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工业锅炉水处理技术很多,总体可分为锅外水处理和锅内水处理。锅外水处理主要是水的软化,即在水进入锅炉之前,通过物理的、化学的及电化学的方法除去水中的钙、镁硬度盐和氧气,防止锅炉结垢和腐蚀。锅内水处理就是往锅炉(或给水箱、给水管道)内投加药剂达到防止或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的。

1、工业锅炉锅外水处理

1)预处理。

在原水使用前应进行沉淀、过滤、凝聚等净化处理。对于高硬度或高碱度的原水,在离子交换软化前,还应采用化学方法进行预处理。化学预处理方法有:

a. 石灰软化处理。将生石灰调制成石灰乳CaO + H2O→Ca (OH ) 2 ,配置成一定浓度的石灰乳溶液后加入水中

b. 石灰纯碱软化处理。除加石灰外,还加入纯碱Na2CO3 ,其作用是去除非碳酸盐硬度。这种

方法适用于硬度大于碱度的原水↓

c. 石灰- 石膏软化处理。当原水中碱度大于硬度时,单纯石灰软化只能降低与碳酸盐硬度

相应的那部分碱度,而其余的钠盐碱度是不能除去的。采用同时加入石灰和石膏(CaSO4 )的方法,则可在软化水的同时降低水的钠盐碱度

2)软化处理。

采用离子交换软化,基本原理是原水流经阳离子交换剂时,水中的Ca2 + 、Mg2 + 等阳离子被交换剂吸附,而交换剂中的可交换离子(Na+或H+ )则溶入水中,从而除去了水中钙镁离子,使水得到了软化。

3)除氧处理。

水中往往溶解有氧(O2 ) 、二氧化碳(CO2 )等气体,使锅炉易发生腐蚀。GB1576 - 2001规定蒸发量≥6 t/h的锅炉必须除氧,且含氧指标≤0. 1 mg/L (此指标范围内氧腐蚀的速 度缓慢) ,而淡水中氧的溶解极限水的温度升高,溶解度减小。

2、工业锅炉锅内水处理

锅炉给水在炉外进行软化处理,可有效防止锅炉受热面上的结垢。但需要较多的设备和投资,增加了人员和维护费用,这对某些小型锅炉房是比较难实现的,此时采用锅内水处理。锅内水处理是通过向锅炉给水投加一定数量的药剂,与形成水垢的盐类起化学作用,生成松散的泥垢沉淀,然后通过排污将泥垢从锅内排出,以达到减缓或防止水垢结生的目的。

1)加碱处理。

在汽包中加入纯碱Na2 CO3 作为作用药剂,利用水中过剩的CO- 2

2)加磷酸盐处理。

当炉内压力较高时,纯碱会发生水解

3)加入腐植酸钠。

加入腐植酸钠的作用有:腐植酸钠在碱性条件下,它的羧基或酚羟基上的钠离子,可与水中的钙、镁离子进行交换,植酸钙、镁的沉淀而使水质得到软化;腐植酸钠胶溶物对钙、镁盐的分散、吸附、络合等作用的结果,不但阻止了晶体的增长,而且所生泥垢粘度小、流动性增强,很易随排污排除;腐植酸钠在碱性条件下,可与锅炉金属生成一层黑色的保护膜,且结构紧密,

覆盖均匀,附着力强,是一种良好的缓蚀保护膜;腐植酸钠有较强的渗透作用,它能渗透到水垢和金属接触面上,与钙、镁盐发生复分解作用,使老水垢与金属表面的附着力降低而脱落。

文章参考:www.kajisi.net

范文三:浅析工业锅炉节能技术

摘 要:本文介绍目前工业锅炉的能耗现状,以典型的燃煤

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用工业锅炉为例介绍了工业锅炉的节能技术。   关键词:工业锅炉;节能技术;燃煤   DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.041   1 燃煤工业锅炉能耗现状及原因分析   目前我国燃煤工业锅炉平均运行效率约为60%-65%,比国外先进水平低15-20个百分点[1]。随着国家对节能与环保要求越来越高,小型燃煤锅炉运行压力越来越大。清洁能源取代传统燃煤锅炉及淘汰小型燃煤锅炉成为趋势。但部分地区受能源结构限制,燃煤工业锅炉仍需继续运行。笔者通过在热力公司亲身实践运行,简要分析了能耗较高的原因有以下几点。   (1)锅炉实际负荷与设计吨位不成比例,采暖季与非采暖季,白天和晚上负荷差距较大。长期低负荷运行,能量利用率低。企业建设仅考虑到长期发展问题,锅炉设计及建设吨位较大。锅炉设计最佳运行工况为额定负荷的80%左右。低负荷不能使锅炉与其他辅助设备在最佳工况下运行,锅炉效率较低,能耗较大。(2)燃煤工业锅炉设计重锅炉本体而轻燃烧设备,重锅炉主机而轻配套辅机和附件。锅炉鼓、引风机、给水泵等未采用变频改造。鼓、引风机风压无法满足锅炉正常运行需求,对负荷的适应能力差,直接造成较大的能源浪费。(3)燃煤与锅炉设计煤种不相符。燃煤工业锅炉主要是层燃燃烧[2]煤质水分、挥发分、可燃物含量、燃煤颗粒度对锅炉燃烧影响较明显。即燃煤与锅炉设计煤种不相符就会导致煤燃烧不完全,锅炉出力不足,热效率下降。(4)锅炉自动化控制水平较低,不能实现燃烧和负荷调整的自动控制。配置的仪表不全。大部分锅炉没有装设氧量表,排烟温度表、风压表等测量仪表。不能实时测定过剩空气系数、排烟温度、风压等经济运行参数。对影响锅炉反平衡效率的因素反馈不到位。(5)排烟温度过高,尾部烟道换热面较少或堵塞严重。排烟热损失是锅炉各项热损失中最主要的一项。受热面的积灰使烟气与受热面之间的传热热阻增加,传热量减少。(6)司炉人员操作水平参差不齐,节能监督管理工作薄弱。司炉人员在注重锅炉安全运行的基础上忽视锅炉经济运行,凭经验调整居多,经济运行调整不及时。此外,企业缺乏相应的节能法律法规政策支持,使得工业锅炉节能监督管理工作不能得到较好的实施,锅炉节能潜力未能充分发挥。   2 工业锅炉节能技术简介   通过多年的运行实践及节能改造分析,笔者对工业锅炉节能技术从能量转换及利用方面进行了简要汇总   2.1 热能转换过程节能   (1)对燃煤�M行分析处理。在层燃锅炉中,燃煤水分过大会使着火点延后,挥发分过高容易着火燃烧,过低则难以着火,此外煤粒度过大也易造成燃烧不完全。因此煤在进入锅炉前应在煤场提前对大块煤进行挑选,粉碎,同时进行燃煤加水。根据经验燃煤链条锅炉煤质水分在14%左右能够充分燃烧。煤场煤配比完成后需进行入炉煤质分析,以确定最佳燃烧工况,保证充分燃烧,提高燃烧效率。   (2)给煤装置改造。煤层平整度及下大上小的顺序对链条锅炉燃烧起重要作用。分层给煤技术利用重力筛选,使炉排上煤层颗粒分层排列。煤层空隙大,通风良好,能够改善锅炉的燃烧工况,对提高灰渣损热失和提高锅炉的热效率有很大的帮助。   (3)控制系统改造。建设集中控制室,在DCS集中控制、协调管理的基础功能上,将影响锅炉燃烧的:炉膛负压、给煤、风量、空气过剩系数等因素通过构建一定的函数关系将其关联到一起,并利用现代控制理论当中的模糊控制和优化自寻优技术[3]对风煤比这一影响燃烧效果的核心要素进行预制式分析和最优式调节,达到最经济、最稳定、最安全的燃烧。   2.2 热能利用过程节能   2.2.1 给水系统改造   (1)将传统的机械过滤器+钠离子交换器改造为多介质过滤器+反渗透(再生)处理工艺。提高给水品质同时减少排污率(2)新建锅炉节能水处理器基于改变锅炉给水水分子团簇结构,使锅炉水质的“质”发生变化,提高水分子活性,使水更容易变成蒸汽。经锅炉节能水处理器处理后的水可容纳更高的离子浓度,不会在受热面上形成结垢,粒状结晶体则随排污管排出,从根本上抑制了水垢的形成。   2.2.2 保温保冷技术   锅炉本体及尾部烟道的散热损失对锅炉效率有一定影响。由于锅壳、烟道、省煤器、管道等部件温度高于环境温度,因此会向外散热产生热损失。加强对此部件的保温不仅可以减少散热,而且可以减少锅炉炉膛和烟道漏风,减少热损失。   2.2.3 蒸汽冷凝水的回收利用   锅炉产生的蒸汽对外供热后,经换热首站产生的冷凝水或工业用户利用得到的蒸汽冷凝水应该充分回收利用。通常将回收后的蒸汽冷凝水可进入除氧器加热锅炉给水,能提高给水温度,降低煤耗,同时能减少软水用量与锅炉排污量。   2.2.4 炉膛改造   (1)使用新型功能材料,使炉膛内壁、前拱的热反射量提高,热辐射增强,减少锅炉炉体的热损失。同时,使得燃煤在进入炉体后,被迅速预热,降低新入燃煤点燃过程中所消耗的能量。(2)采用高温远红外节能涂料粉刷与锅炉水冷壁。提高水冷壁吸热能力。   2.2.5 锅炉吹灰系统改造   多数工业锅炉都未配备吹灰系统或采用老旧的蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、声波吹灰器等,存在着吹灰范围有限、能耗高、维修费用大、操作不便等问题,使用率很低,多数停置不用。热爆冲击波吹灰器以冲击动能、热能、声能形式释放能量,可以克服传统吹灰器的诸多弱点,减少受热面积灰,降低排烟温度,提高换热效率。   2.2.6 余热利用技术   (1)目前燃煤锅炉在满负荷下的排烟温度在180-200℃左右,(设计排烟温度)排烟损失较大。可充分利用此部分余热,在省煤器和空气预热器基础上增加低温省煤器,来加热锅炉给水以降低煤耗。(新型材料省煤器能避免烟气漏点低温腐蚀)。   (2)锅炉连排与定排排污水可回收利用,一部分排污水可直接参与厂区内部混水采暖,剩余一部分可通过增加换热器方式将热量回收加热锅炉给水。   3 结论   综上所述,通过笔者多年经济运行与节能改造经验,对燃煤工业锅炉改造与调整后锅炉热效率可明显提高,笔者所在公司燃煤工业锅炉热效率由以前的64.6%提高到目前的76.5%,节能效果明显。   参考文献:   [1]王睿,李莹.影响燃煤工业锅炉能耗的因素及技改措施[J].装备制造技术,2011(09):210-212.   [2]刘克平.变频调速节能技术在工业锅炉燃烧过程中的应用分析[J].长春工业大学学报(自然科学版),2007,28(z1).   [3]刘克平.工业锅炉节能新技术的探讨.河南科技[J].然科学版),2013,11(z1).

范文四:工业锅炉烟气脱硫技术

工业锅炉烟气脱硫技术

主要介绍:烟气脱硫技术——湿法、半干法、干法等

1.1 湿法

已商业化或完成中试的湿法脱硫工艺包括石灰(石灰石)法、双碱法、氨吸收法、磷铵复肥法、稀硫酸吸收法、海水脱硫、氧化镁法等10多种。其中,又以湿式钙法占绝对统治地位,其优点是技术成熟、脱硫率高,Ca/S比低,操作

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简便,吸收剂价廉易得,副产物便于利用。

1.1.1石灰石-石膏法:

石灰石/石灰湿法脱硫最早由英国皇家化学工业公司在20世纪30年代提出,目前是应用最广泛的脱硫技术。

该工艺是利用石灰石/石灰石浆液洗涤烟道气,使之与SO2反应,生成亚硫酸钙(CaSO3),脱硫产物亚硫酸钙可直接抛弃,也可以通入空气强制氧化和加入一些添加剂,以石膏形式进行回收,脱硫率达到95%以上。为了减轻SO2洗涤设备的负荷,先要将烟道气除尘,然后再进入洗涤设备与吸收液发生反应。

吸收过程的主要反应为:

CaCO3+SO2+1/2 H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2↑ Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2 H2O+1/2H2O CaSO3·1/2 H2O+SO2+1/2H2O→Ca(HSO3)2

废气中的氧或送入氧化塔内的空气可将亚硫酸钙和亚硫酸氢钙氧化成石膏: 2CaSO3·1/2 H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2 H2O Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O→CaSO4·2 H2O+SO2

通常石灰/石灰石法由三个单元组成:① SO2吸收;②固液分离;③固体处理。

图12.2 石灰石/石灰法烟气脱硫示意流程图

吸收塔内的吸收液与除尘后进入的烟气反应后,被送入氧化塔内制取石膏。烟道气脱硫常用的吸收塔有:湍球塔、板式塔、喷淋塔和文丘里/喷雾洗涤塔等。

石灰或石灰石的吸收效率与浆液的pH值、钙硫比、液气比、温度、石灰石粒度、浆液固体浓度、气体中S02浓度、洗涤器结构等众多因素有关,主要因素有:(a)浆液pH值。研究表明,硫酸钙的溶解度随pH值的变化比较小,而亚硫酸钙的溶解度随pH值降低则增大。当浆液的pH值低时,溶液中存在较多的亚硫酸钙,在CaCO3颗粒表面液膜中,溶解的CaCO3使液膜的pH值上升,使得亚硫酸钙在液膜中析出,沉积在CaCO3颗粒表面,抑制其与SO2的传质过程。因此,石灰的传质阻力比石灰石要小,若采用石灰石,则需要延长接触时间,增加持液量和减少石灰石粒径,以便获得相应的脱硫率。一般石灰石系统的最佳操作pH=6,石灰系统pH=8。;(b)液气比。由于反应中Ca2+持续地被消耗,这就需要吸收器有较大的持液量,即保证较高的液气比。显然,脱硫率随液气比增大而

主要 反应

SO2(g)+H2O→H2SO3 H2SO3→H++HSO-3 CaO+H2O→Ca(OH)2 Ca(OH)2→Ca2++2OH- Ca2++HSO-3+2H2O→CaSO3·2H2O+H+ SO2(g)+H2O→H2SO3 H2SO3→H++HSO-3

H++CaCO3→Ca2++HCO-3 Ca2++HCO-3+2H2O→CaSO3·2H2O+H+ H++HCO-3→H2CO3

由于湿法脱硫的特点,有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行。这些技术问题目前已得到妥善解决,但在20世纪70年代和80年代,湿法烟气脱硫技术的发展都是围绕解决这些问题而开展的。

①设备腐蚀:化石燃料燃烧的排烟中含有多种微量的化学成分,如氯化物。在酸性环境中,它们对金属(包括不锈钢)的腐蚀性相当强。目前广泛应用的吸收塔材料是合金C-276(55%Ni,17%Mo,16%Cr,6%Fe,4%W),其价格是常规不锈钢的15倍。为延长设备的使用寿命,溶液中氯离子的浓度不能太高。为保证氯离子不发生浓缩,有效的方法是在脱硫系统中根据物料平衡排出适量的废水,并以清水补充。

②结垢和堵塞:固体沉积主要以三种方式出现,湿干结垢,即因溶液或料浆中的水分蒸发而使固体沉积;Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出;CaSO3或

CaSO4从溶液中结晶析出。其中后者是导致脱硫塔发生结垢的主要原因,特别是硫酸钙结垢坚硬、板结,一旦结垢难以去除,影响到所有与脱硫液接触的阀门、水泵、控制仪器和管道等。硫酸钙结垢的原因是SO2-4和Ca2+的离子积在局部达到过饱和。为此,在吸收塔中要保持亚硫酸盐的氧化率在20%以下。亚硫酸盐的氧化需要在脱硫液循环池中完成,可通过鼓氧或空气等方式进行,形成的硫酸钙发生沉淀。从循环池返回吸收塔的脱硫液中,还因为含有足量的硫酸钙晶体,起到了晶种的作用,因此在后续的吸收过程中,可防止固体直接沉积在吸收塔设备表面。

③除雾器堵塞:在吸收塔中,雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴,雾滴的大小存在尺寸分布。较小的雾滴会被气流所夹带,如果不进行除雾,雾滴将进入烟道,造成烟道腐蚀和堵塞。早期的除雾器通常用的是金属编织网,容易因雾滴中的固体颗粒沉积而堵塞。因此,除雾器必须易于保持清洁。目前使用的除雾器有多种形式(如折流板型等),通常用高速喷嘴每小时数次喷清水进行冲洗。

④脱硫剂的利用率:脱硫产物亚硫酸盐和硫酸盐可沉积在脱硫剂颗粒表面,从而堵塞了这些颗粒的溶解通道。这会造成石灰石或石灰脱硫剂来不及溶解和反应就随产物排除,增加了脱硫剂和脱硫产物的处理费用。因此,脱硫液在循环池中的停留时间一般要达到5~10min。实际的停留时间设计与石灰石的反应性能有关,反应性能越差,为使之完全溶解,要求它在池内的停留时间越长。

⑤液固分离:半水亚硫酸钙通常是较细的片状晶体,这种固体产物难以分离,也不符合填埋要求。而二水硫酸钙是大的圆形晶体,易于析出和过滤。因此,从分离的角度看,在循环池中鼓氧或空气将亚硫酸盐氧化为硫酸盐也是十分必要的,通常要保证95%的脱硫产物转化为硫酸钙。

石灰/石灰石-石膏法技术比较成熟,吸收剂价廉易得,运行可靠,应用最广,脱硫效率可达90%以上,通过添加有机酸可使脱硫率提高到95%以上。重庆路璜电厂已引进的这种烟气脱硫设备。但该工艺流程较复杂,投资为与运行费用高,占地面积大。

1.1.2双碱法:

用碱性化合物作吸收剂,是脱除SO2最主要的方法。

由于Na2SO3- NaHSO3溶解能适应吸收与再生的循环操作。因此,大烟气量的脱硫系统以采用再生型更为适宜。

双碱法是针对石灰或石灰石法易结垢和堵塞的问题发展的一种脱硫工艺,又称钠碱法。首先采用钠化合物(NaOH、Na2CO3或Na2SO3)溶液吸收烟气中的SO2,生成Na2SO3和NaHSO3,接着用石灰或石灰石使吸收液再生为钠溶液,并生成亚硫酸钙或硫酸钙沉淀。由于吸收塔内用的是溶于水的钠化合物作为吸收剂,不会结垢。然后将离开吸收塔的溶液导入一开口反应器,加入石灰或石灰石进行再生反应,再生后的钠溶液返回吸收塔重新作为吸收剂使用。该法可避免钙盐结垢堵塞的问题,脱硫效率可达90%以上。

吸收反应为:

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑ 2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 反应器中的再生反应为:

Na2SO3+Ca(OH)2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

2NaHSO3+Ca(OH)2→CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O+Na2SO3 2NaHSO3+CaCO3→CaSO3·1/2H2O↓+Na2SO3+CO2↑+1/2H2O

如果将亚硫酸钙进一步氧化,才能回收石膏。此法的脱硫率也很高,可达95%以上。缺点是吸收过程中,生成的部分Na2SO3会被烟气中残余O2氧化成不易清除的Na2SO4,使得吸收剂损耗增加和石膏质量降低。电站锅炉烟气中,大约有5%~10%的Na2SO3被氧化为Na2SO4。如果溶液中的OH-和SO2-保持足够高的浓度:

Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→2NaOH+CaSO4·2H2O 则可除去Na2SO4。若吸收塔采用稀硫酸来除去硫酸钠,这也要增加硫酸消耗: Na2SO4+H2SO4+2CaSO3+4H2O→2CaSO4·2H2O+2NaHSO3

钠钙双碱法所得的亚硫酸钙滤饼(约60%的水)重新浆化为含10%固体的料浆,加入硫酸降低pH值后,在氧化器内用空气进行氧化可制得石膏。亚硫酸钙滤饼也可直接抛弃。

双碱法在国外有较广泛的应用,国内有关单位在国家“十五”863计划的支持下,双碱法脱硫技术研究和应用都进展很好,目前已成为我国工业锅炉烟气脱硫的主要技术之一。

1.1.3 亚硫酸钠循环吸收法

亚硫酸钠循环吸收法

由于双碱法生成的石膏产品质量较差,而且往往滞销,因此,为了寻求副产品的出路,在双碱法的基础上,又开发了一种亚硫酸钠循环吸收工艺。亚硫酸钠溶液循环吸收SO2产生NaHSO3,NaHSO3的再生是通过热分解NaHSO3来实现的,在热分解过程中。释放出高浓度SO2气体,可以将其制成液体SO2,也可以制成硫酸或元素硫。

1.1.4稀硫酸吸收法

稀硫酸吸收法

烟气经预除尘和降温后,进入吸收塔,在50℃-80℃时被2%-4%的稀硫酸吸收,由于在吸收剂中加入了Fe3+作为氧化剂,并同时向吸收塔内鼓入空气以促进氧化作用,因此,增强了吸收效果。氧化了的SO2生成硫酸,如加入CaCO3则生成石膏。该方法操作简单,二次污染少,无结垢和堵塞问题,脱硫效率可达90%以上。

1.1.5海水脱硫

天然海水含有大量的可溶性盐,其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸卤。海水通常呈碱性,自然碱度约为1.2~2.5mmol/L。这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力,其脱硫效率为90%以上。

用于燃煤电厂的海水烟气脱硫工艺是近几年发展起来的新型烟气脱硫工艺。根据是否添加其分化学吸收剂,海水脱硫工艺可分为两类:

①用纯海水作为吸收剂的工艺,以挪威ABB公司开发的Flakt-Hydro工艺为代表,有较多的工业应用。

②在海水中添加一定量石灰以调节吸收液的碱度,以美国Bechtel公司的脱硫工艺为代表,在美国已建成示范工程,但未推广应用。世界上第一座用海水进行火电厂排烟脱硫的装置是1988年在印度孟买建成的,采用的是ABB的海水脱硫技术。中国第一座海水脱硫工程应用在深圳西部电电力有限公司2号300MW机组,1999年投产运行。

1.1.6磷铵复肥法

磷铵复肥法

该法是利用天然磷矿石和氨为原料,在烟气脱硫过程中副产品为磷铵复合肥料,工艺流程主要包括四个过程,即:活性炭一级脱硫并制得稀硫酸;稀硫酸萃取磷矿制得稀磷酸溶液;磷酸和氨的中和液[(NH4)2HPO4]二级脱硫;料浆浓缩干燥制磷铵复肥。其法脱硫效率为95%以上。此法四川豆坝电厂应用成功。

1.1.7其它湿法脱硫技术

①氧化镁法

氧化镁法具有脱硫效率高(可达90%以上)、可回收硫、可避免产生固体废物等特点,在有镁矿资源的地区,是一种有竞争性的脱硫技术。

其基本原理是用MgO的浆液吸收SO2,生成含水亚硫酸镁和少量硫酸镁,然后送流化床加热,当温度在约为700~950℃时释放出MgO和高浓度SO2。再生的MgO可循环利用,SO2可回收制酸。

②氨法

湿式氨法脱硫工艺采用一定浓度的氨水做吸收剂,最终的脱硫副产物是可做农用肥的硫酸铵,脱硫率在90%~99%。但相对于低廉的石灰石等吸收剂,氨的价格要高得多,高运行成本及复杂的工艺流程影响了氨法脱硫工艺的推广应用,但在有氨稳定来源、副产品有市场的某些地区,氨法仍具有一定的吸引力。氨法烟气脱硫主要包括SO2吸收和吸收后溶液的处理两大部分。

以氨溶液吸收SO2时,其化学反应迅速,质量传递主要受气相阻力控制。吸收塔内发生的主要反应为:

2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3 (NH4)2SO3对SO2有很强的吸收能力,它是氨法中的主要吸收剂。随着SO2的吸收,NH4HSO3的比例增大,吸收能力降低,这时需要补充氨水将NH4HSO3转化为(NH4)2SO3。含NH4HSO3量高的溶液,可以从吸收系统中引出,以各种方法再生得到SO2或其他产品。

1.2半干法

半干法烟气脱硫技术包括旋转喷雾干燥法、炉内喷钙增湿活化法、增湿灰循环脱硫技术等。

半干法以喷雾干燥法为代表,其脱硫过程如下:

该法利用石灰浆液作吸收剂,以细雾滴喷入反应器,与沿切线方向进入喷雾干燥吸收塔的SO2作用,利用烟气自身的温度,边反应边干燥,在反应器出口处随着水分蒸发,形成干的颗料混合物,该产品是硫酸钙、硫酸盐,飞灰及未反应的石灰组成的混合物。喷雾干燥法脱硫效率一般在70%~98%之间,通常为85%左右。

1.2.1旋转喷雾干燥法。

喷雾干燥法是20世纪80年代迅速发展起来的一种湿-干法脱硫工艺。这是美国JOY公司和丹麦NIRO公司1978年联合开发的脱硫工艺,已有超过10%的脱硫市场占有率。喷雾干燥法脱硫率一般为85%,高者可达90%以上,多用于低硫煤烟气脱硫,其工艺流程如图4-28所示。将石灰Ca(OH)2或Na2CO3等制成的浆液喷入雾化干燥反应器,雾化后的碱性液滴吸收烟气中SO2,同时烟气的热量使液滴干燥形成石膏固体颗粒,再用袋式除尘器将固体颗粒分离。Ca(OH)2吸收SO2的总反应为:

Ca(OH)2+SO2+H2O→CaSO3·2 H2O CaSO3·2 H2O+1/2 O2→CaSO4·2 H2O

常用的雾化装置有压力喷嘴和高速旋转(10000~50000r/min)离心雾化器两种。雾化液滴及其分布要细而均匀,喷嘴或雾化轮应耐磨、耐腐蚀、防堵塞。吸收剂除用Ca(OH)2或Na2CO3之外,石灰石、苏打粉、烧碱等也可用作吸收剂。石灰脱硫常将固体颗粒循环使用以提高吸收剂利用率,钠脱硫则一次通过吸收器即可完全反应。石灰的实际用量通常是理论计算量的2.5倍左右,循环使用可降至1.5倍,钠吸收剂利用率较高,一般为1.1倍。袋式除尘器被广泛用于喷雾干燥系统的固体捕集,因为沉积在袋上的未反应的石灰可与烟气中残余SO2反应,脱硫率占系统总脱硫率的10%~20%,滤袋可以看成一个固定床反应器。

影响脱硫率的因素有烟气温度、速度、湿度和SO2浓度等。反应器入口烟温为150℃左右,较高的入口烟温,可以增加浆液含水量,改善反应器内干燥阶段的传质条件,使脱硫率提高。出口烟温一般为80~100℃,要求比绝热饱和温度高10~30℃。出口烟温越低,则固体颗料中残留水分越多,传质条件越好,脱硫率越高。烟气进口SO2浓度越高,需要更高的Ca/S才能达到较高的脱硫率。反应器内烟气流速约1.5m/s,石灰系统的烟气停留时间为10~12s。

喷雾干燥法是目前市场份额仅次于湿钙法的烟气脱硫技术,其设备和操作简单,可使用炭钢作为结构材料,不存在由微量金属元素污染的废水。喷雾干燥出口温度控制在较低、但又在露点温度以上的安全温度。因此,不需要重新加热系统。干的固体废物减少了废物体积。另外,脱硫系统的烟气压力适中,吸收剂输送量小,因此,系统能耗较低,只是湿法工艺所需能耗的1/2~1/3。

该法脱硫后产物为干燥固体,无废水与腐蚀,与湿法相比,投资约为湿法的80%~90%。我国沈阳黎明发动机制造公司、四川白马电厂、山东黄岛电厂都用的是该种方法。

图12.3是喷雾干燥法脱硫系统的工艺示意图,包括吸收剂制备、吸收和干燥、固体捕集以及固体废物处置四个主要过程。

图12.3 喷雾干燥法烟气脱硫工艺流程

①吸收剂制备

吸收剂溶液或浆液的现场制备。虽然石灰是常见的吸收剂,但也有多种其他吸收剂可选用。吸收剂选择将取决于当地是否能够容易得到及价格因素。已用于喷雾干燥法脱硫的石灰达100多种,通常活化氧化钙含量为80%~90%是最好的。因为石灰石比石灰便宜,很多用户对石灰石更感兴趣,但石灰石作吸收剂仍在开发中,苏打粉和烧碱也是常用吸收剂,它们可以在多种工业过程中得到。在一些工业部门,如啤酒工业,其废水含有氢氧化钠或苏打灰。这种废水可用作烟气脱硫的反应剂。当苏打灰用作吸收剂时,产生一种由苏打灰和亚硫酸钠组成的脱硫产物,这种混合物可以直接用于纸浆和造纸工业中。对石灰系统,循环固体废物可以提高吸收剂利用率;对钠系统,无必要进行循环,因吸收剂一次通过吸收塔,反应就几乎是完全的。在石灰系统中,粒状石灰必须熟化,以产生具反应性浆液。本节将着重讨论石灰系统。

②吸收和干燥

含SO2烟进入喷雾干燥器后,立即与雾化的浆液混合,气相中SO2迅速溶解,并与吸收剂发生化学反应。同时,烟气预热使液相水分蒸发,并将水分蒸发后的残留固体颗粒干燥。对于石灰喷雾干燥,SO2吸收的总反应为:

Ca(OH)2(s)+SO2(g)+H2O(l)====CaSO3·2H2O(s) CaSO3·2H2O(s)+0.5O2(g)====CaSO4·2H2O(s)

为了有效去除SO2,喷雾干燥室、烟气气流分布装置和雾化器是最主要的。 喷雾干燥室为烟气与雾滴提供足够的接触时间,以便得到最大的SO2去除率,并且充分干燥由吸收液雾滴形成的固体颗粒。大部分石灰系统的烟气脱硫时间为10~12秒。

气流分布装置和雾化器要能够使烟气和雾化的液滴充分混合,以有助于烟气与液滴间质量和热量传递。要求液滴要充分小,以便有足够的表面积,以利于SO2吸收。同时,也不宜过小,防止未充分吸收之前,液滴完全干化。工艺过程主要包括:氧化镁浆液制备、SO2吸收、固体分离和干燥、MgSO3再生。

③固体捕集

从喷雾干燥系统出来的最后产物是一种干燥粉末,除了由煤燃烧产生的飞灰以外,还含有硫酸钙、亚硫酸钙以及过剩的氧化钙。其典型成分为:飞灰64%~79%,CaSO3·2H2O14%~24%,CaSO4·2H2O2.1%~4%,Ca(OH)21.2%~5%。袋式除尘器被广泛用于捕集干化固体,其原因在于收集滤袋表面的固体中未反应的碱类物质能够与烟气中SO2继续反应。研究表明,袋式除尘器中去除的SO2可占到SO2总去除率的10%。电除尘器的优点在于它对冷凝并不太敏感,可以在更接近饱和温度下操作,从而导致SO2去除率提高。尽管烟气中SO3已被去除,由于烟气中水分存在和烟气体积流量减小,电除尘器效率仍然较高。

④固体废物处置

处置方法因吸收剂类型而异。对于石灰系统,当固体废物中未反应的吸收剂量小于5%时,固体废物是无害的,可采用与飞灰相同的处置办法;但对于钠系

统,应采取谨慎措施减小废物的浸出率。喷雾干燥吸收的最后产物是一种潜在的工业和建材原材料,但目前扩大规模的应用仍在研究之中。

1.2.2炉内喷钙-炉后增湿活化脱硫

这是由芬兰Tampella公司和IVO公司开发的一种脱硫率较高、设备简单、投资低、能耗少的脱硫技术。其特点是除了将石灰石粉喷入炉膛中850~1150℃烟温区,完成式(4-52)和式(4-53)的反应之外,在空气预热器后增设了一个独立的活化反应器,在这里喷雾化水或蒸汽使烟气中未反应的CaO增湿活化,进行水合反应生成Ca(OH)2,接着与烟气中SO2反应生成CaSO3,部分CaSO3进一步氧化成CaSO4,总反应可表示为:

CaO+H2O+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

烟气经过加水增湿活化和干脱硫灰再循环,可使总脱硫率达到75%以上,若将干脱硫灰加水制成灰浆喷入活化器增湿活化,可使总脱硫率超过85%。

干法喷钙类脱硫工艺早在20世纪70年代就在美国进行了开发研究,但由于当时其脱硫效率较低,一直未得到推广应用。由于喷钙脱硫系统设备简单、投资低、脱硫费用小、占地面积少、适合老电厂脱硫改造、脱硫产物呈干态易于处理等特点,近年来又重新受到了人们的重视。

干法喷钙类脱硫以芬兰IVO公司开发的LIFAC工艺为代表,其流程见图12.4。工艺的核心是锅炉炉膛内石灰石粉部分和炉后的活化反应器。

首先,作为固硫剂的石灰石粉料喷入锅炉炉膛,CaCO3受热分解成CaO和CO2,热解后生成的CaO随烟气流动,与其中SO2反应,脱除一部分SO2。

CaO+SO3→CaSO4 然后,生成的CaSO4与未反应的CaO以及飞灰一起,随烟气进入锅炉后部的活化反应器。在活化器中,通过喷水雾增湿,一部分尚未反应的CaO转变成具有较高反应活性的Ca(OH)2,继续与烟气中的SO2反应,从而完成脱硫的全过程:

CaO+H2O→Ca(OH)2 →

图12.4 LIFAC工艺流程示意图

影响系统脱硫性能的主要因素包括:炉膛喷射石灰石的位置和粒度、活化器内喷水量和钙硫比。通常,在锅炉炉膛上方温度为950~1150℃的区域内喷入石灰石粉,对石灰石粉的要求是:纯度大小90%,80%以上的粒度小于40μm,锅炉内的脱硫率约为20%~3-%。活化器内的喷水雾量决定了反应温度和湿度,脱硫反应要求烟气温度越接近绝热饱和温度越好,但不应引起活化器壁、除尘器和引风机结露。因此,通常要求控制烟气温度高于绝热饱和温度10~25K。当Ca/S=2时,活化器的脱硫率可达到60%,系统总效率(锅炉+活化器)可达到80%。

干法喷钙类脱硫工艺通常应用于低硫煤电厂的脱硫,特别适用于老电厂的脱硫改造,但较少用于新建电厂的烟气脱硫。 1.2.3 循环流化床烟气脱硫

循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)技术是20世纪80年代后期由德国Lurgi公司

首先研究开发的。整个循环流化床脱硫系统由石灰制备系统、脱硫反应系统和收尘引风系统三个部分组成,其工艺流程见图12.5。 图12.5 循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)工艺流程

循环流化床烟气脱硫的主要化学反应如下: CaO+SO2+2H2O→CaSO3·2H2O

CaSO3·2H2O+0.5O2→CaSO4·2H2O(石膏)

同时也可脱除烟气中的HCl和HF等酸性气体,反应为: CaO+2HCl+H2O→CaCl2+2H2O CaO+2HF+H2O→CaF2+2H2O

循环流化床烟气脱硫的主要优点是脱硫剂反应停留时间长及对锅炉负荷变化的适应性强。由于床料有98%参与循环,新鲜石灰在反应器内停留时间累计可达到30min以上,提高了石灰利用率。反应器内烟气流速可在1.83~6.1m/s范围内变化,可以满足锅炉负荷从30%~100%范围内的变化。但目前循环流化床烟气脱硫系统只在较小规模电厂锅炉上得到应用,尚缺乏大型化的应用业绩。

1.3干法

干法烟气脱硫技术包括电子束法、脉冲电晕法、荷电干粉喷射法、催化氧化法、活性炭吸附法、和流化床氧化铜法等。 1.3.1吸着剂喷射法

吸着剂喷射法:

按所用吸着剂不同分为钙基和钠基工艺,吸着剂可以干态,湿润态或浆液。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。钙硫比为2时,干法工艺的脱硫效率达50%~70%,钙的利用率达50%,这种方法较适合老电厂改造,因为在电厂排烟流程中不需增加任何设备就能达到脱硫目的。贵州轮胎厂、抚顺电厂、南京下关电厂都是使用该法。

1.3.2电子束法

电子束脱硫技术是一种物理与化学方法相结合的的高新技术。它利用电子加速器产生的等离子体氧化烟气中的SO2(NOx),并与注入的NH3反应,生成硫铵和硝铵化肥,实现脱硫、脱硝目的。在辐射场中,燃煤烟气中的主要成分O2、H2O(气),吸收高能电子的能量,生成大量反应活性极强的活性基团和氧化性物质,如O、OH、O3、H2O。这些氧化性物质与气态污染物进行各种氧化反应,举例如下:

SO2 + 2OH → H2SO4

NO + O → NO2 NO2 + OH → HNO3

生成的H2SO4和HNO3 与加入的NH3发生如下反应: H2SO4 + 2NH3 →(NH4)2SO4

HNO3 + NH3 → NH4NO3

反应生成的硫铵和硝铵气溶胶微粒带有电荷,很容易被捕集。

电子束法是1970年日本荏原(Ebara)公司首先提出的烟气脱硫技术。上个世纪80年代以来,先后在日本、美国、德国、波兰等国家进行研究并建立了中试工厂。1992~1994年,日本建造了三座小型示范厂,取得了预期的效果。目前,电子束法继续受到许多国家的关注。荏原公司在我国成都电厂90MW机组上实施了电子束脱硫示范工程。1998年1月,系统趋于正常,是当时世界上处理烟气量最大的电子束脱硫装置。

脱硫工艺流程如图4-27所示,大致由烟气冷却、加氨、电子束照射和副产品收集等几部分组成。电子在高真空的加速管里由高电压加速,然后透射过30~50μm的两片金属箔照射烟气。约130℃的排出烟气经静电除尘后,部分烟气进入喷水冷却塔降温、除尘,使烟温降到适于脱硫、脱硝的温度(~65℃),再进入同时喷入氨气的反应器脱硫。烟气水露点通常小于60℃ ,所以冷却水在塔内完全被气化,一般不会产生需进一步处理的废水。反应器内的烟气被电子加速器产生的高能电子束照射,发生脱硫、脱硝反应,生成硫铵和硝铵。在反应器中喷水可以吸收反应产生的热量。随后经干式静电除尘器将脱硫副产品与烟气分离,净化后的烟气与未处理的烟气混合升温后送入烟囱排放。我国在四川成都热电厂引进入该脱硫工艺。

电子束法脱硫效率≥90%,可同时脱硫脱硝,投资较低,副产物可用作肥料,无废渣排放,但运行电耗高,运行成本还受到肥料市场的直接影响。

1.3.3荷电干式吸收剂喷射脱法(CDSI)

荷电干式吸收剂喷射脱法:CDSI系统是在除尘器之间的适当位置喷入干的吸收剂(通常是消石灰、 Ca(OH)2),使吸收剂与烟气中的SO2反应生成CaSO3 及少量的CaSO4颗粒物质,然后被后部的除尘设备除去。该系统包括一个吸收剂喷单元,一个吸收剂给料单元和一个计算机控制单元,吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电电晕充电区,使吸收剂带有强大的静电荷(通常为负电荷),当吸收剂被喷射到烟气流中,吸收剂颗粒由于均带有同种电荷,因而互相排斥,迅速在烟气中扩散,形成均匀分布的悬浮状态,每个吸收剂颗剂的表面都充分暴露于烟道气中,使其与SO2的反应机会大大增加,从而使脱硫效率大幅度提高.吸收剂颗料表面的电晕还大大提高了吸收剂的活性,减少了同SO2反应所需的气固接触时间,一般在2秒钟内即可完成亚硫酸盐化反应,从而有效地提高了SO2的去除率,该法脱率效率在70%以上。

1.3.4干式气相催化氧化

干式气相催化氧化已实际应用于有色金属冶炼和锅炉烟气脱硫。除尘净化后的含SO2烟气进入催化转化器,在一定温度下通过催化剂作用,将SO2氧化为SO3,继而转化为硫酸加以收集。SO2的氧化反应为:

实际上,这是一个可逆放热反应,因此降低反应温度和提高反应压力有利于反应的进行。能加速SO2转化反应的催化剂很多,铂的活性最高,但价格昂贵且

易中毒,一般不使用;Cr2O3、Fe2O3等金属氧化物也具有一定的活性,但使用温

度过高受到限制;只有以SiO2为载体的V2O5价格便宜又不易中毒,且在最低温度

下(500~550℃)活性最高,目前在硫酸生产被广泛采用。

气相催化氧化法对低SO2(含量低于2%)浓度的锅炉烟气脱硫工艺流程为,

烟气在500℃左右除尘,再进入催化转化器反应,然后流经省煤器、空气预热器放热降温至230℃左右,最后进入吸收塔,用稀硫酸洗涤吸收SO3,待气体冷却

到104℃,则可得到浓度为80%的硫酸。这就要求实际生产中转化反应必须分段进行。在每段中,反应是在绝热条件下进行的,反应后的气体温度必然升高,因此要将气体冷却(即除去反应热)至一定温度后,再进入下一段进行绝热反应,然后再将反应热移去,如此使转化反应和换热两个过程依次交替进行,直到达到要求的最终转化率为止。对于冶炼工业中高SO2(含量高于2%)浓度的烟气,催

化反应放热量大,必须将反应热从系统中不断导出,才能保证最适宜的反应温度,因此工程上采用分段转化反应,一般分3~4段。过程是,绝热反应后的气体通过换热器(或管)冷却至一定温度,再进入下一段进行绝热反应、放热,转化反应和换热冷却两个过程依次交替进行,直到实现最终的转化率为止。

二、含氮氧化物废气的治理技术

人类活动排放的NOx中,90%以上来自燃料的燃烧排放,主要是锅炉和机动车的内燃机,其余的NOx来源于化工生产、各种硝化及硝酸处理过程等。因此,控制NOx排放的重点是对燃料燃烧过程及其排放物的治理,主要方法有改变燃烧条件和废气脱硝两种。

废气脱硝是NOx控制措施中最重要的方法。废气脱硝技术可分为干法和湿法两类,与NO的氧化、还原和吸附的特性有关。干法有气相还原法、分子筛或活性炭吸附法等,湿法有采用各种液体(水、酸、碱液等)的氧化吸收法。

1. 催化还原法

催化还原工艺是一种广泛用于废气脱硝的成功的技术。

(1)选择性催化还原法SCR(Selective Catalytic Reduction)。该法因其脱除NOx的效率高,一般为80%~90%,还原剂用量少,得到最广泛应用。这种方法是以氨(NH3)作为还原剂喷入废气,在较低温度和催化剂的作用下,将NOx还原成N2和H2O。所谓选择性是指NH3具有选 择性,它只与NOx进行反应,而不与氧发生反应。基本的放热还原主反应如下:

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+6NO→5N2+6H2O

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

SCR工艺流程如图4-34所示。影响催化脱硝的因素有:

1)反应温度。采用某种催化剂,如铜铬催化剂,当上述反应的温度改变时,可能发生一些不利于NOx还原的副反应,尤其当温度较高时。例如,发生 NH3分解为N2和H2的反应,使还原剂减少,或者NH3被O2氧化为NO的反应。这

些反应发生在350℃以上,超过450℃变得激烈,温度再高,还能再生成NO2,从而使NOx的还原率下降。而在200~350℃之间,NH3与O2只生成N2和H2O,NOx的还原率随着反应温度的升高而增大。研究表明,温度低于200℃,可能生成硝酸铵(NH4 NO3)和有爆炸危险的亚硝酸铵(NH4NO2),严重时会堵塞管道。可见,温度对SCR工艺极为重要,应实施严格控制。SCR的最佳温度为300~400℃,这时仅有主反应能够进行。

2)催化剂。上述反应如果没有催化剂的作用,只有在很窄的高温范围内(989℃左右)进行,而采用催化剂时,其反应温度可以大幅度降低。显然,不同的催化剂具有不同的活性,因而反应温度和脱硝效果也有差异。催化剂活性强意味着选择性弱,不希望的反应如SO 2氧化为SO3的反应就强。应选择合适的催化剂和控制反应温度,使主反应速度大大超过副反应的速度,则有利于NO2的脱除。目前,大都采用非贵金属作催化剂,如Al2O3为载体的铜铬催化剂、TiO2为载体的钒钨和亚铬酸铜催化剂、氧化铁载体催化剂等,贵金属催化剂多采用铂。

3)还原剂用量。还原剂NH3的用量一般用NH3与NO2的摩尔比来衡量,不同的催化剂有不同的NH3/NOx范围。当这个比值过小时,反应不完全,NOx脱除率低。在一定范围内,脱除率随NH3/NOx值增大而上升。但NH3/NOx值过大则对脱除率无明显影响,且增加未反应氨的泄漏或排放,造成二次污染,也使还原剂耗量增加。

4)空间速度。空速标志废气在反应器内的停留时间,一般由实验确定。空速过小,催化剂和设备利用率低,空速过大,气体和催化剂的接触时间短,反应不充分,则NOx脱除率下降。

废气中氧含量以及NOx浓度对脱除率没有明显的影响。

SCR装置用于锅炉烟气脱硝有不同的布置方式,各有优缺点:(a)高灰装置,按SCR-空气预热器-电除尘器-FGD次序布置,烟气温度(300~400℃)满足反应要求,但催化剂处于高尘烟气中,易污染中毒或失效;(b)低灰装置,按电除尘器一SCR-空气预热器一FGD次序布置,反应温度合适,但高温高效除尘困难;(c)尾部装置,按空气预热器一电除尘器-FGD-SCR次序布置,催化剂活性和利用率高、寿命长,且可自由控制反应温度,但烟气进入SCR之前需要再加热,能耗增加。

(2)非选择性催化还原法NSCR。该法是在贵金属铂、钯等催化剂作用下,反应温度为550~800℃时,用H2、CH4、CO或由它们组成的燃料气作为还原剂,将废气中的NOx还原为N2,同时,还原剂发生氧化反应生成CO2和H2O。该法NOx脱除率可达90%,但还原剂耗量大,需采用贵金属催化剂和装设热回收装置,费用高,以及还原剂发生氧化反应时导致催化剂层温度急剧升高,工艺操作复杂,因此逐渐被淘汰,多改用选择性催化还原法。

(3)选择性非催化还原法SNCR。该法是在无催化剂作用下,利用NH 3或尿素((NH2) 2 CO) 等氨基还原剂,在950~1050℃这一狭窄的温度范围内,可选择性地还原烟气中的NOx,而基本上不与烟气中O 2 反应。SNCR技术的关键是对温度的控制。温度过高,NH3氧化为NO的量增加,导致NOx排放浓度增大,低于900℃时,NH3的反应不完全,还原剂耗量增加。烟气中O2、CO浓度增加,最佳反应温度向低温移动,且范围变窄,而S02浓度增加时,反应温度则向高温 移动且范围变宽。此外,要注意NOx还原不完全时会产生有毒的N2O。

在锅炉中的相应温度区喷入还原剂,并保证与烟气良好混合,否则未充分反应的NH3遇到SO 3会生成(NH 4) 2SO 4,易造成空气预热器堵塞,并有腐蚀危险。SNCR法不需要催化剂,还原剂不与O 2反应,使催化床温度较低,避免了NSCR法的一些技术问题,但还原剂耗量大,NOx脱除率低,一般为30%~50%,有报道达60%~80%。

2. 液体吸收法

是用水或其他溶液吸收NOx的方法较多,在硝酸厂和金属表面处理行业中应用广泛。湿法工艺及设备简单、投资少,能够以硝酸盐等形式回收NOx中的氮,但由于NO极难溶于水或碱溶液,吸收效率一般不很高。可以采用氧化、还原或络合吸收的办法以提高NO的净化效果。下面作简要介绍。

(1)水吸收法。水吸收NOx时,水与NO2反应生成硝酸(HNO3)和亚硝酸(HNO2)。生成的HNO2很不稳定,快速分解后会放出部分NO。常压时NO在水中的溶解度非常低,0℃时为7.34mL/100g水,沸腾时完全逸出,它也不与水发生反应。因此常压下该法效率很低,不适用于NO占总NOx 95%的燃烧废气脱硝。提高压力(约0.1MPa)可以增加对NOx的吸收率,通常作为硝酸工厂多级废气脱硝的最后一道工序。

(2)酸吸收法。普遍采用的是稀硝酸吸收法。由于NO在12%以上硝酸中的溶解度比在水中大100倍以上,故可用硝酸吸收NOx废气。硝酸吸收NOx 以物理吸收为主,最适用于硝酸尾气处理,因为可将吸收的NOx返回原有硝酸吸收塔回收为硝酸。影响吸收效率的主要因素有:①温度。温度降低,吸收效率急剧增大。温度从38℃降至20℃,吸收率由20%升至80%;②压力。吸收率随压力升高而增大。吸收压力从0.11MPa升至0.29MPa时,吸收率由4.3%升至77.5%;③硝酸浓度。吸收率随硝酸浓度增大呈现先增加后降低的变化,即有一个最佳吸收的硝酸浓度范围。当温度为20℃~24℃时,吸收效率较高的硝酸浓度范围为15%~30%。此法具有工艺流程简单,操作稳定,可以回收NOx为硝酸,但气液比较小,酸循环量较大,能耗较高。由于我国硝酸生产吸收系统本身压力低,至今未用于硝酸尾气处理。

(3)碱液吸收法。该法的实质是酸碱中和反应。在吸收过程中,首先,NO2溶于水生成硝酸HNO3和亚硝酸HNO2;气相中的NO和NO2生成N2O3,N2O3也将溶于水而生成HNO2。然后HNO3和HNO2与碱(NaOH、Na2CO3等)发生中和反应生成硝酸钠NaNO3和亚硝酸钠NaNO2。对于不可逆的酸碱中和反应,可不考虑化学平衡,碱液吸收效率取决于吸收速度。

研究表明,对于NO2浓度在0.1%以下的低浓度气体,碱液吸收速度与NO2浓度的平方成正比。对于较高浓度的NOx气体,吸收等分子的NO和NO2比单独吸收NO2具有更大的吸收速度。因为NO+NO2 生成的N2O2溶解度较大。当NOx的氧化度(NO2/NOx)为50%~60% (即NO2/NO=l~1.3)时,吸收速度最大。可采用先将NO氧化,再用碱液回收NOx以提高吸收效率。由于低浓度下NO的氧化速度非常缓慢,因此NO的氧化速度成为吸收NOx效率的决定因素。氧化方法有直接氧化和催化氧化两种,氧化剂包括液相氧化剂和气相氧化剂:液相氧化剂有HNO3、KMn4、NaClO2、NaClO、H2O2、K2Cr2O7等的水溶液;气相氧化剂有O2、O3、C12和ClO2等。硝酸氧化时成本较低,国内硝酸氧化-碱液吸收工艺已用于实际生产,其他氧化剂因成本高,国内很少采用。

碱液吸收法广泛用于我国的NOx废气治理,其工艺流程和设备较简单,还能将NOx回收为有用的亚硝酸盐磷硝酸盐产品,但一般情况下吸收效率不高。考虑到价格、来源、不易堵塞和吸收效率等原因,碱吸收液主要采用NaOH和Na2CO3,尤以Na2CO3使用更多。但Na2CO3效果较差,因为Na2CO3吸收NOx的活性不如NaOH,而且吸收

时产生的CO2将影响NO2、特别是N2O2的溶解。

范文五:工业锅炉水处理技术-4

定流动时,给水量等于蒸发量,循环倍率为1。但由于水的加热、蒸发、过热过程之间没有明显的界限,因此对安全、参数控制的技术要求

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高,又因对水质要求极高,因此以前低参数小型锅炉都不采用直流锅炉。但由于直流锅炉没有锅筒,可节省成本;水容量小,启停速度快,且科学技术已有了明显进步,目前已有几种小型直流锅炉。

美国克雷顿(Clayton)锅炉是小型立式直流锅炉的典型代表,锅炉主要受压元件为盘管和汽水分离器,它的受热面是由单根逆流式布置的盘管组成,包括上部多层盘管组成的错排对流受热面和下部螺旋盘管围成的辐射受热面,锅炉本体为全焊接连接。

如图1-15所示,克雷顿锅炉给水从盘管

上部进,受热后汽水混合物从下部出,与烟

气流向呈逆向布置,从而摆脱了蒸汽温度对

降低排烟温度的限制,使锅炉排烟温度大为

降低。通常情况下,特别是在低负荷的情况

下,其排烟温度要低于锅壳锅炉。

克雷顿锅炉的汽水分离器似立式的分

汽缸,给水经受热面加热成蒸汽后流到外置

的汽水分离器后分离成饱和蒸汽和饱和水

(即疏水);大部分饱和水返回除氧水箱与

冷凝水和补给水混合后重新进入锅炉,少量浓缩的饱和水被排污排除;锅炉负荷越高时,循

环倍率越低(越接近于1)。

克雷顿锅炉的燃烧器位于锅炉底部,燃烧烟气从下

向上喷射呈“心”字形,如图1—16。当未燃尽的油粒等可

燃物掉将下来时,会被下面的燃烧火焰再一次加热、蒸

发直到燃尽,这样就大大减少了不完全燃烧损失。 克

雷顿锅炉的主要优点是水容量小,启动升压速度很快;

即使爆管其威力也很小,安全性好。水处理设备、水箱

与本体一起布置,结构紧凑,占地面积小,安装极方便。

受热面设计独特、有效,排烟温度低;“心”形火焰设计,

燃烧效率高;因此总效率很高。盘管受热面能自由膨胀,

锅炉启动、停炉等引起热应力小;盘管若膨胀过度,则通过测点控制其立即停炉。该锅炉产品目前的自控系统已采用了更为先进的模块结构,并有自检功能。但是,这种锅炉对水质(特别是含氧量和硬度两指标)的要求高,但由于没有流水分界面,不存在汽水共腾等问题,因

此对锅水中溶解固形物的浓度要求给予放宽。水泵基本不问断给水,耗电量较大,燃烧器位

于锅炉底部,维修不便。

(二)热水锅炉和余热锅炉

1.热水锅炉

热水锅炉是锅内的工质(含出口)都是热水的锅炉。与蒸汽锅炉相比,由于热水锅炉的出口工质是水,因此具有以下特点:

(1)可以没有锅筒,结构简单,制造方便;

(2)工质工作压力低,运行安全,事故危害性小;

(3)工质不蒸发,结垢少,水质要求低,但要求除氧以防止氧腐蚀;

(4)排烟温度低,效率较高;

(5)热水直接采暖,无凝结水排放热损,输送管道的热损较小,节约大量燃料,

(6)耗钢量少,比蒸汽锅炉节省30%以上;

(7)运行方便,可不监测液面,带锅筒的热水锅炉水容量大,突然停电也不会产生汽化 和水击。因此,不仅在北方,目前在南方的一些宾馆饭店、住宅群、办公楼等处也逐渐被应 用,图1-18为电动水泵热水采暖系统。

图1—18 电动水泵热水采暖系统

1—热水锅炉 2—膨胀水箱 3—循环水泵 4—排水池 5—除污器 6—自动跑风装置 7—排气阀

8—供水管 9—回水管 10—定压管 11—检查管 12—溢流管 13—补水管

在封闭的热水系统中,为防止水加热后体积膨胀而使压力升高并导致设备、管道损坏,热水系统的最高处常装有开口水箱作为膨胀水箱,膨胀水箱安装高度还常作为控制系统工作

压力的一种手段。膨胀水箱上设有溢流管、定压管、检查和补充水管。定压管一般接在循环泵人口附近的回水管道上,系统内水体积膨胀或水减少时,水都是流经定压管来调节的。

热水锅炉有自然循环和强制循环两种。

目前我国采用的自然循环热水锅炉多数是由蒸汽锅炉改装或改型而成。这种锅炉改成热

水锅炉之后,上锅筒上部仍然有少量汽空间,上锅筒下部为水空间,因此既可供水,又可供汽。系统回水用泵打人上锅筒,由于回水温度低,比重大;而吸热强的管子水温高,比重小,形成自然循环回路。

强制循环热水锅炉是靠水泵的压力,使水在受热面管中流动。受热面热负荷较大,重量轻,多用于高温采暖。也有一些自然循环蒸汽锅炉改为强制循环热水锅炉,但改造后往往保证不了水速的要求,容易产生氧腐蚀。

锅炉属于半密封系统,锅炉压力越低越接近敞口系统。在封闭系统中,钢在水中的腐蚀速度会随温度的升高而上升;而在敞口或半密封的系统中,温度升高到一定值时,腐蚀速度会下降,这是由于温度升高,氧气在水中的溶解度减小的原因,但如果不及时把这些氧气排出,也会造成腐蚀,危及安全。实验表明低压热水锅炉水温为60℃~70℃时,钢材的均匀腐蚀最严重,水温在90℃~100℃时,钢材的局部腐蚀最严重。

因此,应在锅炉及系统最高点及泵前设排气阀,尽可能进行给水除氧,否则应向补给水中加磷酸三钠(Na3P04),保证循环水的pH值为9左右,可在钢材表面形成磷化保护膜,减少腐蚀。

图1—19 QXL系列管架式强制循环热水锅炉

1-辐射受热面 2-出口集箱 3-对流受热面 4-出烟口 5-出灰口 6-出渣口 7-链条炉排 8-加煤斗 图1—19为一种QXL型强制循环热水锅炉。这种锅炉采用管架式结构,由水冷壁围成的炉

膛作为辐射受热面,燃烧火焰从炉膛冲出后由后拱上方进入燃尽室继续燃尽后,转入后部受热面,并先后依次冲刷对流管束、蛇型管省煤器,最后通向除尘器。

锅炉给水(回水)从蛇形省煤器下部进入后经蛇形管上行至两个上侧集箱尾部(两个上侧集箱尾部与前段之间有隔板隔开)后通过后部下降管下行至两个下侧集箱,两个下侧集箱与水冷壁是相连的,水通过水冷壁上行经两个上侧集箱并汇聚到出口集箱输出,从而完成了锅内水循环。

图1-20为一种德国生产的自然循环的燃油热水锅炉,它的主要受压元件有:锅壳胆、管板、回燃室、烟管等。

该锅炉的炉胆布置在锅筒的正中心,烟管围绕炉胆,并以圆心为轴心圆形分布,第二回程的烟管直径比第三回程的烟管粗或第二回程采用两组较细的烟管。烟管与管板的连接全部采用焊接,前管板为平板,后管板则为凸形封头,前、后管板与简体分别采用T形接头和对接接头结构焊接。

这种热水锅炉的烟气采用三回程流程,由于采用了中心对称结构,因此烟气在流程中分布均匀。烟气在锅筒后外部的后烟室内聚集到上方由烟囱排出。该锅炉在尾部烟道中还可配以省煤器,材料一般为防腐蚀性较好的奥氏体不锈钢。

该锅炉锅筒炉顶装设有安全阀、回(进)水口,后部炉顶为出水口,低温回水在锅炉人口处经锅筒内喷射装置处理后可迅速提高回水温度,然后回水流人锅内被再次均匀加热后成为高温水,并从锅筒后上部出口流出锅炉。该锅炉结构紧凑,前门可便捷地打开,方便检修和清灰。

图1—20 一种德国产热水锅炉

1-提高回水温度的喷射装置 2-烟气流向

2.余热锅炉

余热锅炉是指利用工业生产中排放掉的热量作为热源的锅炉,故又称为废热锅炉。正是由于余热锅炉所利用热源较特殊的缘故,因此与其他锅炉相比具有热负荷不稳定、烟气常有

一定腐蚀性且烟气中含尘量往往较大等特点。

余热锅炉按其结构可分为管壳式和烟道式两大类,目前管壳式余热锅炉划归压力容器类,按压力容器管理。因此这里仅简要介绍一种烟道式余热锅炉,见图1—21。这是一种烟道式水管余热锅炉,由上、下锅筒和管束组成。

高温过程气体流经过热器管束后,进入对流管束和省煤器,经放出热量后,自余热锅炉的尾部排出。给水首先流经省煤器管内预热后,再进入上锅筒,并在上、下锅筒和对流管束之间进行自然循环,同时被加热。水蒸汽经上锅筒的汽水分离装置进行分离后进人过热器,再次被加热到250℃~300℃,变成过热蒸汽后,从过热器出口流出。

烟道式水管余热锅炉适应于高蒸发率、高气压和高传热速率的情况。但不适用于低气压的过程气体,并且当处理比大气压低的过程气体时,必须采取一些特殊的措施防止空气的漏人。此外,当污垢不易清除时,也不宜采用。

图1—21 一种烟道式余热锅炉结构示意图

1-下锅筒 2-液位计 3-上锅筒 4-安全阀 5-主汽阀

6-锅炉进水 7-后部省煤器管 8-钢架 9-对流管束

第一章 锅炉水处理有关的化学知识

第一节 化学基本知识

一、物质及其化学表示式

(一)物质的物理变化和化学变化

自然界的物质绝大部分是由分子组成,分子则又是由更小的微粒——原子组成。物质总是处在不断的运动中,而运动所产生的变化又是多种多样的,有的变化只是改变了物质的状态,其分子组成不变,例如,水沸腾时变成蒸汽,受冻时结成冰,虽然水的形态发生了变化,但分子的组成始终没有变,象这种分子组成不变的变化叫做物理变化。通过物理变化所表现出来的性质叫做物理性质,如颜色、气味、密度、沸点、熔点、溶解性及形态等都是物质的物理性质。如果物质的分子组成发生了变化,即产生了新的物质,例如,铁生锈、煤燃烧,变化后原来的物质变成了另外的物质,象这种有新物质产生的变化就称为化学变化,物质在化学变化中所表现出来的性质叫做化学性质。

(二)原子、元素与元素符号

1.原子

原子是化学变化中的最小微粒,因为每一种分子中原子的组成都是一定的,如果组成发生了变化,也就是发生了化学变化,则该物质就变成了另一种物质。原子又是由原子核和核外电子两部分组成,其中原子核由质子和中子组成,它们统种为粒子。原子核中质子和中子的质量几乎相等,每个质子带一个单位的正电荷,中子不带电荷,所以原子核带正电荷;原子核外的电子数目与质子数相等,每个电子带一个单位的负电荷,因此原子显电中性。在一定的条件下,原子有得到电子或失去电子以满足稳定结构的倾向,原子得到电子便成为带负电荷的微粒,称为负离子(或称阴离子);失去电子则成为带正电荷的微粒,称为正离子(或称阳离子)。

2.元素

元素是核电荷数相同的一类原子的总称,如氧元素就是所有各种氧原子的总称。到目前为止,人们在自然界中已发现的元素有88种,但由这些元素所组成的物质种类却多得难计其数。

元素与原子的区别是:元素是一种总称,为不可数名词,而原子则是可数的。例如,可以说水是由氢和氧两种元素组成,一个水分子由1个氢原子和2个氧原子组成。而不可以说水分子是由1个氢元素和2个氧元素组成。

3.元素符号

在化学上每种元素都由固定的符号表示,该符号称为元素符号。通常元素符号是用元素名称的拉丁文开头的第一个字母表示,有些元素的第一个字母与其他元素相同,则用两个字母表示,其中第一个字母大写,第二个字母小写。例如氢的元素符号用“H”表示,钠的元素符号用“Na”表示。

4.相对原子质量

由于原子的质量非常小,例如碳元素中一个12C的原子质量=1.9g27X10-23克,使用起来很不方便,实际应用中使用的是相对原子质量。在化学书或化学手册上可查得各种元素的相对原子质量,化学计算中,可根据有效数字的要求,采用近似值进行计算。

(三)分子、分子式与相对分子质量

1.分子

分子是能够独立存在,并保持物质化学性质的最小微粒。每一种分子中含有的原子种类和数目是一定的,如一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成。同种分子具有相同的组成、性质和质量,如果分子的组成发生了变化,则这种物质就变成了另一种物质,其性质和质量也随之而变化。

分子总是处于不断运动的状态中,人们在日常生活中也可以感受到。例如,打开存放氨水的罐盖,就立即可以闻到氨的气味,就是由于氨分子运动的结果。盐溶解在水中也是盐分子和水分子运动的结果。

2.分子式

分子式是用元素符号表示物质分子组成的式子。在同一种单质或化合物中,元素的种类和各种元素的原子数是一定的,即各种物质都具有一定的组成,这就是“定组成定律”。因此,一个分子式就代表一种物质,必须正确书写。

(1)单质分子式的写法:

①一般气态单质:它们多数是双原子分子,只要在元素符号右下角写上其原子数即可。例如,氢气分子为H2,氧气分子为O2等。

②惰性气体:通常不与其它原子结合,可视为由单原子组成,故一般就用其元素符号表示分子式。例如,氦气He、氖气Ne等。

③金属单质和固体的非金属单质(碘除外):它们的结构较复杂,通常也用元素符号来表示其分子式。例如,金属铁的分子以Pe表示、碳的分子以C表示等。

(2)化合物分子式的写法:

化合物分子式的写法是将组成化合物的元素符号依次写出(一般显正价的元素写在左边,显负价的元素写在右边),并在每种元素符号的右下角标上其原子数目(若原子数为1,则可省略)。例如,氧化铁分子由两个铁原子和三个氧原子组成,所以它的分子式写成Fe203。

分子式既表示物质的一个分子由哪些元素组成以及各元素的原子数目,又反映了分子里各种元素的质量比和物质的相对分子质量。例如,Na2CO:,表示碳酸钠的一个分子;它是由钠、碳、氧三种元素组成;一个Na2CO,分子中含有二个钠原子、一个碳原子、三个氧原子;在Na2CO3分子中钠、碳、氧的质量比为46:12:48;Na2CO3的相对分子质量为106。

3.相对分子质量

范文六:工业锅炉水处理技术-15

2.按阴离子分类 (1)碳酸盐水垢

主要成分为钙、镁的碳酸盐,以碳酸钙、氢氧化镁为主。多

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结生在温度相对较低的部位,如省煤器、进水口附近等,有时在—F联箱和水冷壁上也有生成。 (2)硫酸盐水垢

主要成分为硫酸钙(硫酸盐含量占50%以上的垢),特别坚硬、致密,不易清除。大多结生在温度较高,蒸发强度大的受热面上。 (3)硅酸盐水垢

成分较为复杂,绝大部分为铝、铁的硅酸化合物,其中二氧化硅含量往往占20%以亡,高的可达40~50%。这种水垢多数非常坚硬,导热性最差。通常易在锅炉受热强度最大的部位,如水冷壁上形成。 (4)混合水垢

是上述各种水垢及铁锈垢的混合物,不易指出哪种成分是主要的,常见于水处理不稳定的锅炉中。

混合水垢色杂,往往呈多层状,一部分可在盐酸中溶解,也有气泡产生,溶液中有残留水垢碎片或泥状物。

另外,如给水受油污染,还会形成油垢,但不常见。 各种水垢的性质及其鉴别方法可参见表4—1。

二、锅炉结垢的原因

锅炉结垢,首先是因为给水中含有钙镁硬度或铁离子、硅含量过高;其次是由于锅炉的高温高压特殊条件所造成。其水垢形成的主要过程为: (1)受热分解

在高温高压下,原来溶于水的某些钙、镁盐类(如碳酸氢盐)受热分解,变为难溶物质而析出沉淀:

(2)溶解度降低

在高温高压下,有些盐类(如硫酸钙、硅酸盐等)物质的溶解度随温度升高而大大降低,达到一定程度后,便会析出沉淀。例如硫酸钙在水中的溶解度:当水温20℃时,为4052.8mg/L;当水温上升至200℃时,降为103.4mg/L。因此,若锅水中含有硫酸钙,在受热强度高的:部位就容易结生硫酸钙水垢。

(3)水的蒸发、浓缩

在高温高压下,由于锅水不断蒸发浓缩水中盐类物质的浓度随之不断增大,当达到过饱和时,就会在蒸发面上析出沉淀。

(4)相互反应及转化

给水中原来溶解度较大的盐类,在锅炉运行状况下,与其它盐类相互反应,生成了难溶的沉淀物质,如果反应在受热面上进行,就直接形成了水垢;如反应是在锅水中进行,则形成水渣,而水渣中有些是具有粘性的,由于未被及时排污除去,也能转化成水垢。另外,有些腐蚀产物附着在受热面上,也往往易转化成金属氧化物水垢。

上述这些析出的沉淀物质粘结在锅炉受热面上就形成了水垢,温度越高的部位,越易形成坚硬的水垢。

三、水渣对锅炉的影响 (一)水渣的性质

有时当锅炉给水处理不良时,会在锅水中形成大量的水渣。水渣的组成与水垢一样,也比较复杂,通常是多种化合物的混合物。其中有的水渣,如碱式磷酸钙[Ca10(OH)2(P04)蛇纹石水渣[3MgO•2SiO2•2H2O]等,基本上呈疏松状悬浮于锅水中,不易粘附于金属受热6]、

面上,可随排污排出锅外;但有的水渣,如氢氧化镁[Mg(OH)2]、磷酸镁[Mgo(PO4)2]等,则易粘附于受热面上,经高温后易转化成二次水垢。

(二)水渣的影响

锅水中水渣过多,一方面会影响锅炉的蒸汽质量,另一方面易堵塞炉管,甚至于转化成水垢。因此,应控制好给水水质,避免锅水中生成过多的水渣,同时应做到合理排污,及时将水渣排出锅外。

第二节 水垢的危害与防止

一、水垢的危害

由于水垢的导热性很差,其导热系数要比锅炉钢板的导热系数小几十倍至数百倍(见表4-2),所以锅炉结垢后就会严重阻碍传热并引起下列危害:

(1)浪费燃料,降低出力

锅炉结垢后将严重影响受热面传热,降低热效率,降低蒸汽出力,增加燃料消耗。由于油、气价格高,因此燃油、燃气锅炉结垢后造成的浪费和损失将大大高于燃煤锅炉。根据测定,水垢厚度与浪费燃料的关系见下表:

(2)易引起事故,影响安全运行

受热面结生水垢后,金属的热量由于受水垢的阻碍而难于传热给锅水,致使金属壁温急剧升高、当温度超过了金属所能承受的允许温度时,金属就会因过热而发生蠕变,强度显著降低,从而导致金属过热变形,严重时将造成鼓包、裂缝、甚至爆管等事故。

(3)堵塞管道,破坏水循环

如果水管内结垢,就会减少流通截面积,增加水的流动阻力,破坏正常的水循环,严重

时还会完全堵塞管道,或造成爆管事故。

(4)引起垢下腐蚀,缩短锅炉寿命

锅炉结垢后还会引起垢下腐蚀等危害。有些结构紧凑或结构复杂的锅炉,一旦受热面结垢,就极难清除,严重时只好采用挖补、割换管子等修理,不但费用大,且将使受热面受到严重损伤,所有上述这些危害都将大大缩短锅炉的使用寿命。

另外,锅炉结垢后,将增加清洗和维修的时间、费用及工作量等,影响生产,减少锅炉的有效利用率,降低经济性。 二、水垢的防止

为了防止锅炉结生水垢,保证锅炉安全经济运行,应做好以下几方面工作: (1)加强锅炉的给水处理,保证给水质量符合国家标准;

(2)及时合理地做好锅炉的加药、排污工作,保证锅水质量符合国家标准。

(3)对于电站锅炉应保证凝汽器严密。当发现凝结水硬度升高时,应迅速查漏并及时消除缺陷。

(4)加强锅炉的运行管理,防止锅炉汽水系统的腐蚀,减少给水中含铁量,以确保锅炉在无垢、无沉积物下运行。

第三节 锅炉的排污及其监控

一、排污的作用和目的

锅炉给水虽然经过一定的处理,但或多或少仍会含有一些杂质,进入运行锅炉后,随着锅水的不断蒸发浓缩,这些杂质的浓度会越来越高,当达到一定临界点后,将会造成蒸汽质量恶化、锅炉受热面结垢、金属受到腐蚀等不良影响。为了使锅水中的杂质含量保持在一定限值(即控制标准)以下,就必须排去部分高浓度的锅水和水渣等沉淀物,同时补人相同量的给水,这一过程称为锅炉的排污。

锅炉排污的目的主要有:

(1)降低锅水中过高的含盐量和碱性物质持在标准允许的范围内,保证蒸汽质量良好。排除锅水表面的油脂和泡沫,使锅水浓度保

(2)及时排除锅内形成的水渣,防止水渣在受热部位聚集成二次水垢,以保证锅炉安全运行。

二、排污的方式和要求 (一)排污方式

锅炉排污方式通常分为连续排污和定期排污根据锅炉设备和运行的实际情况,可分为以下三种情况:

1.连续排污

连续排污又称表面排污,它的功能主要是连续不断地从锅水表面排出油脂泡沫、悬浮杂质及盐碱浓度较高的部分锅水,以降低锅水中的碱度、含盐量、硅酸含量及悬浮物含量。连续排污阀是常开的,通常用于对水质要求较严,蒸发量较大(≥l0t/h)的水管锅炉。表面连

续排污管一般设置在锅炉汽包正常水位下80mm~l00mm处,因为此处靠近蒸发面,锅水浓缩程度较高,而排污时又不至于将蒸汽排走。

2.表面定期排污

表面定期排污与表面连续排污比较,其功能基本相同,不同点在于其排污阀不是常开的,而是以间歇式定期进行表面排污。一般蒸发量不太大(8t/h~4t/h)的水管锅炉,大都采用此方式。不少进口锅炉的自动排污装置也采用表面定期排污,它通过专用的电导仪探头自动监测锅水浓度,当锅水含盐量(电导率)超过设定的允许值时,就会自动打开表面排污阀进行排污,同时自动进水,待含盐量下降到一定值后又会自动关闭阀门。

3.底部定期排污

定期排污主要排除锅内水渣及泥污等沉积物,同时也能起到降低锅水浓度的作用。定期排污装置一般设在锅炉水循环系统的最低点(通常在下汽包及水冷壁的下联箱底部)。定期排污是间歇地进行排污,操作过程时间短暂,应当选择在锅炉高水位、低负荷或压火状态时进行排污。无论是何种锅炉,通常都装有底部定期排污装置。小型锅炉一般不设表面排污,只有底部定期排污装置。

(二)排污要求

锅炉排污是锅炉水处理的重要组成部分。排污不只是简单的排放,不能随意进行,只有科学而合理地控制排污,才能既使锅炉排污达到良好的效果,又可尽量减少热能等的损失。为了取得好的排污效果,应遵循下列几点:

(1)正确运用不同的排污装置,发挥各自的功能。如降低含盐量,以调节表面排污为主;排除水渣,以底部排污为主。

(2)做到勤排、少排、均衡排。就是说,排污次数要多,每次的排污量要少,排污的间隔时间要均匀。这样既可保证不影响供汽,又可使锅水质量均衡地保持在标准范围内,而不会有较大的波动,同时也可有效地排除水渣。实践证明,对于底部排污,在同样的排污量下,分次而短促的排污,比一次性长时间的排污,排除水渣及泥垢的效果要好得多。

(3)底部排污尽量在低负荷时进行。因为此时水循环速度低,水渣易下沉,有利排除。另外,有多个排污点的,每班对每个排污点都应进行排污。

(4)根据水质分析结果指导锅炉排污量。锅水应定时(一般低压炉每2~4h一次,中、高压炉每1~2h一次)取样分析,根据分析结果调整表面排污阀的开度及定期排污的次数。应注意的是,排污过多或过少都对锅炉运行不利。排污过多,既造成不必要的热能损失,又造成给水和加药处理的药剂浪费,有时还会影响供汽;排污过少,则达不到排污应有的效果,不仅不能保证锅水和蒸汽质量达到标准,而且造成水渣不能及时排除,增加了锅炉结生水垢的危害。因此,锅炉排污率应控制在一定范围内,一般可参照表4—4的规定。如果排污量已达到规定排污率的上限,而锅水浓度(含盐量或碱度)仍然超标,则不可无限制地增加排污率,因为工业锅炉的排污率每增大1%,燃料的消耗量就会增加0.3%,因此锅水浓度过高时,不能盲目增大排污率,而应从改善给水质量人手,尽量降低给水中的含盐量或碱度及其他杂质含量,必要时应改变给水处理的方法,最好的措施是尽量回用蒸汽冷凝水作锅炉给水,既可改善水汽质量,降低排污率,又可显著节能节水。

注:背压式机组热电锅炉与凝汽式机组发电锅炉的排污率并无严格区别,主要以给水的质量来区分。给水若以合格的凝结水为主,或者补给水采用混床处理的,锅炉排污率可低些。

(三)进口锅炉排污的控制

不少进口的燃油燃气锅炉带有自动排污的装置。通常自动排污是通过装置中的电导仪对锅水中的电导率或溶解固形物含量(TDS)进行连续监测来控制的,即当锅水浓度达到或超过所设定的某个值时,锅炉的表面排污阀就会自动打开,排放出一定量的高浓度锅水。装置叫:I对锅水浓度的设定和排污流量的大小可根据水质标准的要求和实际水质情况进行设定并加以调节。一般自动排污为表面间歇排污,主要用来控制锅水中的溶解固形物含量。对于锅水中水渣的排除,仍需要手动进行底部排污。

有的进口锅炉(如贯流式锅炉)由于水容积很小而蒸发速率很高,在锅炉负荷较大的情况下,自动排污量不能过大。为了快速降低锅水浓度,并防止水渣累积而堵塞细小的管子,要求每天一次将锅水全排换水。在这种情况下,应注意排污换水对锅炉腐蚀的影响,尤其是间歇运行的锅炉,全排换水宜在点火运行之前进行。曾有发现,有的仅在白天运行,晚上停用的贯流式锅炉,采用每天停炉时就将锅水全排换水,结果运行不到一年,即发生严重腐蚀,其原因就是换水后大量的溶解氧进入锅水中对金属产生了腐蚀,且热态锅炉的突然冷却易引起金属的应力腐蚀。而采用在锅炉点火前排污换水,由于运行时溶解氧很快随蒸汽蒸发而逸出,使得溶解氧在锅内滞留的时间短,可避免对锅炉金属的腐蚀。

三、排污量的计算及监控 (一)排污率的确定

锅炉所需排污量大小与给水的品质直接有关。给水含盐量和碱度越高,锅炉所需要的排污量愈多。锅炉排污量的大小常以排污率来表示。排污率是指排污水量占锅炉蒸发量的质量分数,可用下式表示:

在实际运行中,由于排污水量难以测定水质分析结果来计算。其原理和计算方法如因此排污率一般不按(4—1)式计算,而是由

如果某物质较稳定,无论在给水或锅水中都是既不析出,也不分解,那么根据物料平衡规律,该物质随给水进入锅内的量应等于该物质随排污水排掉的量与饱和蒸汽中带走的量之和。即:

其余符号同式(4—1)。

又因为进、出锅炉的水、汽量是平衡的,即:

由(4-1)、(4-2)、(4-3)可推出下式:

对于工业锅炉而言,一般锅水中所含的各物质中氯离子最为稳定,并且测定方便,而碱度或溶解固形物含量常因药剂加入及水渣的形成而变化。因此工业锅炉通常以测定氯离子含量来计算排污率,并指导锅炉的排污。由于排污水排出的是锅水,故上式中S污可以用锅水

范文七:工业锅炉节能技术

第3期(总第90期)机械管理开发

No.3(SUMNo.90)MECHANICALMAN

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AGEMENTANDDEVELOPMENT

2006年6月Jun.2006

工业锅炉节能技术

【摘

山西

太原

(太原矿山机器集团有限公司动能公司030009)

要】工业锅炉节能要靠合理的设备选用和科学的运行技术实现。从设备选型、燃料配备、燃烧控制等方面论

节约能源

述了锅炉的节能技术,对锅炉的合理选用和运行管理都有指导作用。【关键词】工业锅炉

控制技术

【文章编号】1003-773X(2006)03-0067-02

【中图分类号】TK223.72【文献标识码】B

研究和推广工业锅炉节能技术可以收到很好的经济效益、环境效益和社会效益。工业锅炉的品种虽然很多,但链条炉排工业锅炉仍占65%左右的份额。本文将对链条炉排燃煤工业锅炉的节能技术进行分析。1设备的选用

工业锅炉是把燃料的化学能转化为热能的设备。在这个转化过程中要消耗燃料、电和水资源。搞好节能工作,首先要在设备方面采取措施。

(1)选用节能型锅炉:为确保工业锅炉安全节能地满足用户要求,就要选择合适的锅炉;工业锅炉的选型原则是:1)根据用途选用介质。能用热水的,不用蒸汽;能用饱和蒸汽的,不用过热蒸汽,以利安全节能。2)必须满足热负荷和热介质参数的要求。首先根据工艺生产、采暖通风和生活要求,计算出企业热负荷;然后选择锅炉台数和容量。锅炉出力应能适应用户热负荷的变化。一般燃煤锅炉经济负荷为额定负荷的70%~80%,低负荷不低于额定负荷的20% ̄30%,注意避免长期低负荷运行。3)锅炉热效率应不低于国家对节能产品的要求。优先选用产品质量好的名厂产品。4)要求锅炉按

挥发份、灰份、含硫照当地可用煤种的特性(如发热量、

量等指标)选用适宜的锅炉。要求选用的锅炉能有效地燃烧选用的燃料,对燃料品种有较大适应性。锅炉用煤一般采用就近煤种,避免长途运输;有条件采用当地低质煤种,而且在经济上合理时,宜采用低质煤。5)按照锅炉安装地区的环保要求选择锅炉。在市区、风景区应安装层燃炉、型煤锅炉或燃油燃气锅炉,而不能安装粉尘排放浓度大的循环流化床锅炉和煤粉锅炉。

(2)采用微机控制技术:蒸发量大于10t/h的锅炉应采取计算机控制系统;小型锅炉也要配备必要的热工仪表。实行计算机控制后,可对锅炉的水位、汽压、给水流量、蒸汽流量、炉膛温度、排烟温度、燃料消耗、风量、风压等运行参数进行数字显示和记录,并能对给水系统和燃烧系统精确控制,从而达到节能目的。实行计算机控制,可以记录各项运行数据,便于统计和考核,为锅炉运行情况的考核提供产量和能耗依据。随着计算

作者简介:王

辉,男,1963年生,大学本科毕业,工程师。

机应用技术的提高,以及微机价格的降低,工业锅炉微机控制系统日益成熟和廉价,逐渐进入工业锅炉房,对锅炉的安全和节煤将起巨大作用。

(3)采取均匀和分层给煤技术:均匀给煤技术使煤仓内颗粒均匀一致,解决炉排横断面上煤层沿左右方向因颗粒不匀所造成的燃烧不均匀,甚至只有半边炉排着火的问题。分层给煤技术使炉排上煤层颗粒按下大上小的顺序分层排列。这就使得炉排上的煤层左右颗粒均匀一致,大小颗粒上下分层排列,煤层疏松、通风阻力小、透气性好,改善了煤的燃烧条件,有利于煤的完全燃烧。采取均匀分层给煤技术可以收到节能效果:1)由于燃烧条件的改善,锅炉对燃煤的适应性增强了,可以燃烧挥发份和发热量较低的煤种,节约了燃煤成本。2)锅炉热效率得到提高,体现在两个方面:一是漏煤量减少80%以上,而且锅炉着火区前移,炉渣含碳量大幅度降低,减少了机械不完全燃烧热损失(q4)。二是由于通风条件改善,使炉膛过量空气系数降低,减少了排烟量和排烟热损失(q2)。3)锅炉出力有所提高,赶负荷的速度提高了,锅炉飞灰量减少,烟尘量有所减少。2运行与维护

根据锅炉设计煤种,按(1)合理配煤:1)选煤及配煤。

挥发份、发热量、灰分、含硫量和焦渣特性选煤种。如没有合适的煤,可选两种煤进行配煤。链条炉2)粒度控制。

所燃烧的煤应保持一定的颗粒直径,细碎的煤粉不宜过多,最大的煤块直径应<40mm。为保留较多的煤粒,可从煤的运输和碎煤环节采取措施,一是在煤场尽量减少机械碾压;二是在原煤进入碎煤机以前要经过筛选,把细小煤粒从旁通管通过,只让颗粒较大的煤块经过碎煤机。煤中水分的含量要适中,一般控3)水分控制。制在6%~8%,水分应浸透,拌和应均匀。

(2)链条炉的燃烧调整是锅炉节能的关键环节,应该抓好下列工作:1)煤层厚度的调节。链条炉煤层厚度为80~水分、颗粒度、灰熔点等140mm,可按煤的灰分、

特性进行调整,以炉排上煤层平整、通风良好、不起堆、不冒火口,着火均匀为原则。2)炉排速度的调整。主要根据锅炉负荷调整。调整炉排速度,以燃烧区燃烧正

(下转第69页)

第3期(总第90期)机械管理开发2006年6月

用应从整体消耗的观点出发,而不是从个别的消耗考虑。例如基础建设投资费用,一般包括勘测、设计、科研等方面;不同的技术方案,相应的勘测、设计、科研所消耗的费用是不同的。

(3)价格指标的可比性。计算比较方案的经济效果时,需要利用价格指标。对不同方案的比较,采用的价值指标不一致、不合理,方案的比较结果就不可能正确。所以,必须予以重视。国家制定的价格不仅考虑了生产成本和一定的利润,同时还考虑供求关系。现行的价格和“计算价格”有时会有一定的差距,在这种情况下,为了技术经济分析的需要,可以不采用现行的价格,而采用“计算价格”;否则,就难以比较不同技术方案的指标,它们之间就不可比。

(4)时间的可比性。不同技术方案的经济比较应采用不同的计算期(或称计算年限)作为比较的基础。计算期可按经济年限、设备年限、建筑物的使用年限

等分别考虑。采用静态指标分析方法评价经济效果

时,因不考虑资金的时间价值不能全面地反映投资效果的真实面貌。采用动态分析法则考虑了时间的真实价值,能够较全面地反映投资在工程服务年限内的整个经济效果。不同的方案由于受技术、经济、自然环境等各种条件的限制,因而资源消耗和发挥作用的时间上是有差别的;时间长短不同,对国民经济所起的作用也不同,早投产就能早为国家获得经济效益,早投资意味着早消耗国家财富;所以在经济效果可比性中考虑时间的可比性具有重要的意义。

参考文献

[1]钟孝顺,等.优化原理[M].人民交通出版社,2003.[2]叶元烈.机械优化理论[M].中国计量出版社,2001.[3]盛晓敏.先进制造技术[M].机械工业出版社,2000.

[4]周廷美.机械零件与系统优化设计[M].化学工业出版社,2005.

(收稿日期:2005-11-14)

EconomicComparabilityofOptimalDesignandTechnicalScheme

LiYuncong

〔Abstract〕Adoptingoptimaldesignmethodcanmakeeachpartofprojectcoordinate,concertbetweeneachotherand

makeprojectbeadvancedtechnology,reasonableeconomicresult,reliableoperationandsavingtime,andcanselecttheoptimalschemeamongmanyplans.Itcanprovidetheoreticalbaseforpolicydecision.Whenprojecttechnicalschemeiscomparedwitheconomicresults,bothofthemmustpossessorestablishpropercomparability.〔Keywords〕OptimaldesignConventionaldesignEconomiccomparability

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第67页)

正常,炉排后部能燃尽,形成灰渣为标准;防止增加负荷时不看炉排后部是否燃尽,一味增加炉排速度的错误做法。3)风量调节。一要合理调节各风室风板开度,一般炉排前面的风室小开或不开,中部风室开得较大,最后面的风室根据燃烧情况小开或不开。二要根据锅炉热负荷和炉排速度调节锅炉鼓风总量,使炉膛过量空气系数保持在1.2左右,以降低排烟热损失。4)锅炉应按额定负荷运行。一般燃煤锅炉的经济负荷为其额定负荷的70%~超负荷或低负荷都会降低锅80%。

炉热效率,因此,应避免长期低负荷或超负荷运行。

(3)加强设备维护:锅炉设备的完好程度对锅炉的热效率影响很大,因此必须加强设备的维护工作。1)定期检修炉排,保证炉排平整没有缺损。避免因炉排短缺或不平整所引起的漏煤和跑风现象。积2)清理积灰。灰对锅炉热效率的影响很明显,灰垢的导热系数仅为

・0.1163W/(m℃),约为钢板导热系数的1/450~1/750。

及时有效地清除锅炉受热面上的积灰,可以降低锅炉

排烟温度,提高热效率。3)加强保温和堵漏:由于锅炉炉墙、汽水管道的温度比周围环境温度高,因此,要重视保温,减少散热损失。中小型工业锅炉的炉膛和尾部漏风现象很普遍,漏风使烟气量增加,炉膛温度降低,对燃烧和锅炉效率都有很大影响。应加强检查和堵塞漏风。还应减少汽、水系统的跑、冒、滴、漏。3结束语

工业锅炉的节能工作是综合性的系统工程,要从影响锅炉热效率的各个环节做好节能工作,才能最大限度地节约能源,降低生产成本。

参考文献

—安全节能与环保技术[M].北[1]赵振元.杨同球.工业锅炉用户须知——

京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京:中国电力出版社,2000.

(收稿日期:2006-01-09)

EnergySavingTechnologyforIndustrialBoiler

WangHui

〔Abstract〕Theenergysavingtechnologyofindustrialboilercanbeeffectedbythereasonableequipmentconfiguration

andscientificoperationcontrol.Thisarticleintroducestheenergysavingtechnologyforindustrialboilerfromtheaspectof

equipmentconfiguration,fuelmixing,burningcontrol.Thetechnologywillbeofsignificanceforthereasonableconfigurationandoperationadministrationfortheindustrialboiler.〔Keywords〕IndustrialboilerEnergysavingControltechnology

范文八:工业锅炉技术资料

锅炉的分类

可以从不同角度出发对锅炉进行分类:

1、按烟气在锅炉流动的状况分:水管锅炉、锅壳锅炉(火管锅炉)、水火管组合式锅炉范文九九网

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2、按锅筒放置的方式分:立式锅炉、卧式锅炉

3、按用途分:生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉

4、按介质分:蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉

5、按安装方式分:快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉

6、按燃料分:燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉

7、按水循环分:自然循环、强制循环、混合循环

8、按压力分:常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉

9、按锅炉数量分:单锅筒锅炉、双锅筒锅炉

10、按燃烧定在锅炉内部或外部分:内燃式锅炉、外燃式锅炉

11、按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。

12、按制造级别分类:A级、B级、C级、D级、E级(按制造锅炉的压力分)

工业锅炉的燃烧设备

锅炉的燃烧设备以提供良好的燃烧条件,以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能。

锅炉的燃烧方式有三种形式:层燃(火床燃烧)、室燃(悬浮燃烧)、沸腾燃烧。各种燃烧方式有其相应的燃烧设备。固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等属于层燃式,适用于燃烧固体燃料。煤粉锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等属于室燃式,适用于粉状固体燃料,液体燃料和气体燃料。鼓泡流化床、循环流化床属于沸腾燃烧方式,适用于燃烧颗粒状固体燃料。抛煤机链条炉排,兼有层燃和室燃的燃烧方式,属于混合燃烧方式。

1、 固定炉排:一种最古老、结构简单的层燃燃烧的设备,分两种单层炉排和双层炉排。A:单层炉排用铸铁制造,有板状和条状;B:双层炉排,内有上下两层炉排,上炉排由水冷却管组成的固定炉排,下炉排为普通铸铁的固定炉排。上炉排以上空间为风室,下炉排以下为灰坑,两层炉排之间为燃烧室。

2、 链条炉排:一种结构比较完善的燃烧设备。由于机械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有机械完成),制造工艺成熟,运行稳定可靠,人工拨火能使燃料燃烧的更充分,燃烧率也较高,适用于大、中、小型工业锅炉。国产链条炉排按结构可分链带式、横梁式和鳞片式链条炉排。A链带式链条炉排属于轻型结构适用于额定蒸发量小于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。B横梁式链条炉排是用刚

性很强的横梁作支架,炉排片嵌于支架横梁的槽内,当主动轴上的链轮带动链条转动时横梁及其上的整付炉排随之移动。C鳞式链条炉排适用于额定蒸发量大于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。

3、 往复炉排:一种利用炉排往复运动来实现给煤、除渣、拨火机械化的燃烧设备。往复炉排按布置方式可分倾斜往复炉排和水平往复炉排。A:倾斜往复炉排为倾斜阶梯型,炉排有相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成;B:水平往复炉排是有固定炉排片和活动炉排片交错组成,炉排片相互搭接。

4、 振动炉排:一种由偏心块激振器、横梁、炉排片、拉杆、弹簧板、后密封装置、激振器电机、地脚螺钉、减震橡皮垫、下框架、前密封装置。测梁、固定支点等部件组成。具有结构简单,制造容易,重量轻、金属耗量少、设备投资省、燃烧条件好、炉排面积负荷高、煤种适应能力强优点在工业锅炉应用过。

5、 抛煤机: 按抛煤方式,抛煤机可分为风力抛煤机,机械抛煤机和机械-风力抛煤机三种。机械抛煤机兼有机械抛煤机和风力抛煤机的功能,它有两个主要部件构成:给煤部件和抛煤部件。

6、 沸腾燃烧流化床:一种介于固定床和悬浮床之间的气固两相床层。流化床根据不同的流化速度划分为鼓泡床、湍流床和快速床。A鼓泡流化床结构由给煤装置、布风装置、风室、灰渣溢流口、沸腾层、悬浮段等。特点对煤种适应行强、能强化转热,节省钢材,便于灰渣的综合利用,对环境污染较煤粉炉轻,锅炉本体结构简单。B循环流化床是新一代高效,低污染洁净煤燃烧技术。其特点是在于燃料

及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环,反复的进行低温燃烧和脱硫反应。C循环流化床和鼓泡流化床燃烧过程中最主要的区别在于1、循环流化床沸腾层内流化速度很高一般为3~10m/s最高可达10m/s,

2、鼓泡流化床锅炉的流化速度为1~3m/s。

7、 煤粉锅炉的燃烧设备:煤先经磨煤设备,然后喷入炉膛内燃烧,整个燃烧过程是在炉膛内呈悬浮状进行,这种锅炉称为煤粉炉。其特点能改善与空气的混合,加快点火盒和燃烧,煤种适用性广,适应于大中型锅炉。煤粉锅炉的燃烧设备有煤粉设备、制粉系统和煤粉燃烧器。

8、 燃油燃烧器:有喷油嘴和调风器组成;是将燃料油雾化,并于空气强烈混合后送入炉膛,使油气混合物在炉膛内呈悬浮状态的一种燃烧设备。燃油燃烧器是燃油锅炉的关键设备,按使用燃料种类可分轻质油燃烧器和重质油燃烧器,重油黏度大,在重油燃烧器内一般设置预热器。工业燃油锅炉大多配置轻质油燃烧器。

9、燃气燃烧器:它是燃气锅炉的最主要的燃烧设备。燃气燃烧器有扩散式燃烧器、大气式燃烧器和完全预混式燃烧器。

锅炉的结构

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分,称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。

炉膛又称燃烧室,是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上,进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉,又称火床炉;将液体、气体或磨成粉状的固体燃料,喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉,又称火室炉;空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧,并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉,又称流化床炉;利用空气流使煤粒高速旋转,并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。

炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气,所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管,它既保护炉墙不致烧坏,又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。

炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。

锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中,接受省煤器来的给水、联接循环回路,并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成,是锅炉中最重的部件之一。

锅筒的主要功能是储水,进行汽水分离,在运行中排除锅水中的盐水和泥渣,避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。

锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来,并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件;中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外,还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。 为了考核性能和改进设计,锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡,从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时,不仅要看锅炉热效率,还要计及锅炉辅机所消耗的能量。

单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时,按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧,实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失,但排烟热损失会增大,还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术,争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。

锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质,未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、

除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。

烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离,在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高还能吸收气态污染物。

二十世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠,作为耐火保温等材料。

锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率;降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;发展更多锅炉品种以适应不同的燃料;提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性;减少对环境的污染。

锅炉的发展

锅炉的发展分锅和炉两个方面。

18世纪上半叶,英国煤矿使用的蒸汽机,包括瓦特的初期蒸汽机在内,所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪,常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。与此相适应,最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳,后来改用卧式锅壳,在锅壳下方砖砌炉体中烧火。

随着锅炉越做越大,为了增加受热面积,在锅壳中加装火筒,在火筒前端烧火,烟气从火筒后面出来,通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热,称为火筒锅炉。开始只装一只火筒,称为单火筒锅炉或康尼许锅炉,后来加到两个火筒,称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。 1830年左右,在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中,构成锅炉的主要受热面,火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管,称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低,但需要很大的砌体。

19世纪中叶,出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管,取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制,有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒,或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管,直水管锅炉的压力和容量都受到限制。

二十世纪初期,汽轮机开始发展,它要求配以容量和蒸汽参数较

高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展,出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用,以及锅筒内部汽、水分离元件的改进,锅筒数目逐渐减少,既节约了金属,又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。

以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉,水汽在上升、下降管路中因受热情况不同,造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时,从30年代开始应用直流锅炉,40年代开始应用辅助循环锅炉。

辅助循环锅炉又称强制循环锅炉,它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵,以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒,给水由给水泵送入省煤器,经水冷壁和过热器等蒸发受热面,变成过热蒸汽送往汽轮机,各部分流动阻力全由给水泵来克服。

第二次世界大战以后,这两种型式的锅炉得到较快发展,因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒,可以采用小直径管子作受热面,可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步,它们渐趋成熟。在超临界压力时,直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉,70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。

在锅炉的发展过程中,燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影

响。因此,不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点,而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外,炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)

早年的锅壳锅炉采用固定炉排,多燃用优质煤和木柴,加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排,其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。

早期炉膛低矮,燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用,将炉膛造高,并采用炉拱和二次风,从而提高了燃烧效率。

发电机组功率超过6兆瓦时,以上这些层燃炉的炉排尺寸太大,结构复杂,不易布置,所以20年代开始使用室燃炉,室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧,发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起,电站锅炉几乎全部采用室燃炉。

早年制造的煤粉炉采用了U形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降,再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器,火焰在炉膛中形成L形火炬。随着锅炉容量增大,旋流式燃烧器的数目也开始增加,可以布置在两侧墙,也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。 第二次世界大战后,石油价廉,许多国家开始广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后,许多国家又

重新转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大,要求燃烧设备不仅能燃烧完全,着火稳定,运行可靠,低负荷性能好,还必须减少排烟中的污染物质。

在燃煤(特别是燃褐煤)的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术,即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧,或把燃烧器分散开来抑制炉温,不但可抑制氮氧化物生成,还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧,除可燃用灰分十分高的固体燃料外,还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。

往复炉排的特征

该炉排是一种拨火式层燃炉排。由于煤在炉排上呈波浪式翻滚前进,煤粒之间反复出现挤压一移动一翻滚一塌落一疏松等5个过程,因此燃烧强度大,可节煤17—20%;烟气黑度能降至林格曼 1级以下;能烧 1、 2类次质烟煤。该炉排能达到使用2—3年内基本烧不坏,其投资和耗钢量均比链条炉排少2/3,并且结构简单,维修方便。该炉适宜于在工业锅炉和窑炉上使用。

水平往复推动炉排是一种机械推动炉排,燃煤从煤斗加入通过炉排的往复运动,使燃煤由前向后缓缓进入炉膛,遂渐向后移动,新的燃煤从煤斗漏出后经过炉膛干溜区、高温燃煤区和灰渣次燃区,而咸落入渣坑。由于燃煤中的可燃气体和烟气在离开炉膛之前绝大部分都

以燃烧尽净,加之这种炉排的热负荷及风压都较低,因而飞灰较少,正常燃烧时,基本上看不到烟的颜色。 水平往复炉排还具有良好的点火条件,能适应燃烧水分、灰公较高的煤种,由于炉排要工作时不仅做前后往复运动,同时还上下运动,因而形成似蠕动或波浪式运动状态。燃煤在进行过程中不仅受前后的挤压,同时还受到上下的冲跌、缓缓翻动移动具有破焦之功,以适当燃烧一般结焦、结渣的煤种,又能使煤充分燃烧具有节煤的功能。综上所述水平炉排基本具备了节煤消烟的功能,加之这种炉排安装维修方便,深受司炉工欢迎,堪称一种理想的机械燃煤设备。

往复炉新型炉排片。包含有缝炉排片和无缝炉排片,采用硅铝耐热球墨铸铁铸造而成。有缝炉排片的结构包括推煤头部(1)、加强筋(2)、通风口(3)、炉排片的一端加有凸台(4)。本发明采用了较合理的结构形状及应用了较合适的材质,较好的解决了冷却比,通风阻力小,同时克服了炉排片头部温度过高易烧损、起翘、断裂、漏煤等缺陷,而且,钢材消耗量较少,安装方便,使用寿命长,具有

较好的使用价值。

该往复炉新型炉排片包含无缝炉排片和有缝炉排片,采用高硅低合金耐热球铁铸造而成。炉排片由推煤头部、腰部、推动端、加强筋、炉排片两边均匀相同心圆球凸、凹部分等拼合而成。

该成果由于采用新型材质和合理的结构,解决了炉排片头部高温、易烧损、起翘、断裂、漏煤等多种缺点,提高了往复炉的使用可靠率,适用于工业锅炉和工业炉窑。

往复式锅炉技术

常见故障原因及处理方法

一、往复式炉排烧坏

原因:1、燃用结渣(焦)性强的烟煤,引起炉排过热;2、高温区的炉排通风不良,或在炉膛温度高时停风而又未打开灰门自然通风;3、炉膛正压过大或拱的反射太强;4、炉排铸铁材质不良;5、锅炉暂时停炉时,压火工作没做好,使炉排上煤复燃。

预防炉排烧坏的方法:针对其发生的原因,采取相应的措施。如燃用结渣(焦)性的煤或优质烟煤,可掺烧劣质煤,并注意及时拨渣(焦)。高温区安装中硅或硅耐热材料的有缝炉排片并加大通风量。修改炉内反射拱。改进炉排材质或采用耐热铸铁炉排等。

二、炉排卡住

原因:1、活动间隙太小;2、行程过大,活动炉排片与固定炉排片顶死;3、活动炉排卡住;4、铁件落入间隙内卡住;5、推拉轴与偏心

拉杆不在同一直线上。

处理方法:1、调整间隙,使间隙适当;2、控制活动炉排片的行程;

3、调直活动炉排梁;4、清理杂件;5、调整推拉轴与偏心拉杆在死点位置成一直线。

三、煤斗着火

原因:煤斗中煤层厚,向下压力大,在推煤板往复运动时,两端间隙处容易漏煤。在时烟气窜入煤斗,引起煤斗着火。

处理方法:加装挡板,减少漏煤,窜热。

四、其他

1、制造缺陷、易漏煤。

2、适用二类烟煤,3500—4500kcal/kg。

3、由于进锅筒烟气温度较高,入口约900℃,火管与锅壳结合处易出现裂纹。

范文九:工业锅炉节能技术

目录

1.工业锅炉节能技术 ___________________________________________ 1

1.1.引言 ..............................

范文九九网
............................................................................... 1

1.2.工业锅炉概述 ............................................................................................. 2

1.3.我国燃煤工业锅炉能耗现状及原因 ...................................................... 2

1.4.工业锅炉节能技术简介........................................................................... 3

1.4.1.热能转换过程节能 ........................................................................... 3

1.4.2.热能利用过程节能 ........................................................................... 4

1.5.结论 ........................................................................................................... 6

1.6.参考文献 ..................................................................................................... 6

2.工业锅炉节能技术 ___________________________________________ 7

2.1.前言 ............................................................................................................. 7

2.2.锅炉节能途径 ............................................................................................. 8

2.3.在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术 ............................................................ 9

2.4.工业锅炉存在问题 ..................................................................................... 9

2.5.工业锅炉改造技术 ................................................................................... 10

2.6. .工业锅炉前景展望 ................................................................................. 10

2.6.1.生物质型煤技术 ................................................................................ 10

2.6.2.燃油(气)冷凝锅炉 ............................................................................. 11

2.6.3.炉综合和系统节能技术 ................................................................... 11

2.7.对石化企业工业锅炉节能的建议 .......................................................... 11

2.8.参考文献: ............................................................................................... 12

1. 工业锅炉节能技术

摘要:节能是应用技术上现实可行、经济上合理、环保与社会上可以接受的方法,来有效地利用能源。工业锅炉作为高能耗设备,其节能技术研究具有重要意义。本文根据我国工业锅炉能耗现状,以典型的燃煤用工业锅炉为例介绍了工业锅炉的节能技术。

关键词:工业锅炉节能技术燃煤

1.1. 引言

能源是人类赖以生存的物质基础,在人类社会中起着不可替代的重要

作用。随着国民经济的快速发展,能源生产已经不能满足要求,能源问题成为制约国民经济发展的重要因素,为适日益激烈的市场竞争,各企业应该把能源节约放在首位,以提高能源利用率,降低能耗。在我国,工业锅炉是重要的能量转换和利用设备,能耗约占全国总能耗的三分之一。因此研究工业锅炉节能技术,对降低能耗解决能源问题具有重要意义。同时我国是以煤炭为主的能源消费大国,工业锅炉以燃煤为主,油、汽等其它燃料为辅,锅炉用煤量在全国耗煤总量中占很大比例。本文以燃煤用工业锅炉为例介绍工业锅炉的节能技术。

1.2. 工业锅炉概述

工业锅炉是一种产生蒸汽或热水的热发生和交换装置,锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能,也可通过蒸汽动力装置转换为机械能,或再通过发电机将机械能转换为电能。

锅炉主要由锅和炉两部分组成。炉是燃料(煤炭)燃烧的场所,其作用是将燃料的化学能转化为热能;锅是介质(水)加热的场所,其作用是利用燃料燃烧产生的热能加热介质。

1.3. 我国燃煤工业锅炉能耗现状及原因

目前我国燃煤工业锅炉约有48万台,但平均运行效率约为60%-65%,比国外先进水平低15-20个百分点。效率低,能耗大是我国燃煤工业锅炉普遍存在的问题,其原因主要有一下几点。

(1)单台锅炉容量太小,长期低负荷运行,能量利用率低。许多企业仅考虑到企业长期发展问题而避免锅炉在高负荷下运行,但这种“大马拉小车”的现象不能使锅炉与其他辅助设备在最佳工况下运行,结果是使能量不能得到综合利用,能效降低。

(2)我国燃煤工业锅炉设计重锅炉本体而轻燃烧设备,重锅炉主机而轻配套辅机和附件。这种“重主轻辅”的现象使得锅炉配套设施质量低,对负荷的适应能力差,经常不能在高效率区域运行,直接造成较大的能源浪费。

(3)燃煤品种与煤质多变。我国的锅炉燃煤供应以原煤为主,且供应紧张,因此使用煤在颗粒度,煤质上很难与设计用煤匹配,这就要求锅炉有较高的适应性。但我国燃煤工业锅炉主要是层燃燃烧,其燃烧特点使其很难适应这种燃煤供应状况。当不能根据煤种变化相应调整燃烧工况时就会导致煤燃烧不完全,锅炉出力不足,热效率下降。

(4)缺乏熟练的操作人员,节能监督管理工作薄弱。锅炉操作人员一般只注重锅炉的安全运行而忽视锅炉的节能,且技术水平普遍不高,不能很好的维护保养锅炉及根据煤种变化调整锅炉燃烧工况。此外,由于缺乏相应的节能法律法规,使得工业锅炉节能监督管理工作不能得到较好的实施,锅炉节能潜力未能充分发挥。

1.4. 工业锅炉节能技术简介

锅炉节能的途径有很多,但总体上可从两方面人手,其一是热能转换过程;其二是热能利用过程。必须对整个锅炉系统进行综合分析,在不降低供热品质,提高环保性能的原则上从对系统进行改造才能实现真正的节能。

1.4.1. 热能转换过程节能

锅炉的热能转换过程是指燃烧系统中燃料将化学能转换为热能的过程,因此热能转换过程的节能实际上是对锅炉燃烧系统的节能改造。

1.4.1.1. 对燃煤进行分析处理

在层燃锅炉中,燃煤水分过大会使着火点延后,挥发分过高容易着火燃烧,过低则难以着火,此外煤粒度过大也易造成燃烧不完全。因此煤在进入锅炉前应进行洗选和煤质分析,包括水分,挥发分和粒度的分析,以确定最佳燃烧工况,使燃料能充分燃烧,提高燃烧效率。

1.4.1.2. 采用均匀分层给煤技术

分层给煤技术利用重力筛选,使炉排上煤层颗粒按下大上小的顺序分层排列。煤层空隙大,通风良好,能够改善锅炉的燃烧工况,对提高灰渣损热失和提高锅炉的热效率有很大的帮助;均匀给煤技术使炉排横断面上

煤粒均匀一致,解决了煤粒沿径向不均匀所造成的燃烧不均匀,甚至只有半边炉排着火的问题。

1.4.1.3. 合理组织炉膛空间气流

炉膛空间气流的合理组织,由前后拱、二次风来完成。

前后拱是将炉膛前部(后部)的过剩空气及高温烟气推向后部(前部),在由前后拱形成的“喉口”处与炉膛前部的过剩空气和挥发分混合。其作用包括使可燃气体充分燃烧,加快新燃料的着火,减少燃料层对受热面的直接辐射,保持燃尽阶段所需要的温度,减少飞灰量和不完全燃烧的损失。

二次风一般占送风量的5%~12%,要求风速达40m/s~70m/s,以保证有足够的穿透烟气的能力和穿透深度。工业锅炉(尤其是大容量锅炉)在使用二次风后热效率明显提高。二次风的介质可以是热空气、烟气、蒸汽等。其作用包括

(1)加强炉内气流的搅拌与混合,增加可燃物在炉膛内的停留时间,使化学不完全燃烧损失降低。

(2)可以同时利用两股二次风对吹使炉内形成气流漩涡,气流的旋涡分离作用可以使煤粉和灰粒被甩回炉内,从而减少飞灰量,使机械不完燃烧全损失降低。

1.4.1.4. 保证空气供应充足和合理

空气是燃料燃烧的必要条件,合理配风对提高燃料燃烧效率,降低能耗有很大帮助。合理配风应包括

(1)沿炉排长度方向应合理配风,因为沿炉排长度方向燃烧状况不同。如中段燃烧最旺盛需空气量最大,在炉排头尾两段以挥发分和残炭的燃烧为主,故只需少量空气。

(2)沿炉排宽度方向应均匀配风,以使燃烧均匀,防止出现火口等不正常燃烧现象。

1.4.2. 热能利用过程节能

热能利用过程是指将燃烧放出的热量有效地传递给工质(水),产生要求参数的蒸汽或热水的过程,实现能量的综合有效利用,降低能量传递过程

的损失时该过程节能的关键。

1.4.2.1. 保证锅炉给水品质

锅炉给水如果含盐量过高,会使锅炉受热面上结构,恶化传热状况(水垢的导热系数仅是钢的1100200~1),使排烟温度升高,降低能效。此外水垢还

会引起受热面金属过热,降低材料机械强度,使管壁鼓包或胀管。因此要采用有效的水处理技术使锅炉给水达到所需标准,并且要及时清除水垢,以减少能源浪费、改善锅炉的运行安全性和提高锅炉的运行效率。

1.4.2.2. 采用保温材料

由于锅壳、烟道、省煤器、管道等部件温度高于环境温度,因此会向外散热产生热损失。因此可以采用在这些部件外包保温材料,不仅可以减少散热,而且可以反之锅炉炉膛和烟道漏风,减少热损失。保温材料应满足导热系数小,热稳定性高,对管壁无腐蚀等特点。常用的保温材料有膨胀珍珠岩,硅酸铝板,硅酸盐抹面,石棉和矿渣棉等。

1.4.2.3. 蒸汽冷凝水的回收利用作为锅炉给水

锅炉产生的蒸汽属于高品质热源,经利用后得到的蒸汽冷凝水也属于热能资源,应该充分利用而不应该外排。通常将回收后的蒸汽冷凝水作为锅炉给水,其优点包括

(1)能提高给水温度,降低煤耗。

(2)蒸汽冷凝水含盐量低,能减少软水用量与锅炉排污量。

高温蒸汽冷凝水通常要经冷却才回到给水系统被加以利用,但这样不仅增加能耗而且不能充分利用蒸汽冷凝水的热量。为此国外开发了直接将饱和温度的冷凝水送回给水系统予以利用的技术,减少了冷凝水降温造成的能量损失。

1.4.2.4. 高温烟气的回收利用

许多中小型工业锅炉的排烟温度均在300℃左右,有的高达400℃,直接排放不仅会造成污染而且会损失大量热量,因此宜增设锅炉尾部受热面以降低排烟温度。如小型锅炉可增加省煤器来加热锅炉给水以降低煤耗,

中型锅炉可增加空气预热器来加热入炉膛空气使燃料能充分燃烧。

1.5. 结论

综上所述,燃煤工业锅炉的节能工作包括对热能转换过程和热能利用过程进行能量优化,如改进燃烧状况,提高给水品质,回收利用蒸汽冷凝水和热烟道气等措施。

锅炉的节能工作首先要充分分析可利用热能的品味,重点回收高品味热能,其次要通过改进工艺来降低能耗,尽可能的利用副产品,以实现能源的梯级利用和循环再生。各企业应根据自身情况有针对性的加强工业锅炉节能技术改造,达到用最少的能耗来获得最大效益的目标。

1.6. 参考文献

[1]王光臣.工业锅炉的节能技术措施[J].应用能源技术,2009(3):17-20.

[2]王睿,李莹.影响燃煤工业锅炉能耗的因素及技改措施[J].装备制造技术,2011(9):210-212.

[3]陈会丽,刘新尚,宋传静.浅谈工业锅炉节能技术[J].中国科技纵横,2011(19).

[4]范北岩.工业锅炉节能技术及其应用--2005国际石油和化工节能技术发展论坛论文集.

北京:中国化工节能技术协会,2005:45-53.

[5]刘克平.变频调速节能技术在工业锅炉燃烧过程中的应用分析[J].长春工业大学学报(自然科学版),2007,28(z1).

[6]商红彬,李东刚,吴增福,杜涛.工业锅炉节能技术--自主创新振兴东北高层论坛暨第二

届沈阳科学学术年会论文集.沈阳:沈阳市科协,2005:166-169.

[7]赵振元.工业锅炉用户须知安全节能与环保技术北京:中国建筑工业出版社1997.

2. 工业锅炉节能技术

陈宇飞

中国矿业大学(北京)

摘要:节能是指通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径,以最少的能耗取得最大的经济效益。据统计,我国在役工业锅炉约有50万台,

1每年消耗煤炭占全国煤炭总产量的3这些工业锅炉的热效率很低。只要60%左右。

并且自动化程度低,采用机械化燃烧方法的锅妒不足70%。锅炉节能的途径有很多,但总体上可从两方面入手。其一是热能利用转换过程;其二是热能利用过程。目前可以采取以下三个措施来解决能量转热过程——即燃烧过程中的节能问题。

一、煤、油混合燃料的燃烧技术,即把一种很细的煤粉和燃料油混合在一起形成泥浆状燃料,以此代替原来煤油锅炉用的燃料油。二、采用二次风强化燃烧。二次风对强化气流燃烧是很有效的。三、在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术。

关键词:热能利用转换过程膜法富氧技术工业锅炉改造技术

2.1. 前言

节能是人类面临的重要任务之一,对于我国任务尤为艰巨。虽然太阳能、核能、风能等可再生资源可以为人类提供大量的能量,但是目前由于技术上的困难还不能大规模的开发利用新能源,人类近期只能以化石燃料为主要能源。再加上我国人口众多,人均可采能源资源占有量很低。从这几个角度看,我国也可以说是能源贫国,所以珍惜能源十分重要。

我国在用工业锅炉平均容量不高,且以中小容量为主。2003年统计显示的平均容量为2.379MW/台,小于35t/h的锅炉约占总容量的98.9%,其中:大于等于20t/h的不到20%,2-10t/h的占75%,小于等于1t/h的占5%。

2.2. 锅炉节能途径

锅炉节能的途径有很多,但总体上可从两方面入手,其一是热能利用转换过程;其二是热能利用过程。

热能转换过程是指燃料从化学能转变为热能的燃烧过程,这一过程涉及的有组织燃烧的设备与技术,用先进的燃烧设备和技术组织炉内燃烧,使燃料燃烧尽率提高,在获得相同燃烧的情况下,少烧燃料,达到节能的目的。

热能利用过程是指通过一定的装置和专门的系统将燃烧放出的热量有效地传递并被工质所吸收,产生要求参数的蒸汽或热水。燃烧是指在锅炉的炉膛中进行的,燃料有重油、煤、天然气等,而以燃煤最为普遍。要使燃料充分燃烧,必须满足以下三个条件:

(1)要有足够的空气,并能同燃料充分接触;

(2)炉膛应有足够高的温度使燃料着火;

(3)燃料在炉内停留时间能使其完全燃尽。

为了满足上述三个条件,提高燃烧效率,充分利用燃烧热值,可采取以下节能措施:

(1)煤、油混合燃料的燃烧技术:即把一种很细的煤粉和燃料油混合在一起形成泥浆状燃料,以此代替原来煤油锅炉用的燃料油。

(2)煤、油混合燃烧的优点:

(a)以低劣煤代替燃料油,可以把燃油的消耗量降低一半左右; (b)煤粉与燃油混合后的浆状燃料具有较好的流动性,可以方便的用管道进行输送;

(c)煤油混合技术上比较简单,安全性较好,对原煤、油炉体不需要进行较大的改动,仅需要更换燃烧喷嘴即可实现煤、油混合燃烧。 但煤、油混烧也有一些新的问题:

(1)浆状燃料对燃烧设备(特别是喷嘴)的磨损较燃油时要严重;

(2)煤粉颗粒的不均匀对燃烧稳定性有一定的影响。

(3)采用二次风强化燃烧:二次风可以使炉膛空间中的可燃物(挥发分

和被下部风室吹起的煤粉)与空气更好的混合,同时增加可燃物在炉膛内的停留时间,使其充分燃烧,降低不完全燃烧热损失。另外,由于二次风造成的气流旋涡的分离作用,使煤粉和灰粒被甩回炉内,减少了飞灰逸出量,使烟气含尘浓度降低,减少了对环境的污染。

2.3. 在燃煤锅炉上应用膜法富氧技术

燃料燃烧必须有氧气的助燃才能充分的进行,一般以供给空气来解决的。但由于空气中氧气的成分只占21%,另外79%的非氧气体在燃烧过程中被加热、温度升高而被排放掉,造成了能源的损失。加之,燃烧过程中生成的NOx、SO2等有毒气体,污染了环境,对人类健康带来了危害。对此,人们设法采用含氧气量高的空气参加燃烧。用“富氧膜”可以得到含氧量为30%-90%的富氧空气。

膜法富氧助燃工艺流程如下图2-1所示:

图2-1膜法富氧助燃工艺流程图

实践证明,上述三种措施节能效果比较明显,并得到了广泛应用。随着国民经济的快速发展,能源生产不能满足要求,能源工业成为发展国民经济和提高人民生活水平的制约因素。为适应竞争日益激烈的市场经济的要求,各企业应该把能源节约放在首位,以提高能源利用率,尽可能的减缓能源耗竭速度。

2.4. 工业锅炉存在问题

长期以来,我国燃煤工业锅炉的产品设计和制造往往是重锅炉本体而轻燃烧设备,重锅炉主机而轻配套辅机和附件,加上燃煤品种、煤质多变,

实际燃煤与设计煤质偏离:相当多锅炉经常处于较低的负荷下运行;检测仪表不全、锅炉控制简单;司炉工操作技术和运行管理水平较差;设备维护保养工作跟不上等因素,致使我国工业锅炉的实际运行效率往往要比鉴定热效率下降10-15个百分点,结果造成一次能源的浪费。

导致工业锅炉运行效率低下的因素主要有以下一些方面:

(1)锅炉的平均负荷率低,平均运行效率不高。

(2)煤炭质量不稳定且多变。

(3)燃烧设备的制造质量存在问题。

(4)锅炉的控制水平低下。

(5)锅炉的水质普遍达不到标准的要求。

(6)锅炉辅机配置不当,且质量不高。

(7)锅炉的运行人员的总体素质普遍较低,影响锅炉运行的效率。

(8)锅炉的节能监督管理工作薄弱。

2.5. 工业锅炉改造技术

(1)加装燃油锅炉节能器

(2)安装冷凝型燃气锅炉节能器

(3)采用冷凝式余热回收锅炉技术

(4)锅炉尾部采用热管余热回收技术

(5)采用防垢、除垢技术

(6)采用燃料添加剂技术

(7)用新燃料

(8)⑧采用旋流燃烧锅炉技术

2.6. .工业锅炉前景展望

2.6.1. 生物质型煤技术

是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物质,按一定比例掺混,加入少量固硫剂,利用生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等与煤粘结性的差异经压制而成。生物质在其中既起粘结作用又起助燃作用。

生物质型煤具有热效率高、灰分少、固硫率高、生物质来源广泛、生产成本低等优点,既能节省能源,又能明显减少对大气的污染,具有综合的经济、环境、社会效益。

2.6.2. 燃油(气)冷凝锅炉

燃料的高位发热量在数值上大于其低位发热量,差值为水蒸气的汽化潜热,燃料种类不同燃烧后水蒸气在烟气所占的比例也不同。一般锅炉燃料燃烧后,排烟还具有相当高的温度,烟气中的水蒸气仍以过热的状态存在,不可能凝结成水而释放出汽化潜热,所以,我国和大多数国家一样,锅炉的热力计算采用低位发热量作为计算依据。

2.6.3. 炉综合和系统节能技术

高效节能、低污染为主要目标,综合采用各项节能技术,以复合燃烧等技术强化燃烧;强化传;提高给水品质,降低排污量;改进绝热保温材料,降低散热损失;适当增加一些受热面(如加装省煤器预热器等)以降低排烟温度。并采取了烟气再循环、贫氧燃烧、高效脱硫等新技术来提高锅炉效率和降低NOx、SOx的排放。

2.7. 对石化企业工业锅炉节能的建议

石油和化学工业是使用消耗能源的大户,煤、油、天然气等既是生产过程所需动力、热力的燃料,同时又是其加工生产的产品和原料。因此,石化企业工业锅炉及其应用系统的节能工作既有复杂的一面,又有潜力大挑战性强的一面。石化工业加工过程中,有非常多的冷、热物流(过程物流、公用工程物流等)需要换热。如乙烯装置、炼油过程主要是通过物理的办法,按照各油品沸点的差别进行分离,即通过一个又一个的加热、冷却,来完成一系列加工过程。

(1)过程用能的主要形式是热、流动功和蒸汽,它们一般是通过转换设备(如炉、机、泵)等转换过来的;

(2)转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环节(塔、反应器),连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后,除部分能量转入到

产品中外,其余均进入能量回收系统;

(3)能量在工艺核心环节完成其使命后,质量下降,但仍具有较高的压力和温度,可以通过换热设备、换功设备(液力透平)等回收利用。但受工程和经济条件约束,回收不能到底,最终通过冷却、散热等排弃到环境中。

结合石化企业生产过程和用能特点,除了对传统意义上的锅炉及应用系统采用常规技术措施进行节能改造外,重点应该将提供动力和热量的锅炉主、辅机系统,燃料系统,控制系统,输配系统视为整个生产加工系统的一部分,将工艺改进和锅炉节能改造系统地、有机地结合起来。充分分析可利用热能的品位,根据投资能力和技术经济比较,节能措施应从高品位能量回收开始。结合生产工艺,尽可能地将副产品加以利用,使节能改造工程的投入产出率达到最高。即首先应选用或改进工艺过程,减少工艺用能;再考虑经济合理地回收;其不足部分再由转换设备提供,实现能源的“高质高用,梯级利用,循环再生”。这样就使节能工作更加科学、更加有效。

2.8. 参考文献:

[1]商红彬,李东刚,吴增福杜涛.工业锅炉节能技术.万方数据.2008

[2]范北岩.工业锅炉节能技术及其应用.中国北京商务会馆.2005

[3]王辉.工业锅炉节能技术.机械管理开发.2006年6月

[4]王光臣.工业锅炉的节能技术措施.应用能源技术.2009年3月

范文十:工业锅炉节能技术改造

工业锅炉节能技术改造

① 加装燃油[1];范文九九网

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经燃油节能器处理之碳氢化合物,分子结构发生变化,细小分子增多,分子间距离增大,燃料的粘度下降,结果使燃料油在燃烧前之雾化、细化程度大为提高,喷到燃烧室内在低氧条件下得到充分燃烧,因而燃烧设备之鼓风量可以减少15%至20%,避免烟道中带走之热量,烟道温度下降5℃至10℃。燃烧设备之燃油经节能器处理后,由于燃烧效率提高,故可节油4.87%至6.10%,并且明显看到火焰明亮耀眼,黑烟消失,炉膛清晰透明。彻底清除燃烧油咀之结焦现象,并防止再结焦。解除因燃料得不到充分燃烧而炉膛壁积残渣现象,达到环保节能效果。大大减少燃烧设备排放的废气对空气之污染,废气中一氧化碳(CO)、氧化氮(NOx)、碳氢化合物(HC)等有害成分大为下降,排出有害废气降低50%以上。同时,废气中的含尘量可降低30%—40%。安装位置:装在油泵和燃烧室或喷咀之间,环境温度不宜超过360℃。

② 安装冷凝型燃气锅炉节能器;

燃气锅炉排烟中含有高达18%的水蒸气,其蕴含大量的潜热未被利用,排烟温度高,显热损失大。天然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径,冷凝型燃气锅炉节能器可直接安装在现有锅炉烟道中,回收高温烟气中的能量,减少燃料消耗,经济效益十分明显,同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物,二氧化硫等污染物,降低污染物排放,具有重要的环境保护意义。

③ 采用冷凝式余热回收锅炉技术;

传统锅炉中,排烟温度一般在160~250℃,烟气中的水蒸汽仍处于过热状态,不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。众所周知,锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得,未考虑燃料高位发热值中汽化潜热的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到87%~91%。而冷凝式余热回收锅炉,它把排烟温度降低到50~70℃,充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热,提升了热效率;冷凝水还可以回收利用。

④ 锅炉尾部采用热管余热回收技术;

余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。 超导热管是热管余热回收装置的主要热传导元件,与普通的热交换器有着本质的不同。热管余热回收装置的换热效率可达98%以上,这是任何一种普通热交换器无法达到的。热管余热回收装置体积小,只是普通热交换器的1/3。其工作原理如图所示:左边为烟气通道,右边为清洁空气(水或其它介质)通道,中间有隔板分开互不干扰。高温烟气由左边通道排放,排放时高温烟气冲刷热管,当烟气温度>30℃时,热管被激活便自动将热量传导至右边,这时热管左边吸热,高温烟气流经热管后温度下降,热量被热管吸收并传导至右边。常温清洁空气(水或其它介质)在鼓风机作用下,沿右边通道反方向流动冲刷热管,这时热管右边放热,将清洁空气(水或其它介质)加热,空气流经热管后温度升高。由若干根热管组成的余热回收装置,安装在锅炉烟口,将烟气中热量吸收并高速传导至另一端,使排烟温度降至接近露点而减少热量排放损失。加热后的清洁空气可烘干物料或补充到锅炉内循环使用。提高锅炉和工业窑炉的热效率,降低燃料消耗,达到节能的目的。

在工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时,为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰,标准状态排烟温度一般不低于180℃,最高可达250℃,高温烟气排放不但造成大量热能浪费,

同时也污染环境。

热管余热回收器可将烟气热量回收,回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水,或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用,降低生产成本,减少废气排放,节能环保一举两得。改造投资3-10个月回收,经济效益显著。

⑤ 采用防垢、除垢技术;

通过采用锅炉除垢剂和电子防垢器,优化水汽循环系统,合理控制锅炉的排污率,从而减少水垢,提高锅炉热效率。

⑥ 采用燃料添加剂技术;

在燃料中加入添加剂达到优化燃料,达到降低烟垢,提高热效率的目的;

⑦ 采用新燃料;

采用新型环保燃料油,达到降低燃油成本的目的。

⑧ 采用富氧燃烧技术;

空气中氧气含量≤21%。工业锅炉的燃烧也是在这样空气下进行的工作。实践表明:当锅炉燃烧的气体氧气量达到25%以上时,节能高达20%;锅炉启动升温时间缩短1/2-2/3。而富氧是应用物理方法将空气中的氧气进行收集,使收集后气体中的富氧含量为25%-30%。富氧助燃是一种最新节能环保技术。近十几年来,随着环保要求的不断提高以及节约能源的需要,富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃发展,现在西方一些发达国家要求全部新增工业炉窑、工业锅炉不得用普通空气助燃,都得用富氧空气助燃。 ⑨ 采用旋流燃烧锅炉技术;

众所周知,传统锅炉存在着两大弊端,一是燃烧时有烟雾烟尘冒出,成为重要的污染源;二是煤渣燃烧不充分,能源浪费极为严重。采用纯无烟再节能旋流燃烧锅炉新技术与传统工业锅炉相比较,有着绝对的优势。它比手烧式锅炉节煤30%~35%,比链条式自动化锅炉节煤25%。由于纯无烟再节能技术使用了PID变频和ABM节电系统,比传统锅炉节电40%,挥发份可实现90%以上的燃烧和利用,而传统锅炉的挥发份的燃尽率只有78%左右,有22%的烟尘排向大气层,纯无烟再节能旋流燃烧技术使灰渣燃尽率达到了97%,而传统锅炉煤渣的燃尽率只有80%左右,正是由于这些原因,纯无烟再节能燃烧技术可使炉温从原来的1200℃提高到1500℃左右,提高了燃烧效率,节省了燃料,满足了客户的需求。

⑩ 采用空气源热泵热水机组替换技术;

将现有的燃油(气)热水锅炉替换成空气源热泵热水机组;可节约能源消耗30%到50% ⑾燃煤锅炉改装成燃油(气)锅炉;

燃油燃气锅炉排烟全热回收技术

一、 概述

一般国内燃油(柴油)燃气锅炉的平均热效率约为87%左右,大约10%的热能通过锅炉排烟排到大气中去了,排烟温度高达180℃~250℃,既大量浪费了能源,又造成严重的环境热污染。

正常燃气锅炉,每产生1吨蒸汽,大约需要消耗80多Nm3天然气,产生1300Nm3的烟气,其中包括15%~19%的水蒸气,这部分水蒸气处于过热状态,不可能在高温烟道中凝结成液态的水放出汽化潜热。烟气中的这部分潜热数量巨大,可达5.6万多kcal,占天然气的低位发热量的6%左右,浪费非常惊人。

二、 节能措施

回收锅炉烟气余热是锅炉节能的重要途径,烟气热值很大,仅水蒸气的汽化潜热就足以将锅炉给水预热到100℃以上,不仅可以用于锅炉补水,多余的热水还可用来加热生活用热水。

燃油、气锅炉排烟热损失约为8%~16%,排污热损失1%左右,炉体散热1~2%,不完

全燃烧1%,有效利用热约在80%~91%,烟气中包括N2占68%、Co2 11%、H2O 16%、O2 4%、SO2 2PPM、NOx 80PPM。排烟温度若为200℃,经过高效全热回收换热器,可将烟气温度降低至70C以下(甚至降低至45℃),则可将20℃的锅炉补水提高到85℃,大量节约了能源,同时,由于油气(特别是天然气含硫量很少,烟气中SO2含量很低,绝大部分都溶解到了烟气冷凝水中排放了,加之烟气余热回收器都采用不锈钢材质,保证装置可靠的抗腐蚀性能,因此整套装置的使用寿命在5~6年以上。

三、 全热回收换热器

全热回收换热器采用不锈钢板片组成,可以单独一台使用,也可以根据需要多台并联安装在一个壳体内使用,换热器设有进水口,下面设有凝结水排放口,同时可以拆卸清洗。高温烟气通过换热器时,加热锅炉补水,使烟气延期温度降至露点温度以下,最大限度吸收烟气中的显热,同时吸收烟气中的水蒸气冷凝成水释放出的大量潜全热而完成全热回收过程,蒸气冷凝全热回收过程是属于相变换热过程,传热强度非常高。

在烟气全热回收热交换器中结露,凝结成水,同时吸收烟气中的部分Co2和Nox,洁净了烟气,起到环保作用。冷凝水经引导管排放到中和池中,与中和池中的碱性石灰水中和后排放。

烟气热回收器的烟气阻力平均在200pa以下 ,有的只有100pa,换热器体积和重量比一般换热器小1/10~1/5以上,非常适合城市狭小 锅炉房使用,设备使用寿命长达5~6年。

四、本技术的节能环保效益:

1、锅炉热效率提高10%以上,按燃气低位发热值计算锅炉热效率甚至可超过100%。

2、烟气中的CO2和NOX等有害成份被凝结水吸收,有利于环保。