工业锅炉节能技术 锅炉安全监察人员节能知识培训讲义-范北岩.pptx
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1、范北岩中国特种设备安全与节能促进会,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,第三期锅炉安全监察人员节能知识培训,工业锅炉节能技术,引言 燃煤工业锅炉是我国能源利用系统中至关重要的能源加工生产设备、转换设备,“量大面广”,在国民经济发展的各个领域发挥着巨大的作用,为工业生产和人们日常生活提供蒸汽、动力和热能。 在用能系统中,工业锅炉作为处于中间环节的设备,不是孤立存在的。其型式、参数、性能、效率与使用的燃料品种和终端用户对其热能产品形式、供应方式的需求都有着紧密的联系。所以,研究燃煤工业锅炉节能必然涉及到能源(供应)状况以及终端用户对其产品的使
2、用需求。,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,锅炉安全监察人员节能知识培训,主要内容第一部分 能源的使用、节约及途径第二部分 锅炉及锅炉系统第三部分 燃煤锅炉能效提升的重点方向第四部分 工业锅炉能效系统评价,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,锅炉安全监察人员节能知识培训,一、我国所面临的能源现状1、我国的一次能源结构、消费及前瞻 我国是一个人口大国,是一个人均占有能源储量低的国家,一次能源结构以煤为主,被形容为“贫油、少气、富煤”。几十年来,无论是计划经济时期,还是改革开放市场经济
3、阶段,煤炭一直占较大比重,较长一段时间在70%上下浮动。 1955年2014年中国能源结构图,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,近几年年来,虽然由于强调清洁能源使用和经济增长速度放缓的原因,能源结构得到一定改善,煤炭消费总量首次下降,从2013年的24.8亿吨标准煤左右下降到2014年的24.7亿吨标准煤左右,下降了0.1亿吨标准煤,占比为64.2%,2015年煤炭消费比重64 %,略有下降。 所以说,煤炭仍然是中国能源消费的主导燃料,在未来相当长的时期内这一格局很难改变。,Beijing Clean
4、Combustion Engineering Co ,.Ltd,第一部分 能源的使用、节约及途径,2、我国一次能源的消耗情况 长期快速发展使我国能源总消耗量始终保持高速增长,2010年能源消费总量、发电总量均超过了美国成为世界第一大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国,大大突破了国家发改委2005年制定的节能中长期规划的预期。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,从数据可以看出
5、,2000年2010年期间,我国能源消费总量、发电总量随着经济建设的快速发展呈现了较大幅度增长。以发电总量为例: 1995年我国全年发电总量1.01万亿kWh,2000年为1.47万亿kWh,2004年达到2.19万亿kWh,增速与美国增速相当,用了9年时间。 随后我国仅用了两个3年的时间,全年发电总量在2007年达到3.28万亿kWh,2010年我国全年发电总量4.14万亿kWh,而美国从2万亿kWh 到4万亿kWh用了29年的时间。 以“两高一资”产业为主导的高速经济发展模式,实现了我国经济建设举世瞩目的跨越式增长,GDP总量位居世界第二位;同时,“资源型”、“粗放型”的特质,也导致了能源
6、利用系统效率低、能源需求的高度紧张和对环境的严重污染。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,随着产业结构调整,经济增长速度放缓和节能工作的成效,近年全年能源消费总量增速有所下降,2014年我国能源消费总量为38.4亿吨标准煤左右,同比只增长2.2%,2015年增长0.9%,能源消费和生产增速放缓,但仍是全球最大的能源消费增长市场,能源消费总量还在上升。有报告数据显示,目前我国GDP
7、总量、能源消费总量分别占世界总量的10%和20%,节能减排形势依然不容乐观。 主要表现为:单位GDP能耗依然较高,约为世界平均水平的2倍以上 ,能源对经济增长的“瓶颈”效应越来越明显。石油对外依存度过大,已接近60%。非化石能源发展缓慢,短期内替代作用不明显。煤炭利用能效偏低,环境污染严重,治理难度大。能源利用系统损失、浪费严重,影响因素复杂。 就总体而言,简单、快速节能减排措施的“红利”已基本释放,未来取得成效的难度将持续加大。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,3、实行总量控制,建设节能型国家是长期
8、的战略选择 现在我国的年人均能耗水平只有2.5吨标准煤,已经达到世界平均水平,但仅为美国的30%,日本的50%。进入21世纪以来,中国人均一次能源消费量年均增速为7.35%,远高于世界同期1.19%的平均水平。 有机构从正常人口增长和用能水平增长的角度进行测算,如果不对能源消费总量进行控制,到2030年,我国一次能源消费总量可能接近或超过70亿吨标准煤(达到日本现在人均水平),将会极大的加剧世界能源紧张状况。 为了进一步提高人民生活质量和保证经济的稳定发展,国务院办公厅2014年6月下发了能源发展战略行动计划(2014-2020年),提出了节约优先战略方针,把节约优先贯穿于经济社会及能源发展的
9、全过程,集约高效开发能源,科学合理使用能源,大力提高能源效率,加快调整和优化经济结构,推进重点领域和关键环节节能,合理控制能源消费总量,以较少的能源消费支撑经济社会较快发展。到2020年,一次能源消费总量控制在48亿吨标准煤左右,煤炭消费总量控制在42亿吨左右。,4、锅炉用煤在一次能源消耗中的比重 我国是世界上锅炉保有量最大的国家,保有量约63.5万台,按照用途的不同,锅炉可分为电站锅炉、工业锅炉(包括生活用锅炉)。锅炉是我国首要的能源消费装置,同时受以煤为主的能源消费结构的影响,锅炉用煤超过了全国煤炭消费的70%,同时也是重要污染源。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Cle
10、an Combustion Engineering Co ,.Ltd,截至2012年底,我国工业锅炉保有量62.4万台,容量近290万蒸吨。工业锅炉年能源消费量约6.4亿吨标准煤,占全国能源消费总量的20%。,5、实现节能减排目标的主攻对象 长期以来,与电站锅炉相比,工业锅炉单台容量较小、量大面广、设备技术水平与运行管理水平较低,特别是燃煤工业锅炉运行效率与国际先进水平差距较大,节能减排潜力较大。 因此,我国在上世纪“八十年代”初期、“九十年代”中后期的两次节能工作突出的阶段中,工业锅炉都是主要工作重点,产品技术水平和质量也都产生了不同程度的提高。 进入二十一世纪后,伴随着经济的高速发展突显的
11、能源供应紧张,作为工业生产和居民生中的重要能源转换设备,工业锅炉在用量和耗能量不断增加,以提高热效率为核心的燃煤工业锅炉节能在 “十一五”和“十二五”节能规划中始终是工作重点。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,目前,我国工业锅炉以燃煤锅炉为主,约占总容量的77.3%;其次为燃气锅炉,约占11.2%,燃油锅炉约占4.4%,其余为沼气、秸秆等生物质燃料锅炉和电加热锅炉。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,燃煤工业锅
12、炉年消耗7亿吨原煤,仅次于电站锅炉,是我国第二煤炭消耗装置,年排放烟尘410万吨、二氧化硫570万吨、氮氧化物200万吨,分别占全国排放总量的40%、27%、9%左右,在国内部分重点城市污染排放比例已经超过电站锅炉。,因此,工业锅炉是实现节能减排目标的主攻对象。,相关节能主管部门、机构、专家学者一再强调能源结构调整,主张通过能源结构调整,加大清洁燃料和非化石能源比例,来实现节能减排的目的,但从我国能源构成、新能源技术发展等客观状况分析,在未来相当长的时期内,一次能源以煤为主的格局很难有根本性改变,节能减排目标的实现必须立足于煤炭的清洁利用。 因此,燃煤工业锅炉的节能减排任重道远,只有不断的提高
13、燃煤工业锅炉技术,提高燃煤工业锅炉运行效率,降低污染物排放,才能有效的实现工业锅炉对节能减排贡献。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,二、节能的定义1、节能技术的定义 研究和讨论燃煤锅炉节能技术要依靠和遵循正确的基础理论,首先要明确节能的定义。 节能按照世界能源委员会1979年提出的定义是: 采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施,来提高能源资源的利用效率。2、狭义节能 狭义节能是指节约煤炭、石油、电力、天然气等能源。狭义节能内容体现在从能源资源的开发,转换与输配,直到用户消费过程中的各
14、个环节。3、广义节能 广义节能是除狭义节能内容之外,还包括了:如节约原材料消耗,提高产品质量、劳动生产率、减少人力消耗、提高能源利用效率等内容。 从通常的意义来讲,节能就是尽可能地减少能源消耗量,生产出与原来同样数量、同样质量的产品;或者是以原来同样数量的能源消耗量,生产出比原来数量更多或数量相等质量更好的产品。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,三、节能技术手段的分类1、按本质分类 节能定义中的“一切措施”包括了针对设备、设施“硬件”方面的技术手段,也包括了人为因素“软件”方面的行为手段。如设备设施在
15、生产过程中的设计、使用过程中的操作和管理,以及相关法规、标准、规章制度建立和执行等,都属于“软件”的广义范畴。“硬件”措施通过“软件”措施发挥作用。节能技术的“一切措施”只有“软”、“硬”融合才能产生效应,成为“技术可行的”。2、按系统分类 完整的能源利用系统一般由能源资源的开发生产、加工转换、输配、终端用户使用四个基本过程构成,或称之为四个基本系统。各个系统由于功能的不同,所对应的节能措施通常也被划归不同类别。由于设备设施是构成整个能源利用系统的本质和决定效率的基础,而其功效又是通过系统来实现的,因此,无论是针对设备设施的节能技术,还是针对系统“的节能技术,都是相互关联、相互作用、相互影响。
16、,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,3、按内容和目的进行分类 从内容和目的进行分类,又可分为: 提高能源资源开发品质和生产效率方面的。 减少加工转换、输配过程损失方面的。 促进终端用户用能功效方面的。 鉴于本次主要研究和讨论燃煤工业锅炉的节能技术,因此,以下所涉及概念、技术等均已锅炉及系统为对象来论述。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,四、单一产品节能的概念及技术 单一产品是指独立、完整的设备或装置。提高单一产
17、品能效是节能的基础。1、产品节能的概念 是指工业锅炉主机、辅机、附件、仪表等产品在生产、使用的各个环节对资源、能源和人力工时的消耗。2、产品能效指标 是指工业锅炉的热效率、受热面蒸发率、单位容量金属消耗量和配套辅机的电功率等。不同燃料、不同介质、不同用途的锅炉对各项指标要求是不同的。3、产品节能技术 是指工业锅炉主、辅机的节能技术,主要是围绕着运行过程中燃料的充分燃尽、高温烟气与介质(工质)的高效传热、减少各项热损失进行的具体措施。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,五、系统节能的概念及基本考虑 就工业
18、锅炉而言,任何单一产品节能技术的应用和效果都是通过系统来实现的。1、系统节能的概念 系统节能有两个含义: 一个是指对具体由单一设备设施组成的某个专业系统整体的节能。对工业锅炉节能来说,是指由锅炉主机、辅机、附件、检测计量仪表(装置)及自动控制系统组成的具体的硬件系统的节能。 另一个是指针对某个领域或某个行业全面系统的开展节能工作。对于工业锅炉节能来说,是指在工业锅炉的生产、使用、监督管理等的全过程中,系统、全面实施节能技术措施的活动。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,2、系统能效指标 工业锅炉系统的能
19、效指标指运行工况下各项指标,通常由系统能源转换效率和单耗(单位输出热量的综合能耗、单一品种能能源消耗、物料消耗)组成。主要有以下几个:系统能量转换率,也是锅炉系统热效率,通过系统热平衡进行计算,即锅炉系统输出的有效能量占输入能量的百分比(%)。单位输出热量燃料消耗量,是锅炉系统生产输出单位蒸发量或单位输出热量使用的燃料量,用kgce/(t/h)或kgce/(GJ)表示。单位输出热量电消耗量,是锅炉系统生产输出单位蒸发量或单位输出热量锅炉系统的用电量,用kWh/(t/h)或kWh/(GJ)表示。单位输出热量水消耗量,是锅炉系统生产输出单位蒸发量或单位输出热量锅炉系统的用水量,用kg/(t/h)或
20、kg/(GJ)表示。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,为了便于对工业锅炉系统能效进行评价或对能效进行分等比较,JB/T50158工业锅炉房能耗分等引入了“吨标准蒸汽” 进行工业锅炉系统单耗指标计算,这一指标是指整个系统每生产1吨标准蒸汽所耗用多少千克标准煤量。能耗包括统计期内系统燃料总消耗量、电总消耗量、水总消耗量;输出能量(热量)包括统计期内系统输出的过热蒸汽量、饱和蒸汽量、热水量。按照规定的折标系数,将能耗折算成标准煤量(1kg标准煤的发热量约为29300 kJ/kg或7000kcal/kg),输
21、出能量(热量)折算成标准吨蒸汽(1吨标准蒸汽的热量约为2.5GJ或60104 kcal),然后进行单耗计算。 监督检验机构、评价机构或锅炉使用单位可以按JB/T50158工业锅炉房能耗分等标准,对使用工业锅炉系统进行能效评价或能耗等级评定。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,3、影响系统能效的主要因素 当前,影响工业锅炉系统能效的直接因素有以下几个方面:政策、法规、技术标准。产品设计与制造。系统设计。热工监测、计量与自动控制。运行能效管理。维护保养。 影响工业锅炉系统能效的间接因素有以下3个方面: 燃料
22、的品种、质量。 燃料供应及输送方式。 终端用户的需求和工艺。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,4、系统节能技术 工业锅炉系统节能技术是指锅炉主机节能以外的,针对系统(配置)的节能技术,归纳起来有以下几个大类:节电技术,使用高效节电型设备,改造效率低、耗电高的设备。余热回收,对锅炉尾部高温烟气、用热设备产生的高温冷凝水和锅炉排污水中的热能进行回收利用,以提高能源的利用率。节水技术,冷凝水回收,排污水回收和处理,节约用水。监测、计量与自动控制,通过对工业锅炉系统运行中各个参数和相关指标的监测、计量,为锅炉
23、系统的控制提供依据;实现自动控制、智能控制,使整个系统高效、安全运行。分时分区供热,按照用户的需求不同,通过系统设置和制定科学、合理的系统运行模式,减少浪费。,第一部分 能源的使用、节约及途径,Beijing Clean Combustion Engineering Co ,.Ltd,工业锅系统炉节能是一项复杂的系统工程,任何一项技术的作用都是相对的、局部的,效果是有限的,但又是必要的。工业锅炉节能工作需要在各个环节系统、全面的进行,才能真正实现节能目标。 系统节能技术的选择、实施,要经过定量的计算和必要的技术设计,才能有效降低能源的损失与浪费。基本原则是:在现有技术基础上可以实现。经济上有合
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