严卫华

（常德市节能监察中心 湖南常德 415000）

引言

能源是人类进入工业化社会后生存与发展必须的物质基础。根据英国石油公司发布的《世界能源统计年鉴2019》，世界煤炭可开采188年，我国仅为53年；世界石油可开采54年，中国仅为18.5年。从人均储量来看，我国能源更显匮乏。此外，目前我国能源利用效率也较低，单位GDP能耗为世界平均水平的2倍，发达国家的4～6倍。能源消耗过快以及随之产生的环境污染问题已对我国经济的可持续发展构成重大挑战[1]。因此，节能降耗已成为当前经济工作中一项紧迫且必要的任务，政府相继出台了一系列政策与法规推动节能工作，确立了“节约与开发并举，把节约放在首位”的能源战略。

节能监察是保障我国能源战略的相关政策与法规实施的重要手段。城区的节能监察工作则在维护市民日常生活免受环境污染影响的过程中发挥着重要的支撑作用。而其中，城区锅炉的燃烧监察工作逐渐得到了政府相关部门的重视。目前煤炭在我国能源生产与消费结构中仍占主导地位。根据国家统计局数据，2018年我国原煤产量36.8亿吨（25.8亿吨标准煤），在总能源生产中占比68.3%；煤炭消费量27.4亿吨标准煤，在总能源消费中占比59.0%。锅炉的燃煤消耗则是目前我国煤炭消费的重要组成部分。近年来，随着我国南方部分城市开始试行集中供暖，未来的锅炉燃煤消耗势必仍将保持在较高的水平。相关研究表明，供暖锅炉的烟气排放亦是我国每年冬季大气污染状况更为严重的原因之一[2]。对城区锅炉的燃烧状况进行监察并促使其改进有助于节约能源消耗、减少污染排放，具有十分重要的意义。

本文首先依据常德市城区锅炉燃烧监察工作的现状，指出了企业在使用锅炉中存在的燃烧问题。进一步地，研究了影响城市供热锅炉节能燃烧的主要因素，总结了目前国内外提升锅炉燃烧性能的主要技术手段，以期对未来我国城区锅炉节能监察与减排工作提供指导，从而推动锅炉燃烧性能的持续提升。

1 城市供热锅炉监察的现状

1.1 炉渣含碳量及燃煤含硫量监察数据

常德市节能监察中心自2003年开始，每年对城区范围的燃煤锅炉开展1～2次的节能燃烧状况监察。表1给出了2014年上半年对城区10家使用燃煤锅炉单位的燃烧监察抽查结果，监察数据包括炉渣含碳量和燃煤含硫量。

表1 2014年常德城区燃煤锅炉炉渣含碳量和燃煤含硫量监察结果（w%）

各抽查单位的炉渣样按照国家标准（GB/T15317—2009）进行检验，要求含碳量应不超过20%，达到国家标准允许值范围内的有6家，合格率为60%。各单位送检的燃煤样按照国家标准（GB/T214—1996）进行检验，常德市人民政府要求城区燃煤含硫量不超过1%，抽检合格率仅10%。

根据科学计算，锅炉炉渣含碳量每超过标准的2.5%，则要浪费1%的标准煤。假定某企业年需用燃煤1000吨，燃煤发热量按照平均值5000（大卡/公斤）折算，当炉渣含碳量为30%的值时（折标系数0.7143），每年将要多耗200吨燃煤，造成浪费。而燃煤烟气中SO2的排放则是造成酸雨等污染问题的主要原因之一。为此，我们对相关超标单位发出了整改通知，以促进各单位提高燃烧意识，加强节能减排工作。

1.2 燃煤锅炉监察暴露的问题

从表1中的监察结果可知，在开展燃煤锅炉监察工作多年后，相关企业的抽查结果仍存在较为严重的不合格问题。其原因可以从企业内部的管理以及节能监察部门的工作两方面进行分析。

1.2.1 企业内部管理问题

企业是节能工作的主体，企业可通过节能获得相应收益，提升产品竞争力。但有的企业片面追求利润，以眼前的市场和销售为导向，不考虑企业的可持续发展，节能主动性不足，不愿把企业资源和精力投入到节能改造工作中。有的企业不了解节能相关的法律法规、政策标准，管理粗放，只是根据经验来实施相关节能工作，许多工作都是马虎了事，没有落实到位。有的企业虽然建立了节能管理制度，但浮于表面，制度建立后轻执行弱管理，原本良好的制度得到不到有效实施，节能工作成效不明显[3]。

1.2.2 节能监察机构问题

节能监察机构暴露的问题主要在于监察效力不足及工作方式不合理。一方面，节能监察机构开展日常监察工作，但查出相关问题后却没有被授予独立的处罚权，处罚只能由节能行政主管部门或人民政府按照规定的权限做出[4]。而政府考量了GDP和税收等经济指标后，常常对节能违法企业网开一面。这样多头管理使得节能监察效力不足。另一方面，节能监察机构在监察完成后缺乏对企业的后续技术指导，或给出的整改意见不够详细和有针对性，使得企业无法找到适合自身的节能降耗技术路线。同时由于节能改造的成本问题，在实现具体节能指标的过程中，企业常常会与政府职能部门有不同思考和选择，节能监察机构必须分析影响选择的多种因素，提出优选方案。

2 影响城市锅炉燃烧性能的主要因素

为了更好的帮助企业提高锅炉的燃烧性能，促进城区锅炉的节能减排工作，我们研究了锅炉燃烧性能的主要影响因素，包括以下几点。

2.1 燃煤燃烧率

燃煤的燃烧率是影响锅炉能源利用效率最关键的因素，燃煤燃烧得越充分，则单位燃煤所能提供的热量就越高，能源利用效率就越好。燃煤燃烧率指标主要通过锅炉炉渣的含碳量进行评价，其具体参数主要由燃煤质量及锅炉运行状态决定。一方面，需要对燃煤含水量进行控制。传统理论认为，燃煤中水分蒸发会消耗热量，起到有害作用。近年来，有相关研究表明合适的水分有助于构筑良好的燃烧环境，提升燃烧率[5]。另一方面，锅炉参数的合理性也是影响燃烧是否彻底的重要因素。如果燃煤在炉膛中留存的时间较短，还没有完全燃尽时就被排出，其燃烧率必然较低；如果燃煤在炉膛中留存时间过长，则炉膛内温度可能降低，也会导致燃煤不能彻底燃尽。此外，炉膛的配风比等参数也将影响燃煤的燃烧率。

2.2 锅炉热效率

锅炉的热效率即将煤炭中的化石能量转变为热能的实际效率，直观体现了锅炉的节能燃烧效果。锅炉的设计热效率在出厂时一般已经设置确定，但在实际工作过程中受企业管理和员工操作等因素的影响，其热效率可能有所降低。有的企业锅炉缺少维护，没有专门人员对其进行定期检测和保养；有的锅炉在员工操作过程中未严格遵循操作手册和相关流程。这都会导致锅炉不能在合适的状态下进行运转，常常出现部分零件的疲劳失效，设备处于超负荷非正常的工作状态下，使得锅炉的整体热效率下降。

2.3 排烟温度与炉体外壁温度

在锅炉的运行过程中，需对外进行排烟处理。排烟过程中会发生与外界空气的热对流作用，损失一定的热量。排烟温度过高时，热对流损失的热量就更多，同时通风阻力较大，需要开启引风机从而消耗了额外电能；排烟温度过低时，锅炉后部的温度可能较整体偏低，达不到供热要求，也需通过消耗额外能源来达到预定温度。另一方面，炉体外壁还会通过热辐射与热传导向外界空气中交换热量，这也会造成热能的损失。炉体外壁与外界空气间的温度差越高，接触面的表面积越大，则损失的热量就越多，锅炉的热效率也就越低。

2.4 燃煤的含硫量

燃煤烟气中的二氧化硫排放是我国大气污染中酸性硫化物质的主要来源。煤中硫的赋存形态主要包括无机硫和有机硫，还有微量以游离状态赋存的元素硫。根据煤矿品质的不同，燃煤含硫量从0.2%到10%的均有，但大多数煤的硫含量在0.5%～3.0%之间。燃煤燃烧后，部分无机硫会以硫酸盐的形式留存在灰渣中，另一部分硫化物则会随燃煤烟气进入大气，对环境造成污染。目前控制硫化物的排放主要可通过选用含硫量较低的燃煤和净化锅炉烟气来实现。

3 锅炉燃烧技术的发展应用

3.1 锅炉结构优化设计与应用

在传统的锅炉结构设计中,主要关注的是设备的力学性能与可靠性，通常要计算其热力性能、疲劳性能和强度、水动力循环以及烟风阻力等。而为了提高锅炉的燃烧性能，企业可从给煤方式的角度考虑对锅炉结构进行合理的优化设计。例如在锅炉设计时采用分层给煤装置，预先筛选和分配燃煤。借助相应的设施科学合理地安排燃煤颗粒的大小，同时按照一定顺序输入炉膛。通过燃煤粒度筛选和以此为基础的预分配，实现燃煤的分时分批燃烧，提高燃煤的总体燃烧率，从而极大的降低炉内炉渣的含碳量，提升锅炉的热效率，提高炉膛温度，达到有效的减少燃煤用量的目的。

3.2 脱硫技术的应用

目前主流的锅炉脱硫方法主要有燃煤脱硫、炉内脱硫和烟气脱硫[6]。燃煤脱硫是在燃烧前脱除煤中硫分，包括物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。物理洗选煤法脱硫最经济成熟，但只能适合无机硫富集的煤矿类型，且会造成一定的煤炭资源和水资源的浪费。化学法脱硫可同时脱去无机硫和有机硫，但其成本相对较高。近年来还报道了微生物脱硫等新兴技术的开发，相信会在未来得到逐步应用。炉内脱硫在指在燃烧时向锅炉内投入一定量的脱硫剂，如喷钙，吸附型煤等，通过相应的物理或化学方法脱硫。目前应用广泛的循环流化床技术就属于炉内脱硫。烟气脱硫是在烟道内部加装脱硫设备，在烟气进入大气前将硫分脱除。该技术一般适用于大型锅炉和烟道的脱硫过程，典型的技术包括氨法脱硫，石灰石/石膏法、喷雾干燥法、电子束法等。

结语

节能减排已成为目前我国政府的一项长期重点工作。节能监察部门不仅需要对企业能源使用与排放进行合理监督，还需帮助企业结合自身经济条件和管理水平选择合理的节能减排技术路线，优化应用到实际生产过程中。本文针对城市锅炉的燃烧问题和技术发展前景给出了简要的研究，以期对未来广泛的企业锅炉节能减排与改造优化工作提供指导。