工业及电厂锅炉节能技术

1绪论1

1.1锅炉技术概述1

1.1.1锅炉的结构及类型1

1.1.2锅炉的用能平衡分析及节能方向3

1.2我国锅炉的能耗现状及节能途径5

1.2.1工业锅炉5

1.2.2电厂锅炉7

参考文献10

2燃料性质及燃烧方式与节能11

2.1燃料性质与节能11

2.1.1固体燃料13

2.1.2液体燃料17

2.1.3气体燃料18

2.1.4三种燃料的比较及天然气的应用19

2.2燃烧方式与节能20

2.2.1助燃气体22

2.2.2层状燃烧24

2.2.3悬浮燃烧27

2.2.4循环流化床燃烧29

2.2.5三种燃烧方式的比较32

参考文献35

3锅炉系统的物质平衡与热平衡37

3.1锅炉系统的物质平衡37

3.1.1几种炉型的物质流程38

3.1.2锅炉系统的物质平衡关系式44

3.1.3小结47

3.2锅炉系统的热平衡48

3.2.1锅炉系统的热平衡及其组成48

3.2.2锅炉系统的热效率48

3.3锅炉系统的主要热损失及其影响因素分析50

3.3.1固体未完全燃烧热损失50

3.3.2排烟热损失54

3.3.3气体未完全燃烧热损失54

3.4锅炉燃烧及热平衡计算示例56

3.5循环流化床锅炉系统的热平衡特点61

3.5.1循环流化床锅炉外循环特征62

3.5.2循环流化床锅炉系统的热平衡63

3.6以高位发热量为基准的锅炉系统热平衡及其优点65

3.6.1锅炉热效率及各种热损失65

3.6.2锅炉系统热平衡中各种热损失的计算66

3.6.3两种基准下锅炉系统热平衡的比较69

3.7小结69

参考文献69

4工业燃煤锅炉节能技术71

4.1工业锅炉节能技术概述71

4.1.1工业锅炉的范围及发展71

4.1.2工业锅炉的分类71

4.1.3工业锅炉的节能改造计划及实施73

4.2煤炭加工节能技术75

4.2.1煤炭洗选技术75

4.2.2配煤与型煤技术78

4.2.3水煤浆和水焦浆技术80

4.3高效低污染燃烧节能技术84

4.3.1型煤燃烧技术84

4.3.2分层燃烧技术88

4.3.3水煤浆燃烧技术91

4.3.4新型高效煤粉燃烧技术97

4.3.5富氧燃烧技术102

4.3.6高温空气燃烧技术105

4.3.7煤炭气化技术110

4.4锅炉强化传热节能技术117

4.4.1管外与管内强化传热技术118

4.4.2受热面上的灰渣清除技术121

4.4.3防垢除垢技术123

4.4.4保温及密封技术129

参考文献136

5燃油燃气锅炉节能技术138

5.1燃油燃气锅炉概述138

5.1.1燃油燃气锅炉的类型及特点138

5.1.2燃油燃气锅炉的燃烧特性及自动控制141

5.1.3燃油燃气锅炉常见的结构型式144

5.1.4燃油燃气锅炉的现状与发展趋势150

5.2燃油燃气锅炉核心部件节能技术152

5.2.1波形炉胆节能技术152

5.2.2烟管强化传热节能技术152

5.2.3前烟箱冷却节能技术153

5.2.4锅炉本体结构布置节能技术154

5.3燃油燃气锅炉富氧燃烧节能技术155

5.3.1富氧燃烧技术的工作原理155

5.3.2富氧燃烧的分类157

5.3.3富氧燃烧技术的节能环保特性157

5.4烟气余热回收利用节能技术158

5.4.1燃油锅炉降低排烟温度的节能潜力158

5.4.2燃气锅炉排烟温度的特性分析159

5.4.3锅炉烟气余热回收利用设备160

5.5燃油燃气锅炉的燃烧器节能技术161

5.5.1燃气燃烧器162

5.5.2燃油燃烧器164

5.5.3燃烧器与炉膛的匹配166

5.5.4加装燃油（燃气）节能器167

5.6燃油燃气锅炉保温及控制节能技术167

5.6.1炉体保温节能技术167

5.6.2锅炉运行变频控制节能技术168

5.6.3锅炉的先进控制节能技术169

参考文献169

6电厂燃煤锅炉节能技术171

6.1电厂锅炉的工作过程及特点171

6.1.1电厂锅炉的工作过程171

6.1.2电厂锅炉的特点172

6.2电厂锅炉的节能政策及节能途径174

6.2.1电力行业的节能政策174

6.2.2电厂锅炉节能途径175

6.3电厂锅炉节能燃烧技术176

6.3.1低NOx燃烧技术176

6.3.2节油点火技术178

6.3.3富氧燃烧技术180

6.3.4电厂锅炉的结渣、积灰及其防治182

6.3.5炉内传热的强化技术185

6.4电厂锅炉烟气余热利用节能技术186

6.4.1空气预热器186

6.4.2低温省煤器193

6.5用于风机和水泵调节的变频技术193

6.5.1风机的变频节能技术193

6.5.2水泵的变频节能技术195

6.6动力配煤技术在电厂锅炉中的节能应用196

6.6.1煤质变化对锅炉正常运行特性的影响196

6.6.2动力混煤煤质特性及燃烧特性的计算198

6.6.3优化配煤的数学模型和专家系统201

6.7粉煤灰综合利用技术206

6.7.1粉煤灰的形成和组成206

6.7.2粉煤灰的精细化利用208

参考文献210

7循环流化床锅炉节能技术212

7.1循环流化床锅炉及流态化现象212

7.1.1循环流化床锅炉概述212

7.1.2流态化现象213

7.2循环流化床锅炉的工作特性215

7.2.1流动特性215

7.2.2传热特性220

7.2.3燃烧特性224

7.3循环流化床锅炉燃烧节能分析225

7.3.1循环灰对燃烧效率的影响225

7.3.2床底渣含碳量高的原因228

7.3.3飞灰含碳量高的原因及控制措施230

7.3.4分床分层流化燃烧技术232

7.3.5点火节油技术234

7.3.6其他燃烧节能技术237

7.4循环流化床锅炉的运行节能238

7.4.1进煤系统节能分析238

7.4.2受热面的磨损与防治240

7.4.3机组运行优化调整245

7.4.4锅炉运行节能技术247

7.5循环流化床锅炉设计的标准化问题248

7.5.1循环流化床锅炉的炉型设计249

7.5.2循环流化床锅炉的放大设计250

7.5.3循环流化床锅炉的标准化设计252

7.6循环流化床锅炉的大型化节能型发展254

7.6.1我国循环流化床锅炉的完善化改造254

7.6.2我国600MW超临界循环流化床锅炉的开发258

7.6.3我国未来循环流化床锅炉的发展265

参考文献265

随着煤炭、石油、天然气等常规能源的日益减少，全球能源供应形势日趋紧张，节能降耗越来越受到人们的高度重视。随着我国经济的快速发展，能源供需矛盾更加突出。据统计，2001～2008年间，我国能源生产总量年均增长率是116%，而能源消费总量年均增长率达到了147%。因此，我国在“十一五”节能减排的基础上，提出在“十二五”期间单位GDP能源消耗再降低16%的目标。可见，我国的“节能降耗”工作任重而道远。

锅炉是一种能源转换设备，通常将煤炭、石油、天然气等化石燃料所具有的化学能转换成热能，通过水、蒸汽、导热油等工作介质向外界供热。锅炉一般是能源利用过程中第一个转换环节，其转换效率的高低对能源利用的总效率具有决定性作用。因此，优化燃料配制和锅炉系统、改进锅炉本体结构、提高炉内燃烧效率和各个受热面的传热效率、回收烟气余热等，都是提高锅炉热效率的有效措施，也是提高能源利用总效率的有效途径。对锅炉本体结构进行改造，实现高效燃烧、强化传热、余热回收及提高锅炉综合性能一直是国内外科技人员研究的热点，也取得了大量的科技成果。目前，先进的锅炉技术已在能源、动力、化工、炼油、冶金、制药、轻工及纺织等领域得到广泛应用。

本书根据作者多年来开展锅炉研究的技术成果和工程实践经验，并结合国内外最新的锅炉技术进展，介绍了常用锅炉的结构型式、能效状况及节能途径，阐述了锅炉的燃料性质及燃烧方式对节能的影响，分析了锅炉系统的物质平衡及热平衡关系，为实施锅炉节能技术奠定了理论基础，重点介绍了各类工业锅炉和电厂锅炉在工程实践中的具体节能技术，特别介绍了国家重点推广的循环流化床锅炉节能技术。

本书可供从事锅炉设计、运行和检修工作的工程技术人员参考使用，也可作为从事节能工作相关管理人员和工程技术人员的培训教材，还可作为大专院校能源动力类专业的选修课或专业课教材，并可供动力工程及工程热物理学科的教师参考。

全书由浙江大学宁波理工学院沈祥智负责章节规划，郑州大学节能技术研究中心吴金星负责统稿。具体编写分工为：第2～4章及第12节由沈祥智负责编写，第11节及第5章由吴金星负责编写，并负责组织编写和修改第6、7章。第6章由同济大学陈德珍编写，第7章由郑州大学王培萍编写。另外，郑州大学王保东、赵金辉、张力隽等老师，河南机电高等专科学校王任远老师，以及李俊超、郭桂宏、王力等研究生参加了资料收集和部分章节的编写工作。河南力威热能设备制造有限公司贺敏总经理、李国立经理为本书的编写提供了大量技术资料。在编写过程中，郑州大学魏新利教授、王定标教授等提出了很好的修改意见和建议。在此一并表示感谢。在编写过程中参阅了大量的国内外专著、教材和期刊论文，在此谨向这些文献的著者和相关单位表示诚挚的谢意。本书的出版得到浙江大学宁波理工学院、郑州大学化学与能源学院及河南力威热能设备制造有限公司的支持，特此致谢。

由于编者知识水平和经验有限，书中难免出现疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。2100433B

《工业设备节能技术丛书:工业及电厂锅炉节能技术》介绍了常用锅炉的结构型式、能效状况及节能途径；阐述了锅炉的燃料性质及燃烧方式对节能的影响；分析了锅炉系统的物质平衡及热平衡关系，为实施锅炉节能技术奠定了理论基础。 《工业设备节能技术丛书:工业及电厂锅炉节能技术》重点介绍了各类工业锅炉和电厂锅炉在工程实践中的具体节能技术，特别介绍了国家重点推广的循环流化床锅炉节能技术。

《工业设备节能技术丛书:工业及电厂锅炉节能技术》可供从事锅炉设计、运行和检修工作的工程技术人员参考使用，也可作为从事节能工作相关管理人员和工程技术人员的培训教材，还可作为大专院校能源动力类专业的选修课或专业课教材，并可供动力工程及工程热物理学科的教师参考。《工业及电厂锅炉节能技术》系统全面介绍了工业及电厂锅炉节能技术相关知识。

工业节能技术就业方向

工业类企业：工业节能改造、工业节能管理。

工业节能技术专业衔接

持续本科专业举例：能源与动力工程；建筑环境与能源应用工程；能源经济。 2100433B

工业节能技术主要研究机械学、电机学、电子技术、PLC技术、节能改造技术等方面的基本知识和技能，进行工业用电设备的节能改造和节能管理等。例如：电机、变压器、风机、空调器等用电设备以及变配电系统的节能改造等。

1、要使用节能的燃烧技术

工业炉能源浪费的主要原因之一是不完全燃烧所造成的热能损失。它是由化学不完全燃烧和机械不完全燃烧引起的。化学不完全燃烧可以引起由于排烟中一氧化碳，氢和氨的可燃气体的不完全燃烧造成的热损耗，从而引起以散煤为燃料的工业炉冒黑烟。这种黑烟中的高温粉尘以及二氧化硫、二氧化碳等都会对大气环境造成污染。机械不完全燃烧的热损失主要体现在未完全燃烧的煤粒、灰渣和飞灰颗粒上面。这些灰渣和颗粒同样会造成对环境的极大损害。富氧燃烧技术可以大幅度提高燃烧温度，减少助燃的空气量，以此来实现烟气量的减少和燃气热的损失，既节约燃料，也能延长工业炉炉窖的使用寿命，提高工业炉的产量等。但富氧燃烧技术由于分离空气时会产生氮气等大量的副产品，对空气污染情况的改善不仅起不到作用，反而可以加剧空气质量的恶化，同时相关设备还会增加电耗，其大范围的使用还有待改进和研究。工业上我们还可以采用高温空气燃烧技术以及燃料入炉前进行磁化处理等技术来达到节能减耗的目的。

2、工业炉的余热回收和利用技术

工业炉产生的大量的烟气会带走大量的热能，这些热能被称之为余热。对这些余热的回收与利用，可以在节约能源的同时，减少对大气的污染。目前我们可以装配预热器，用烟气助燃。也可以装配余热锅炉来利用烟气的余热烧热水，工业用或者生活用均可。我们还可以利用烟气余热来预热早已冷却的器件或用作低温炉的热源。而应用范围最广也是最有效的是使用换热器，排放温度在200℃以下时，其节能效果可以达到30%以上。目前我国应用范围较广的换热器有片装、喷流式、组合式以及旋流管式换热器等类型，其应用后，节能效益大有提高。

3、热工制度与检测技术

目前我国工业炉的能源耗损以及污染严重主要是由于对燃料和空气的调节和检测技术不到位或者相对落后造成的。这种状况对工业炉的热工检测与控制技术提出了更高的要求。先进的微机控制系统和先进的自动化控制技术的使用可以实现对系统及其相关部件的精准控制和调控，如控制工业炉的炉温以及燃料的流量、控制烟道废气的含氧量等。

4、炉型结构与筑炉材料的改进

为了达到节能减排的目的，我们可以对工业炉进行炉型结构的改进或者选择新型的节能材料来提高能源的使用效率。一般来讲，如果不能增大炉膛空间的话，我们可以选择增大炉膛与器件之间的热交换面积，或者采用圆形的炉体，以减少工业炉外壁的面积从而减少炉壁的散热损耗。我们还可以在工业炉的炉膛内设置风扇来实现工业炉内对流传热功能的加强。工业炉内高速气流的流转会破坏工件表面阻碍传热来实现缩短工件的加热时间，达到快速提高工件温度的目的，此方法应用在小型加热炉上作用将更为明显。