一文了解锅炉以及锅炉节能
一、锅炉的基础知识锅炉是一种封闭的容器，它提供了一种将燃烧热传递到锅炉内的方式直到它变成加热的水或蒸汽。然后是热水或蒸汽在
一、锅炉的基础知识
锅炉是一种封闭的容器，它提供了一种将燃烧热传递到锅炉内的方式直到它变成加热的水或蒸汽。然后是热水或蒸汽在压力下可用来传递热量到一个过程中。水是一种有用又便宜的媒介将热传递给一个过程。当水沸腾成蒸汽时，它的体积增加约1600它产生的力量几乎和火药一样具有爆炸性。这使锅炉极其危险的设备，必须小心处理。把液体加热到气态的过程叫做蒸发。热是通过辐射从一个物体传递到另一个物体，辐射就是热量的传递从热体到冷体无输送介质，对流，传递热量由输送介质，如空气或水传导而来，热量的传递靠实际身体接触，分子对分子
锅炉系统包括:给水系统、蒸汽系统和燃料系统。给水系统为锅炉提供水，并自动调节以满足蒸汽的需求。各种阀门提供检修通道。蒸汽系统收集并控制锅炉产生的蒸汽。蒸汽通过管道系统被导向点使用。在整个系统中，蒸汽压力通过阀门进行调节和检查蒸汽压力表。燃料系统包括所有用于提供燃料以产生必要的热量的设备。燃料系统所需的设备取决于燃料的类型。
锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉，因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。
- 移动式锅炉
在锅炉中进行着三个主要过程（1)燃料在炉内燃烧，其化学贮藏能以热能的形式释放出来，使火焰和燃烧产物（烟气和灰渣）具有高温。（2)高温火焰和烟气通过“受热面“向工质（热媒）传递热量。（3)工质（热媒）被加热，其温度升高或者汽化为饱和蒸汽，或再进一步被加热成为过热蒸汽。以上三个过程是互相关联并且同时进行的，实现着能量的转换和传递。伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流动和变化。水一汽系统、煤一灰系统和风－烟系统是锅炉的三大主要系统，这三个系统的工作是同时进行的。通常将燃料和烟气这一侧所进行的过程（包括燃烧、放热、排渣、气体流动等）总称为“炉内过程“；把水、스汽这一侧所进行的过程（水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热化学过程等）总称为“锅内过程。
二、为什么要做锅炉节能
对于工厂和企业而言，为什么要做节能呢，我简单为大家整理了下，节能的主要原因大致可以分为以下五个。
1、通过优化蒸汽质量/产品热量来提高产量
1）、来自开放式旁路或吹气阀的回流管路中的背压会限制生产率。
2）、为分级而浪费的蒸汽或冷凝水增加了对额外补充水的需求。补充水需要用转移的锅炉蒸汽加热，否则这些蒸汽本来可以用于工艺热。
3）、转移或损失的蒸汽/冷凝水会降低锅炉蒸汽温度，这会直接影响热传递热侧和冷侧之间的对数平均温差(LMTD)。蒸汽能源的使用不仅应该优化以降低能源成本，而且作为优化生产价值战略的一部分。
2、通过降低成本提高竞争力
由于能源成本占公司运营费用的很大一部分，减少能源使用是提高公司利润的有效方法，因为它直接影响成本。
3、防止化石燃料储备枯竭
不可再生资源是有限的。据估计，地球上所有可开采的石油和液化天然气（LNG）大约需要50年的时间，而煤炭则需要100多年的时间。因此，无论可再生能源的影响如何，为了我们的星球和依赖能源的子孙后代，尽可能高效和节约地使用自然资源至关重要。
4、减轻环境负担
气候变化的进展已使扭转其影响的紧急行动成为全球发展的新趋势。特别是通过可再生能源的开发和保护来减少CO 2等温室气体已成为国家、企业和个人的一项重要任务。
5、承担社会责任
工业化带来了改进的技术和现成的商品，使我们的生活更轻松，但它也带来了影响整个地球的环境问题。消费者现在期望公司负责并带头减轻未来和纠正当前的环境问题。作为企业社会责任践的一部分，公司应减少其业务实践、产品和服务对环境的影响，并发布有关能源使用、碳排放和环境影响的信息。
三、锅炉性能评价
锅炉的效率、蒸发比等性能参数随时间的延长而降低由于燃烧不良，传热面污垢和运行维护不良。即使是新锅炉，也会出现燃油质量、水质恶化等原因锅炉性能差。锅炉效率试验有助于找出锅炉运行的偏差，从而从最佳效率和目标问题领域角度出发采取纠正行动。采用行有嘉数字能效监测平台就可以对锅炉这样的重点能耗设备以及关键参数进行实时监测，形成数据分析报表以及设备能效分析，帮助用户实现锅炉效率分析和优化。
重点能耗设备在线监测系统
锅炉热效率定义为有效利用的输入热量的百分比来产生蒸汽。评价锅炉效率有两种方法。
1)直接法:工作流体(水和蒸汽)的能量增益为与锅炉燃料的能量含量相比。
2)间接法:在间接法中，效率是损失与损失之间的差异能量输入。
1、直接法
这也被称为“输入-输出方法”，因为它只需要有用的输出(蒸汽)和热输入(即燃料)来评估效率。这种效率可以用公式来评估，锅炉效率=热输出/热输入*100，直接法计算锅炉效率时需要监测的参数有:
•每小时产生的蒸汽量(Q)(kg/hr)
•每小时耗油量(q)，单位为千克/小时。
•工作压力(kg/cm2(g))和过热温度(℃)(如果有)
•给水温度(°C)
•燃料类型和燃料总热值(GCV)，单位为千卡/千克燃料
2、间接法
采用间接法进行锅炉现场试验有英国的参考标准 标准BS845:1987和美国标准是ASMEPTC-4-1蒸汽动力试验规程机组”。
间接法又称热损失法。 效率可以通过用100减去热损失分数。 该标准不包括吹落损失 确定流程效率。 锅炉效率计算的详细程序下面给出间接方法。 然而，可以注意到，练习能量管理在工业界更喜欢简单的计算程序。
锅炉中发生的主要损失是:
•由于干燥的烟道气体而散热
•由于燃料和燃烧空气中的水分而失去热量
•由于氢燃烧而失去热量
•由于辐射而失去热量
•由于未燃烧而失去热量
在上面，由于水分在燃料的损失和由于燃烧氢的损失 依赖于燃料，而不是由设计来控制。
用间接法计算锅炉效率所需的数据有:
•燃料的终极分析(H2,O2,S,C，水分含量，灰分含量)
•烟气中氧气或二氧化碳的百分比
•烟气温度(°C)(Tf)
•环境温度(°C(Ta))和空气湿度(kg/kg干燥空气)
燃料的GCV(千卡/千克
•灰分可燃性百分比(固体燃料)
•灰的GCV(千卡/千克)(固体燃料)
四、锅炉的节能策略
锅炉系统的能效与燃烧、热量、输送、可避免损失、辅助电耗高、水质好、排污有关。
通过实时监测以及检查下列因素可以表明锅炉是否正在运行，通过数字能效的数据整理和分析可以最大限度地提高其运行效率，从而达到节能的目的。
1、烟囱温度
应尽可能降低堆叠温度。这在含硫量高的燃料中非常重要，因为低温会导致硫露点腐蚀。堆栈的温度大于200°C表明有回收余热的潜力。
2、使用省煤器预热给水
通常锅炉烟道出口的温度在200到300°C左右。因此，可以从这些气体中回收热量。锅炉烟气出口温度通常保持在至少200°C，使二氧化硫进入烟道气不会凝结，在传热表面造成腐蚀。当使用的燃料为清洁燃料时，如天然气、液化石油气或天然气油等，必须计算热回收的经济性，因为烟气温度可能低于200°C。节能潜力取决于所安装的锅炉类型和所使用的燃料。
3、燃烧空气预热
燃烧空气预热是预热的另一种选择。为了提高热量效率提高1%时，燃烧空气温度必须提高20℃。大多数天然气和石油锅炉厂使用的燃烧器不是为高空气预热温度而设计的。现代燃烧器可以承受更高的燃烧空气温度，因此可以考虑出口烟道中的热交换器作为省煤器的替代。
4、不完全燃烧
不完全燃烧可能由空气不足或燃料过剩或质量差引起的燃烧不充分。它通常从颜色或烟味上很明显，必须立即加以纠正。
在燃油和燃气系统的情况下，CO或烟雾(只适用于燃油系统)与过量空气正常或过高表明燃烧器系统有问题。造成燃烧不完全的一个更常见的原因是燃烧器处燃料和空气的混合不好。
煤燃烧时，未燃烧的碳会构成很大的损失。它发生在沙砾遗留或灰中，可能超过提供给锅炉的热量的2%。不均匀的燃料大小是不完全燃烧的原因之一。在链条炉排中，大块状的不会完全燃烧完，而小块和细颗粒可能会堵塞空气通道，因此造成气流组织不良。
切向燃烧示意图
5、 过量空气控制
表2.4给出了各种燃料燃烧所需的理论空气量。在所有实际情况下，都需要过量的空气，以确保完全燃烧，以允许燃烧的正常变化，并确保某些燃料的良好的堆栈条件。当不完全燃烧损失和烟气中热量损失之和最小时，也就意味着锅炉效率中最佳的过量空气量。这个水平随加热炉设计、燃烧器类型、燃料和工艺变量而变化。它可以由用不同的空燃比进行试验。
理论燃烧数据
不同燃料的过剩空气水平
6、 辐射和对流热损失
壳式锅炉的外表面比周围环境要热。这样表面的热量散失取决于表面积和温差在表面和周围环境之间。锅炉壳的热损失通常是一个固定的能量损失，与锅炉的出力无关。在现代锅炉设计中，这可能只占总热量的1.5%左右，但如果锅炉的运行速度只有25%，则会增加到6%左右。这种情况下维修或加强隔热层可以减少通过锅炉壁和管道的热量损失。
7、自动泄压控制
不受控制的连续排污非常浪费。可安装自动排污控制和感应装置，并对锅炉水的导电性和ph值进行监测。
8、 减少结垢和烟尘损失
在燃油和燃煤锅炉中，管道上积聚的烟灰起到了防止传热的绝缘体作用。但是这些烟灰也必须要定期清理。升高的堆栈温度可能表明过多的烟尘积聚。同样也更容易发生水垢结节，在正常过量空气下出口气体温度高表明传热性能差。这种情况可能是由气侧或水侧沉积物的逐渐积累引起的。据估计，每增加22°C的烟囱温度，效率就会损失1%。烟囱温度应定期检查和记录，作为烟灰的厚度指标。当烟气温度上升约20°C之后也就意味着是时候清除煤烟沉积物了。因此，建议安装一个在烟囱底部的表盘式温度计，用于监测废气温度。据估计，3毫米的烟灰会导致燃料消耗增加2.5%。
9、锅炉蒸汽压力降低
降低锅炉蒸汽压力是一种有效减少燃料浪费的方法，最多可减少1%到2%。较低的蒸汽压力使饱和蒸汽温度较低，并且没有堆栈热回收时，烟气温度也有类似的降低结果。
蒸汽产生的压力通常由最高的压力/温度决定，特定过程的需求。在某些情况下，这个过程并不是一直在运行，锅炉压力有时是可以降低的。
10、风扇、鼓风机和泵的变频变速控制
变速控制是实现节能的重要手段。一般来说，燃烧空气的控制是由安装在强制和引风机上的节流阻尼器来实现的。虽然阻尼器是简单的控制手段，但他们缺乏准确性，正常来说只能设定上下限值。一般来说，如果锅炉的负荷特性是变量时，应评估用VSD替换阻尼器的可能性。
11、 锅炉负荷对效率的影响
锅炉的最大效率不是发生在满负荷时，而是在大约三分之二时满载。如果锅炉的负荷进一步降低，效率也有下降的趋势。在零输出，锅炉的效率为零，任何燃烧的燃料都只是用来弥补损失。
影响锅炉效率的因素有:
•当负荷下降时，通过管道的烟气质量流量值也随之下降。在相同换热面积下，流量的降低，使出口烟气温度略有降低，减少了热损失。
•在一半负荷以下，大多数燃烧器具需要更多的过量空气来使燃烧燃料完全。一般来说，锅炉的效率在额定负荷的25%以下会显著降低，所以应尽量避免运行低于此水平。
12、合适的锅炉调度
由于锅炉的最佳效率发生在满载的65-85%，所以在较高的负荷下运行较少的锅炉，要比运行一个低负载时效率更高。
13、锅炉替代
更换锅炉的潜在节省取决于预期的整体变化效率。如果现有的锅炉是旧的和低效的，并且无法使用更便宜的替代燃料，亦或者根据目前的要求，尺寸过大或过小，那么在为理想负载条件设计的可行性研究应审查以及长期燃料供应确定后，根据公司发展计划可以替换更合适的锅炉。但这应该考虑所有的财务和工程因素。
