎo)熱油等工作介質(zhì)向外界供熱。鍋爐一般是能源利用過程中第一個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，其轉(zhuǎn)換效率的高低對能源利用的總效率具有決定性作用。因此，優(yōu)化燃料配制和鍋爐系統(tǒng)、改進鍋爐本體結(jié)構(gòu)、提高爐內(nèi)燃燒效率和各個受熱面的傳熱效率、回收煙氣余熱等，都是提高鍋爐熱效率的有效措施，也是提高能源利用總效率的有效途徑。對鍋爐本體結(jié)構(gòu)進行改造，實現(xiàn)高效燃燒、強化傳熱、余熱回收及提高鍋爐綜合性能一直是國內(nèi)外科技人員研究的熱點，也取得了大量的科技成果。目前，先進的鍋爐技術(shù)已在能源、動力、化工、煉油、冶金、制藥、輕工及紡織等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本書根據(jù)作者多年來開展鍋爐研究的技術(shù)成果和工程實踐經(jīng)驗，并結(jié)合國內(nèi)外最新的鍋爐技術(shù)進展，介紹了常用鍋爐的結(jié)構(gòu)型式、能效狀況及節(jié)能途徑，闡述了鍋爐的燃料性質(zhì)及燃燒方式對節(jié)能的影響，分析了鍋爐系統(tǒng)的物質(zhì)平衡及熱平衡關(guān)系，為實施鍋爐節(jié)能技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，重點介紹了各類工業(yè)鍋爐和電廠鍋爐在工程實踐中的具體節(jié)能技術(shù)，特別介紹了國家重點推廣的循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能技術(shù)。

本書可供從事鍋爐設(shè)計、運行和檢修工作的工程技術(shù)人員參考使用，也可作為從事節(jié)能工作相關(guān)管理人員和工程技術(shù)人員的培訓(xùn)教材，還可作為大專院校能源動力類專業(yè)的選修課或?qū)I(yè)課教材，并可供動力工程及工程熱物理學(xué)科的教師參考。

全書由浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院沈祥智負責(zé)章節(jié)規(guī)劃，鄭州大學(xué)節(jié)能技術(shù)研究中心吳金星負責(zé)統(tǒng)稿。具體編寫分工為：第2～4章及第12節(jié)由沈祥智負責(zé)編寫，第11節(jié)及第5章由吳金星負責(zé)編寫，并負責(zé)組織編寫和修改第6、7章。第6章由同濟大學(xué)陳德珍編寫，第7章由鄭州大學(xué)王培萍編寫。另外，鄭州大學(xué)王保東、趙金輝、張力雋等老師，河南機電高等?？茖W(xué)校王任遠老師，以及李俊超、郭桂宏、王力等研究生參加了資料收集和部分章節(jié)的編寫工作。河南力威熱能設(shè)備制造有限公司賀敏總經(jīng)理、李國立經(jīng)理為本書的編寫提供了大量技術(shù)資料。在編寫過程中，鄭州大學(xué)魏新利教授、王定標教授等提出了很好的修改意見和建議。在此一并表示感謝。在編寫過程中參閱了大量的國內(nèi)外專著、教材和期刊論文，在此謹向這些文獻的著者和相關(guān)單位表示誠摯的謝意。本書的出版得到浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院、鄭州大學(xué)化學(xué)與能源學(xué)院及河南力威熱能設(shè)備制造有限公司的支持，特此致謝。

由于編者知識水平和經(jīng)驗有限，書中難免出現(xiàn)疏漏和不足之處，敬請讀者批評指正。2100433B

《工業(yè)設(shè)備節(jié)能技術(shù)叢書:工業(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)》介紹了常用鍋爐的結(jié)構(gòu)型式、能效狀況及節(jié)能途徑；闡述了鍋爐的燃料性質(zhì)及燃燒方式對節(jié)能的影響；分析了鍋爐系統(tǒng)的物質(zhì)平衡及熱平衡關(guān)系，為實施鍋爐節(jié)能技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。 《工業(yè)設(shè)備節(jié)能技術(shù)叢書:工業(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)》重點介紹了各類工業(yè)鍋爐和電廠鍋爐在工程實踐中的具體節(jié)能技術(shù)，特別介紹了國家重點推廣的循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能技術(shù)。

《工業(yè)設(shè)備節(jié)能技術(shù)叢書:工業(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)》可供從事鍋爐設(shè)計、運行和檢修工作的工程技術(shù)人員參考使用，也可作為從事節(jié)能工作相關(guān)管理人員和工程技術(shù)人員的培訓(xùn)教材，還可作為大專院校能源動力類專業(yè)的選修課或?qū)I(yè)課教材，并可供動力工程及工程熱物理學(xué)科的教師參考?！豆I(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)》系統(tǒng)全面介紹了工業(yè)及電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)相關(guān)知識。

工業(yè)節(jié)能技術(shù)就業(yè)方向

工業(yè)類企業(yè)：工業(yè)節(jié)能改造、工業(yè)節(jié)能管理。

工業(yè)節(jié)能技術(shù)專業(yè)銜接

持續(xù)本科專業(yè)舉例：能源與動力工程；建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程；能源經(jīng)濟。 2100433B

工業(yè)節(jié)能技術(shù)主要研究機械學(xué)、電機學(xué)、電子技術(shù)、PLC技術(shù)、節(jié)能改造技術(shù)等方面的基本知識和技能，進行工業(yè)用電設(shè)備的節(jié)能改造和節(jié)能管理等。例如：電機、變壓器、風(fēng)機、空調(diào)器等用電設(shè)備以及變配電系統(tǒng)的節(jié)能改造等。

1、要使用節(jié)能的燃燒技術(shù)

工業(yè)爐能源浪費的主要原因之一是不完全燃燒所造成的熱能損失。它是由化學(xué)不完全燃燒和機械不完全燃燒引起的?；瘜W(xué)不完全燃燒可以引起由于排煙中一氧化碳，氫和氨的可燃氣體的不完全燃燒造成的熱損耗，從而引起以散煤為燃料的工業(yè)爐冒黑煙。這種黑煙中的高溫粉塵以及二氧化硫、二氧化碳等都會對大氣環(huán)境造成污染。機械不完全燃燒的熱損失主要體現(xiàn)在未完全燃燒的煤粒、灰渣和飛灰顆粒上面。這些灰渣和顆粒同樣會造成對環(huán)境的極大損害。富氧燃燒技術(shù)可以大幅度提高燃燒溫度，減少助燃的空氣量，以此來實現(xiàn)煙氣量的減少和燃氣熱的損失，既節(jié)約燃料，也能延長工業(yè)爐爐窖的使用壽命，提高工業(yè)爐的產(chǎn)量等。但富氧燃燒技術(shù)由于分離空氣時會產(chǎn)生氮氣等大量的副產(chǎn)品，對空氣污染情況的改善不僅起不到作用，反而可以加劇空氣質(zhì)量的惡化，同時相關(guān)設(shè)備還會增加電耗，其大范圍的使用還有待改進和研究。工業(yè)上我們還可以采用高溫空氣燃燒技術(shù)以及燃料入爐前進行磁化處理等技術(shù)來達到節(jié)能減耗的目的。

2、工業(yè)爐的余熱回收和利用技術(shù)

工業(yè)爐產(chǎn)生的大量的煙氣會帶走大量的熱能，這些熱能被稱之為余熱。對這些余熱的回收與利用，可以在節(jié)約能源的同時，減少對大氣的污染。目前我們可以裝配預(yù)熱器，用煙氣助燃。也可以裝配余熱鍋爐來利用煙氣的余熱燒熱水，工業(yè)用或者生活用均可。我們還可以利用煙氣余熱來預(yù)熱早已冷卻的器件或用作低溫爐的熱源。而應(yīng)用范圍最廣也是最有效的是使用換熱器，排放溫度在200℃以下時，其節(jié)能效果可以達到30%以上。目前我國應(yīng)用范圍較廣的換熱器有片裝、噴流式、組合式以及旋流管式換熱器等類型，其應(yīng)用后，節(jié)能效益大有提高。

3、熱工制度與檢測技術(shù)

目前我國工業(yè)爐的能源耗損以及污染嚴重主要是由于對燃料和空氣的調(diào)節(jié)和檢測技術(shù)不到位或者相對落后造成的。這種狀況對工業(yè)爐的熱工檢測與控制技術(shù)提出了更高的要求。先進的微機控制系統(tǒng)和先進的自動化控制技術(shù)的使用可以實現(xiàn)對系統(tǒng)及其相關(guān)部件的精準控制和調(diào)控，如控制工業(yè)爐的爐溫以及燃料的流量、控制煙道廢氣的含氧量等。

4、爐型結(jié)構(gòu)與筑爐材料的改進

為了達到節(jié)能減排的目的，我們可以對工業(yè)爐進行爐型結(jié)構(gòu)的改進或者選擇新型的節(jié)能材料來提高能源的使用效率。一般來講，如果不能增大爐膛空間的話，我們可以選擇增大爐膛與器件之間的熱交換面積，或者采用圓形的爐體，以減少工業(yè)爐外壁的面積從而減少爐壁的散熱損耗。我們還可以在工業(yè)爐的爐膛內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇來實現(xiàn)工業(yè)爐內(nèi)對流傳熱功能的加強。工業(yè)爐內(nèi)高速氣流的流轉(zhuǎn)會破壞工件表面阻礙傳熱來實現(xiàn)縮短工件的加熱時間，達到快速提高工件溫度的目的，此方法應(yīng)用在小型加熱爐上作用將更為明顯。