工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)中的環(huán)保問(wèn)題分析

謝劍曉

摘 要：近代中國(guó)的發(fā)展過(guò)程是與工業(yè)鍋爐脫不開干系的，而工業(yè)鍋爐在經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶。作為煤炭消費(fèi)大國(guó)，工業(yè)鍋爐是煤炭消費(fèi)的重要方面，幾乎達(dá)到了全國(guó)煤炭出產(chǎn)的三分之一左右。然而，雖然使用的煤炭較多，但是煤炭利用率卻很低，在煤炭的使用過(guò)程中有大量的能源在浪費(fèi)。與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)應(yīng)的是環(huán)境污染的加劇，尤其廢氣排放方面，使得我國(guó)的空氣質(zhì)量大大降低，導(dǎo)致我國(guó)一些重工業(yè)城市出現(xiàn)霧霾的情況。目前，工業(yè)鍋爐依舊占據(jù)我國(guó)市場(chǎng)，對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行合理設(shè)計(jì)使其符合節(jié)能減排、環(huán)保、安全三方面要求，是新形勢(shì)下的必然選擇。本文在工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)規(guī)范、要求和具體環(huán)保措施方面進(jìn)行了研究，對(duì)于工業(yè)的發(fā)展具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐；設(shè)計(jì)；環(huán)保問(wèn)題

所謂工業(yè)鍋爐，就是一種加熱裝置，主要是應(yīng)用于工業(yè)原料的冶煉、加工和成品制造。工業(yè)鍋爐在我國(guó)已經(jīng)有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，對(duì)我國(guó)乃至世界的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，尤其是在我國(guó)這種發(fā)展中國(guó)家，工業(yè)鍋爐是主要的熱力設(shè)備。但是，我國(guó)在技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是有落后的，尤其是在環(huán)保方面和煤炭利用率上。在我國(guó)這樣的人口大國(guó)，高排放量的污染物和廢氣的排放對(duì)于公民的人生安全造成了嚴(yán)重的威脅。與能源利用率低相對(duì)應(yīng)的是資源的短缺，在這兩種形式?jīng)_突之下，對(duì)工業(yè)鍋爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)也成了當(dāng)務(wù)之急。

1 工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求

在工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)中，首先要以國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為主來(lái)進(jìn)行技術(shù)上的整改，以改善勞動(dòng)條件為目的，以保障安全為前提，以利用資源和愛(ài)護(hù)環(huán)境為改進(jìn)方向，使最終的鍋爐達(dá)到生產(chǎn)安全、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求。在進(jìn)行鍋爐的設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足近期工作為前提下，還要將眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)以滿足未來(lái)的發(fā)展需求，合理利用資源為目的。

鍋爐房的安全問(wèn)題也是一直被人們忽略的問(wèn)題，尤其是在一些中小型企業(yè)，設(shè)計(jì)鍋爐房時(shí)不規(guī)范，在建成后也沒(méi)有遵守相關(guān)的制度，管理沒(méi)有章法。在鍋爐房的設(shè)備中，有三件設(shè)備是必須要重視的，即壓力表、水位計(jì)、安全閥。壓力表對(duì)于保證鍋爐房的安全是一定有必要的，工作人員通過(guò)觀察壓力表來(lái)確定爐內(nèi)的壓力值。在壓力表的安裝位置上一定要遠(yuǎn)離高溫區(qū)域并且隨時(shí)能夠被工作人員查看，壓力表本身也要有一定的精準(zhǔn)性，在購(gòu)買時(shí)一定要注意是否按照國(guó)家鍋爐的監(jiān)察章程制造的，這是對(duì)于生命負(fù)責(zé)的一種行為。水位表的功能與壓力表大同小異，它分為玻璃管式和平板式，雖然前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，但是在顯水位的精度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如后者，所以為了安全著想，雖然安裝較為麻煩，但在鍋爐內(nèi)還是要選擇平板式的水位計(jì)。安全閥是在保障安全方面最重要的一個(gè)部件，在鍋爐的設(shè)計(jì)中，要根據(jù)蒸汽的蒸發(fā)量和蒸汽的進(jìn)出口來(lái)設(shè)置安全閥，并且在安裝位置上要位于鍋爐的最高點(diǎn)，垂直安置。

2 工業(yè)鍋爐中的環(huán)保問(wèn)題

2.1 高熱量污染

目前我國(guó)的火力發(fā)電是主要的發(fā)電方式之一，但是由于煤炭和鍋爐方面的原因，使得在鍋爐內(nèi)燃燒不完全，排煙溫度升高，熱資源浪費(fèi)較多。在工業(yè)方面的用煤量一直是一個(gè)大數(shù)目，那么在供應(yīng)數(shù)量上沒(méi)有問(wèn)題，煤的質(zhì)量就得不到保證，在顆粒度、熱值、灰分方面都不如優(yōu)質(zhì)燃煤，造成燃燒不充分。在鍋爐方面，雖然我國(guó)的經(jīng)濟(jì)已經(jīng)發(fā)展的很快，但是大部分還是以小型鍋爐為主，而且是以層燃鍋爐為主，這種鍋爐優(yōu)勢(shì)在于安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是對(duì)于煤種的變化卻不能很好的適應(yīng)，而在實(shí)際的煤炭供應(yīng)商往往不是一個(gè)煤種，導(dǎo)致燃燒效率降低。層燃鍋爐的排放問(wèn)題也較為嚴(yán)重，二氧化硫、一氧化氮等有毒氣體大量排放，并且鍋爐的溫度也長(zhǎng)期居高不下，導(dǎo)致熱量大量流失。

2.2 控制裝備水平低

在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中需要通過(guò)各種監(jiān)控和控制裝備來(lái)對(duì)鍋爐內(nèi)部的燃燒情況和負(fù)載情況做出判斷，進(jìn)而對(duì)燃燒做出調(diào)整。但是目前的鍋爐控制裝備的技術(shù)水平過(guò)低，有些小型企業(yè)根本就沒(méi)有安裝監(jiān)測(cè)儀表等裝備，工作人員無(wú)法掌握鍋爐內(nèi)的具體情況，那么就無(wú)法調(diào)整，浪費(fèi)了資源。

2.3 能源的浪費(fèi)

在我國(guó)還是燃燒鍋爐主導(dǎo)者工業(yè)的進(jìn)程。在我國(guó)現(xiàn)有的工業(yè)鍋爐中，燃燒鍋爐占據(jù)了百分之八十五以上，主要分布在各大型重工業(yè)城市。這些工業(yè)鍋爐每年對(duì)于煤的消耗是一個(gè)天文數(shù)字，而且因?yàn)槿紵噬喜蝗?，這個(gè)數(shù)字始終降不下來(lái)。對(duì)于現(xiàn)在的能源來(lái)說(shuō)，已經(jīng)明顯出現(xiàn)了短缺現(xiàn)象。所以在尋找新能源的同時(shí)，重新設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐，提高燃燒效率，降低使用原料用量是我國(guó)現(xiàn)在工業(yè)的主要出路。

3 我國(guó)的能源現(xiàn)狀和工業(yè)環(huán)保要求

能源是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的動(dòng)力，能源對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。我國(guó)的能源儲(chǔ)量在世界上都算是比較豐富的，但是因?yàn)槲覈?guó)的人口基數(shù)過(guò)大，使得人均擁有的資源遠(yuǎn)不如世界平均水平。而盡管能源儲(chǔ)量豐富，但是開采率和利用率低是不可否認(rèn)的事實(shí)。由于開采技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，而且在開采保護(hù)上的意識(shí)也不高，使得能源在開采階段就有很大程度地浪費(fèi)。煤炭又在我國(guó)的能源中占據(jù)著主要地位，目前我國(guó)工業(yè)的絕大多數(shù)能源都是由煤炭提供的。將能源專于一種是不好的也是不科學(xué)的，因?yàn)槊禾勘旧淼某霎a(chǎn)量而嚴(yán)重制約了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，良好的能源結(jié)構(gòu)應(yīng)該是將能源需求均勻地分配到各種能源上的，過(guò)度依賴煤炭的使用，使得我國(guó)的工業(yè)發(fā)展趨向于畸形。而利用煤炭中導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題也是一個(gè)不能回避的事實(shí)，因?yàn)樽非蠼?jīng)濟(jì)效益而缺少?gòu)U氣廢渣處理裝置，嚴(yán)重影響了我國(guó)的空氣質(zhì)量和環(huán)境。煤炭乃至能源的利用率低也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，由于鍋爐種類、煤炭種類、人工操作失誤等原因使煤炭的燃燒效率不充分，使熱量流失掉。

在現(xiàn)在我國(guó)工業(yè)用煤逐年增長(zhǎng)，產(chǎn)煤量卻有下降趨勢(shì)，反而在排放有害氣體方面卻有所增長(zhǎng)，尤其是二氧化硫氣體，是造成酸雨的元兇，我國(guó)要對(duì)工業(yè)方面進(jìn)行整頓，首要就是對(duì)工業(yè)鍋爐方面進(jìn)行整頓，將能源利用效率提上去而將排放量降下來(lái)。在鍋爐中增添節(jié)省燃油的設(shè)備是可行的，作為鍋爐的主要燃料，燃油的燃燒效率是一定要保證的，節(jié)省燃油的設(shè)備在一定程度上能夠經(jīng)過(guò)化學(xué)變化將燃油中的碳?xì)浠衔锶コ?，再將燃油分子?xì)化，使燃油的燃燒更加充分。而除此之外，在鍋爐的尾部安裝余熱回收裝置也是可行的，在鍋爐排放出來(lái)的煙氣中蘊(yùn)含著大量的熱量，這些熱量完全是可以再被利用的。安裝余熱回收裝置可以對(duì)這些能量進(jìn)行回收并循環(huán)使用，與此同時(shí)它還有凈化尾氣的作用，將排放出來(lái)的廢氣中的二氧化硫等有害氣體分解，達(dá)到環(huán)保的功效。

4 針對(duì)工業(yè)鍋爐的一些環(huán)保措施

4.1 降低鍋爐使用消耗，提高能源使用效率

首先，進(jìn)行工業(yè)鍋爐的爐膛的設(shè)計(jì)，其中最主要的是對(duì)于爐膛容積的設(shè)計(jì)，其大小要符合燃料的燃燒標(biāo)準(zhǔn)，即既要保證燃料的充分燃燒，又要讓爐膛剛好被產(chǎn)生的氣體所充滿，而且要設(shè)計(jì)的有較好的熱傳遞效果，能夠向料坯有效傳熱。在爐膛的設(shè)計(jì)中要考慮到燃料種類、燃燒的方式、燃燒器的布置和熱負(fù)載幾個(gè)因素，對(duì)于燃料來(lái)說(shuō)，不同的燃料單位重量?jī)?nèi)燃燒產(chǎn)生的氣體體積是不一樣的，其隨著燃燒所釋放的熱量而定，熱量越高，那么產(chǎn)生的氣體體積就越小，這是因?yàn)槿紵浞值木壒?。但是如果不同的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量相同的話，那么廢氣的體積肯定是不一樣的。所以在充分燃燒這方面就可以設(shè)計(jì)出爐膛的高度，依據(jù)這個(gè)數(shù)值再根據(jù)其他特點(diǎn)再進(jìn)行計(jì)算最終得出爐膛的高度。但在最后進(jìn)行爐膛高度的確定時(shí)，除了充分燃燒這個(gè)特點(diǎn)外，必須要考慮爐膛本身能否容得下燃燒裝置，而且要在容得下的基礎(chǔ)上保證爐內(nèi)的氣體流動(dòng)正常、傳熱正常，在滿足上述這些條件下，盡量不要使?fàn)t膛過(guò)高。

在對(duì)工業(yè)鍋爐的爐底進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到抗高溫、耐溫度急變、耐磨、不起氧化反應(yīng)等特質(zhì)，因?yàn)闋t底的上層是與燃燒接觸的，所以必須要耐得住高溫，在對(duì)于爐底下層，需要承受整個(gè)鍋爐的重量，還要有摩擦、碰撞、氧化、旋轉(zhuǎn)等過(guò)程，會(huì)有溫度上的變化，所以對(duì)于爐底的耐溫度變化性的要求也較高。此外，在爐內(nèi)的冷卻水管的滑道會(huì)對(duì)物料的下表面造成痕跡，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免這種情況。當(dāng)然，最基本的如重量、推鋼機(jī)的推程、步距、上下行程等為爐底設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)。

4.2 高煙囪排放廢氣

在工業(yè)鍋爐的排煙設(shè)計(jì)中，主要對(duì)于煙囪和煙道兩方面的設(shè)計(jì)，在爐內(nèi)燃料燃燒完畢后，所產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入煙道，再通過(guò)煙囪排入大氣，煙道和煙囪完全是兩個(gè)概念，兩者的基礎(chǔ)就不一樣，需要分別獨(dú)立設(shè)計(jì)，這樣在發(fā)生事故，比如煙囪斷裂下沉，就不會(huì)損害到煙道的基礎(chǔ)，僅需要完成對(duì)煙囪的修繕就可以了。在煙囪的設(shè)計(jì)中，高度是一項(xiàng)重要問(wèn)題，需要根據(jù)國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)與煙囪實(shí)際高度下的排放標(biāo)準(zhǔn)做比較進(jìn)行確定，隨后再確定煙囪的直徑。其實(shí)提高煙囪的高度對(duì)于廢氣本身的數(shù)量來(lái)說(shuō)是沒(méi)有影響的，它僅是將廢氣排向更高的天空，減少?gòu)U氣的著地濃度而已。廢氣中的各種成分在排上大氣后被稀釋，最后落到地上的已經(jīng)很少了，這是一種指標(biāo)不治本的方法，僅是將廢氣不排到地面上而已，我們需要是減少?gòu)U氣的排放并且對(duì)廢氣進(jìn)行凈化等。

4.3 燃料的選用和改質(zhì)

燃料的種類不同，單位重量產(chǎn)生的熱量和廢氣情況也不甚相同，對(duì)于氫燃料來(lái)說(shuō)，其燃燒火焰幾乎透明且不產(chǎn)生碳黑色，甲醇燃燒也沒(méi)有碳黑色。這些都是碳?xì)浠衔?，?duì)于這種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，碳?xì)浔戎卦礁?，即碳原子越多，那么產(chǎn)生的炭黑就越嚴(yán)重，煙塵越大。而于固體、液體燃料來(lái)說(shuō)，碳的比重越多，產(chǎn)生的炭黑和煙塵就越多。在進(jìn)行燃料的選取上，對(duì)硫的含量檢測(cè)是必要的，盡量選擇不含硫或者含硫量低的燃料，因?yàn)榱蛟趶U氣中一般是以二氧化硫的形式出現(xiàn)，對(duì)人體造成危害的同時(shí)還會(huì)形成酸雨，在特定情況下還會(huì)形成腐蝕性較強(qiáng)的硫酸，危害極大。要是所選燃料中含有硫，比如說(shuō)煤，那么可以通過(guò)洗煤的方式將里面的硫成分洗去，或者是在煙道中就對(duì)二氧化硫進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)硫或其他形式從而減少向大氣的排放。而二氧化氮的危害同樣不容小覷，著名的倫敦?zé)熿F事件就是因?yàn)槎趸诳諝庵信c光合其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的光化學(xué)煙霧致使多人死亡的。近些年來(lái)為了防氮，對(duì)燃燒技術(shù)有了顯著的改進(jìn)，而且同樣可以用在煙道脫氮的方式出去二氧化氮。上述提到的高煙囪方法對(duì)于減少這兩種有害氣體落到地面也有著一定作用。

4.4 燃燒治理

在工業(yè)鍋爐的燃燒過(guò)程中，將空氣和燃料的比重增加，即鼓入更多的空氣，可以使燃燒進(jìn)行的更加充分，這會(huì)使排出的煙塵的濃度大為降低。此外，若是將燃料在鍋爐中高溫的時(shí)間延長(zhǎng)，那么除了可以增加燃燒速率，在燃燒所產(chǎn)生的炭黑、油灰、飛灰也可以加快反應(yīng)速率，這樣在排出的氣體中有害氣體的濃度將大為下降。

5 結(jié)語(yǔ)

在我們的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)飛快發(fā)展的同時(shí)，我們居住的環(huán)境卻因?yàn)槲覀兊氖韬龆婺咳?，這完全是以環(huán)境為代價(jià)來(lái)?yè)Q取發(fā)展。歐美國(guó)家的先例擺在眼前，而現(xiàn)在他們已經(jīng)意識(shí)到了環(huán)境對(duì)于人類的重要性，他們?cè)诮ㄔO(shè)環(huán)保型的工業(yè)方面已經(jīng)領(lǐng)先我們幾十年了，我們從現(xiàn)在開始要轉(zhuǎn)變觀念，加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，采取環(huán)保型的工業(yè)建設(shè)措施，為建設(shè)一個(gè)環(huán)境友好型的社會(huì)努力。對(duì)于目前是我國(guó)工業(yè)重點(diǎn)的工業(yè)鍋爐，要提高其燃燒效率同時(shí)做好污染的治理，在保證發(fā)展的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的傷害，將我國(guó)建設(shè)成為環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家。

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