概述
锅炉的特点是将各种能量转换为热能而加以利用，包括能量的转换与有效利用两方面。因此，锅炉的节能重点是能量的有效利用与合理使用，做好锅炉的节能减排中国工作具有十分重要的意义。
据统计，2007年全国耗煤25.8亿t，其中锅炉耗煤22亿t，占85.3%，因此，如何提高锅炉的热效率、节约燃料尤为重要。
燃煤锅炉排放的粉尘、二氧化硫、氮氧化物是空气污染的主要原因。我国是燃煤大国，而且煤炭的含硫量比较高，发电用煤的平均含硫量达1.15%，由于排放标准要求低，加上治理资金缺乏、治理手段比较落后，致使燃煤引起的环境污染相当严重，与发达国家的差距很大。
处理技术
1.锅炉节能技术
现有锅炉节能技术主要有以下方面：
（1）锅炉燃烧节能技术。在保证完全燃烧前提下的低空气系数燃烧技术；充分利用排烟余热预热燃烧用空气和燃料的技术；富氧燃烧技术等。实现低空气系数燃烧的方法有手动调节、用比例调节型烧嘴控制、在烧嘴前的燃料和空气管路上分别装有流量检测和流量调节装置、空气预热的空气系数控制系统、微机控制系统等。
（2）锅炉的绝热保温。对高温炉体及管道进行绝热保温，将减少散热损失，大大提高热效率，取得显著的节能效果。常用的绝热材料有硅酸铝纤维、岩棉、玻璃棉、复合硅酸盐保温材料、硅藻土轻质浇注料等。
（3）工业锅炉燃烧新技术。应用在工业锅炉上的燃烧新技术有10 多种，主要有分层层燃系列燃烧技术、多功能均匀分层燃烧技术、分相分段系列燃烧技术、抛喷煤燃烧技术、炉内消烟除尘节能技术、强化悬浮可燃物燃烧技术、减少炉排故障技术等。
（4）新炉型新技术在锅炉改造中的应用。主要有沸腾炉在锅炉改造中的应用、循环流化床燃烧技术在锅炉改造中的应用、煤矸石硫化床燃烧技术的应用、对流型炉拱在火床炉改造中的应用等。
2.锅炉减排技术
1.烟尘污染
a) 要保证燃料煤完全燃烧，就必须同时保证有充足的空气、适当的燃烧温度、足够的燃烧时间和空间。为满足燃烧的三要素，在锅炉设计运行时，要同时保证有合适的燃烧设备、合理的炉膛结构、合理的配风系统，并要严格控制燃烧工况，使燃烧完全，避免产生黑烟，降低污染。
b) 就燃烧方式而言，不同的燃烧方式对锅炉出口烟气浓度影响很大，火床层扰动越大，飞灰量越大，飘尘浓度越高。另外抛煤机炉、沸腾炉等悬浮状燃烧产生的飞灰量均较大，如控制失效，就会造成严重污染。
c) 就锅炉结构而言，当炉膛狭小、高度较低时，炉膛强度会较大，烟速较高，烟气可携带灰粒直径会增大。飞灰量即会大幅度增加，造成灰尘严重。当烟道截面较小时，烟速同样会增大，飞灰也会增加。在可能的条件下，适当布置合理的烟气沉降室，使烟速大幅度降低，分离出大量的灰尘，可取得很好的效果。
d) 从鼓引风角度而言，风压越大，吹起的灰尘量越大，飞灰将越严重。所以在保证锅炉实际运行出力的情况下，应选择合理的鼓引风压力，减少飞灰。
e) 对设备来说，操作的好坏直接会影响设备性能。同样锅炉运行好坏，操作运行起着很大作用。实际运行中应尽量避免经常拨火，造成火床口烟尘浓度增大。
f) 从锅炉设计运行方面，合理布局、严格控制是降低锅炉原始烟尘浓度的关键。但要仅以此来降低烟尘污染还是不够的，还需借助除尘设备——除尘器。供锅炉除尘选用的除尘器种类很多，最常见的是旋风除尘器，除此之外，还有布袋除尘器、洗涤式除尘器、静电除尘器、喷淋式除尘器、水膜除尘器等。加装适合除尘器后，一般都可达到排放标准，减少排烟中的灰尘量，改善大气质量，保护了环境，尤其是湿式除尘器，如水膜、喷淋、洗涤式除尘器等。在除尘的同时，还能处理有害气体，并具有处理高温、高湿烟气的能力，具有捕集黏性大的粉尘的优点。
2. SO2/脱硫技术
a) 干法脱硫技术
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方法分类
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石灰/石灰石抛弃法脱硫技术
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石灰石石膏法脱硫技术
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原理
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该技术是以石灰或石灰乳液作脱硫剂，在吸收塔内对含SO2的烟气喷淋洗涤，反应生成CaCO3和CaSO3。
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该技术实际上是在抛弃法的基础上进行技术改进，区别在于向吸收塔的浆液中鼓入空气，使CaSO3氧化成CaSO4（石膏），使副产品实用。
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优点
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技术成熟可靠，原料可本地化，生产成本较低。
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脱硫剂——石灰石来源丰富廉价。适用的煤种范围广、脱硫效率高，当Ca/S=1时，脱硫效率可大于90%，设备运转率高，技术可靠稳定，产品可出售，是我国应用较广泛的一种脱硫工艺。
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缺点
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容易导致吸收塔堵塞，脱硫反应生成的和处理困难，会造成二次污染。
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初期投资费用大、运行费用高，占地面积大，系统管理操作复杂，设备磨损腐蚀现象较为严重，副产物石膏由于销路问题只能堆放，废水也较难处理。
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b) 循环流化床脱硫技术
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原理
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在循环流化床中加人脱硫剂石灰石，从而达到脱硫的目的。由于流化床具有良好的传质和传热特性，所以在有效吸收SO2的同时，还能除掉HCl和HF等有害气体。
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优点
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与湿法相比，结构简单，造价低，约为湿法投资的50%；
在使用Ca(OH)2作脱硫剂时，有很高的钙利用率和脱硫效率，用此法可处理高硫煤，在Ca/S为1-1.5时，能达到90-97%的脱硫效率。特别适合于高硫煤。
运行可靠，由于采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理。
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c) 湿法脱硫技术
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方法分类
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双碱法脱硫技术
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氧化镁法脱硫技术
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原理
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用碱金属盐类如纳盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反应器中用灰石或石灰石将吸收了SO2的溶液再生，再生的溶液返回吸收塔再用。而SO2还是以亚硫酸钙和石膏的形式沉淀出来。
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利用MgO浆液或水溶液作为脱硫剂洗涤烟气脱硫。吸收了SO2的亚硫酸盐和亚硫酸在一定温度下分解产生H2S气体，再用于制造硫酸，而分解形成的金属氧化物得到了再生，可循环使用。
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优点
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其固体的产生过程不是发生在吸收塔中，避免了石灰石石灰法的结垢问题。
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投资省，可将吸收了SO2产生的亚硫酸盐和亚硫酸进行分解, 得到H2S，用于生产硫酸，使有效资源得到回收利用。
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缺点
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同样存在固体废弃物处理困难, 会造成二次污染的问题。
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在生产过程中会有8%的MgO流失，造成二次污染。
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d) 氨法脱硫技术
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原理
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采用氨水为脱硫吸收剂，与进人吸收塔的烟气SO2接触混合，反应生成亚硫酸铵，再通入空气氧化生成硫酸按溶液后，经过蒸发结晶、离心机脱水、干燥后制得化学肥料硫酸铵。
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优点
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投资省，技术成熟可靠，脱硫效率高，并利用烟气的热量浓缩结晶生产硫铵，能耗低。副产品得到硫酸铵，资源综合利用效率高，投资回报率高，无废渣排放，不会产生二次污染，无新增污染源。
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缺点
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脱硫系统设备腐蚀大，吸收剂氨水价格远比石灰石高。如购买液氨来进行烟气脱硫，其运行成本较石灰石脱硫技术要高。
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3. 技术改进措施
（1）给煤装置改造。
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原理：
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层燃锅炉都是燃用原煤，其中占多数的正转链条炉排锅炉，原有的斗式给煤装置，使得块状、粉状煤混合堆实在炉排上，阻碍锅炉进风，影响燃烧。将斗式给煤改造成分层给煤，即使用重力筛选将原煤中块状、粉状煤自下而上松散地分布在炉排上，有利于进风，改善了燃烧状况，提高煤的燃烧率，减少灰渣含碳量。
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节能效果：
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可获得5%-20%的节煤率，节能效果视改前炉况而异，炉况越差，效果越好。
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投入产出率：
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投资很少，回收很快。
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（2）燃烧系统改造。
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原理：
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对于正转链条炉排锅炉，这项技术改造是从炉前适当位置喷入适量煤粉到炉膛的适当位置，使之在炉排层燃基础上，增加适量的悬浮燃烧；但是，喷入的煤粉量、喷射速度与位置要控制适当，否则，将增大排烟黑度，影响节能效果。
对于燃油、燃气和煤粉锅炉，是用新型节能燃烧器取代陈旧、落后的燃烧器。
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节能效果：
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前者可获得10%左右的节能率。
后者节能效果视改前炉况而异，炉况越差，效果越好，一般可达5%-10%。
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投入产出率：
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投资很少，回收很快。
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（3）炉拱改造。
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原理：
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正转链条炉排锅炉的炉拱是按设计煤种配置的，有不少锅炉不能燃用设计煤种，导致燃烧状况不佳，直接影响锅炉的热效率，甚至影响锅炉出力。按照实际使用的煤种，适当改变炉拱的形状与位置，可以改善燃烧状况，提高燃烧效率，减少燃煤消耗，现在已有适用多种煤种的炉拱配置技术。
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节能效果：
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可获得10%左右的节能效果。
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投入产出率：
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技改投资半年左右可收回。
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（4）层燃锅炉改造成循环流化床锅炉。
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原理：
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循环流化床锅炉是煤粉在炉膛内循环流化燃烧，所以，它的热效率比层燃锅炉高15%-20%，而且可以燃用劣质煤；由于可以使用石灰石粉在炉内脱硫，所以，不但可以大大减少燃煤锅炉酸雨气体SO2的排放量，而且其灰渣可直接生产建筑材料。
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节能效果：
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投入产出率：
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它的改造投资较高，约为购置新炉费用的70%。
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（5）采用低耗电量的变频技术对锅炉辅机节能改造。
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原理：
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燃煤锅炉的主要辅机——鼓风机和引风机的运行参数与锅炉的热效率和耗能量直接相关，锅炉在运行过程中，通常都是由操作人员凭经验手动调节，峰值能耗浪费较大。采用低耗电量的变频技术节能效果很好。其优势在于：电机转速降低，减少了机械磨损，电机工作温度明显降低，检修工作量减少；电机采用软启动，启动电流从零逐渐上升到额定电流值，不仅节能而且不会对电网造成冲击。
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节能效果：
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节能效果显著，一般情况下可以节能约30%。
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（6）控制系统改造。
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原理：
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工业锅炉控制系统节能改造有2 类：
①按照锅炉的负荷要求，实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量，使锅炉经常处在良好的运行状态。将原来的手工控制或半自动控制改造成全自动控制。这类改造，对于负荷变化幅度较大，而且变化频繁的锅炉节能效果很好，一般可达10%左右；
②对针供暖锅炉的改造。在保持足够室温的前提下，根据户外温度的变化，实时调节锅炉的输出热量，达到舒适、节能、环保的目的。实现这类自动控制，可使锅炉节约20%左右的燃煤。
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节能效果：
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①对于负荷变化幅度较大、且变化频繁的锅炉节能效果很好，一般可达10%；
②使锅炉节约20%左右的燃煤。
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（7）推广冷凝水回收技术，对给水系统进行改造。
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原理：
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锅炉所产生的蒸汽，经过生产用热设备后会生成冷凝水。蒸汽冷凝水回收利用，尤其用于锅炉给水。锅炉补给水利用蒸汽冷凝水，有如下好处：热量利用，蒸汽冷凝水回水温度一般为60-95℃，可以提高锅炉给水温度40-60℃；冷凝水回收量一般可达到锅炉补给水量的40%-80%，大大节约锅炉软水用量；给水温度的提高，提高了锅炉炉膛温度；蒸汽冷凝水含盐量较低，可以降低锅炉排污量。
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节能效果：
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节煤效果明显，既节约用水又节约用盐，有利于煤的充分燃烧，提高锅炉热效率；减少了企业污水排放量和烟尘排放量。
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（8）分层清洁燃烧技术。
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原理：
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简称“锅炉均匀分层燃烧”，是一种新的燃煤工业锅炉技术。其理论根据是均匀分层燃烧机理，其载体是多功能均匀分层燃烧技术装置。该技术实施时首先解决锅炉给煤、燃烧二系统内存在的缺陷如不科学地给煤、炉排漏煤、漏风、窜风等问题，再使煤在理想工况下燃烧煤接近完全燃烧，降低热损失，提高锅炉效率。
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节能效果：
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在4t/h至80t/h锅炉上实践说明，烧原煤锅炉运行效率平均提高10%，平均节煤10%，提高出力15%，节电15%，排烟黑度接近零级。
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（9）旧锅炉更新。
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原理：
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这项改造是用新锅炉替换旧锅炉，包括用新型节能型锅炉替换旧型锅炉，用大型锅炉替换小型锅炉，用高参数锅炉替换低参数锅炉，以实现热电联产等，如用适当台数大容量循环流化床锅炉替换多台小容量层燃锅炉，实现热电联产。
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节能效果：
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可以较大幅度提高锅炉的能源效率，节能效益可观。
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投入产出率：
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投资回收期较短，长则4-5 a，短则2-3 a。
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国内应用和发展
1.现状
我国目前有工业锅炉40多万台，工业窑炉16万多台，年耗煤约4亿吨，按设计要求均需供应块煤或型煤，但实际上块煤供应不足，型煤（工业燃料型煤）还在起步阶段，年产量不超过1000万吨。同时，我国化肥、冶金、建材、机械、玻璃、陶瓷等行业大量使用的煤气发生炉年需块煤4000多万吨，实际年供应量仅2200多万吨，缺口也很大。
粉尘：由于受资金不足的制约，我国大型燃煤锅炉仅配备3-4电场的电除尘器，加之国产除尘设备运行不稳定，控制性能差，实际排放浓度往往高于现有标准。
二氧化硫（SO2）：我国由于目前没有掌握烟气脱硫设备的设计和制造技术，而引进脱硫设备价格又太昂贵，国力难以承受，因此燃煤锅炉的二氧化硫排放基本处于失控状态。二氧化硫的大量排放不仅形成酸雨，造成空气污染，而且严重腐蚀锅炉尾部设备，影响生产和安全运行。
氮氧化物（NOX）：我国目前仅在新建300MW及以上锅炉装有低氮燃烧器，大量300MW以下锅炉氮氧化物无法控制，而且由于燃烧控制调节水平低，造成氮氧化物生成量的增加。
2.发展方向
总体而言，各地区应综合考虑各自的能源供应条件、环境需求和经济条件，发展适宜的工业锅炉技术，综合布局工业锅炉改造：
＜10t/h——根据当地能源供应情况，改烧型煤与天然气；
≥10t/h——逐步实现煤炭优质供应，燃用硫分 <0.5%的煤，或集中脱硫，加强除尘，并逐步向大型化发展；
＞35t/h采用循环流化床等技术，推进集中供热和热电联产。
对于新增工业锅炉，应采取有效措施，向大型化、效率化、洁净化方向发展。
提高现有锅炉运行水平和自动化水平，加快淘汰落后的燃煤工业锅炉。从设备生产源头把关，坚决杜绝已被淘汰的设备技术重新上马情况的发生。
供应商信息
江苏省镇江市江南环保设备研究所、镇江江南环保工程建设有限公司联合开发成功的巧氨法喷雾脱硫专利技术
苏州法罗力锅炉热能设备有限公司
东莞奥力节能有限公司
苏州新力能源技术有限公司
洛阳市节能技术服务中心工业炉改造工程部
常州市常成能源设备有限公司
节能减排经典案例
氨法脱硫技术在化工企业燃煤锅炉中的应用
刘卫红，环境科学导刊，2007
1.基本情况
云南解化集团有限公司（以下简称“解化集团”）是云南省第一家中型氮肥企业，在70年代初期建有自备电站，供化工生产蒸汽和发电，实施热、电、化联产，年发电量19200万kWh，年供化工用蒸汽250万t，年耗煤量50万t。采用的是开远市小龙潭的褐煤，该煤种全硫分在1.8%-2.22%，由于未安装脱硫装置，造成烟气排放浓度超标，对大气造成一定的污染。而解化集团位于云南省开远市，所处地区已被国家列为“ 两控区”，在国家提出要严格控制和减排的今天，实施锅炉烟气脱硫势在必行。
2. LS法氨法脱硫技术的实施
2003年，解化选用TS-75型脱硫装置，先以3#75t/h锅炉为示范进行烟气脱硫。该装置是利用化学反应工程中先进的撞击流反应器原理进行设计，以本厂合成氨生产过程中产生的浓度为的稀氨水作吸收剂，通过与高温烟气充分混合、接触，烟气经过一、二级脱硫反应后，从而达到脱硫目的。
3.工艺流程
引风机来的烟气，进人脱硫塔下部洗涤段，烟气经除尘降温后，再进人上部吸收段，用5%左右的氨水循环吸收烟气中的SO2生成亚硫酸铵；净化后的烟气由烟囱排放。吸收后形成的混合溶液返回地下沉淀池循环浓缩至一定浓度后排放至冲灰池。
由于吸收富液产生量很小，1h约4-5m3，回收处理不经济，所以对吸收富液未回收。电站下灰水由于是循环使用，呈碱性，致使一些设备、管道经常结垢、堵塞，将pH值为5.5-6.5略偏酸性的吸收溶液排入灰池，既中和冲灰水的酸碱性，又防止了管道、设备结垢。
4 .原工艺问题及改进措施
a) 配套新建1#-4#锅炉脱硫副产物后处理的3万t/a硫酸铵生产装置，达到综合利用、变废为宝的目的。硫酸按装置工艺流程来自脱硫工序的硫酸铵溶液，经蒸发结晶、离心机分离脱水，干燥器干燥后，制得结晶硫酸铵产品。
b) 新增氧化部分，并将脱硫塔与氧化塔合建为脱硫与氧化为一体的脱硫氧化多功能塔，节省了投资、大大减少占地。
c) 烟气脱硫后温度从160℃降至55℃左右，由于温度较低，烟囱排放时影响烟气的抬升高度，不利于扩散，易造成局部污染。改进措施：增加烟气回执器装置，用中压蒸汽加热, 使烟气出口温度提高到85℃。
d) 原工艺设计时脱硫装置进出口烟道上无风门，主烟道上无旁路，造成一旦脱硫装置存在问题，不停锅炉无法检修，影响了锅炉的正常运行。改进措施：增加烟气旁路和脱硫塔进出口档板风门及操作平台，保证脱硫系统的安全运行以及脱硫系统检修时锅炉的正常运行。
e) 原设计时脱硫循环泵无备用泵，一旦脱硫循环泵出现故障，在锅炉不能停运。且烟道上无旁路的情况下，由于进人塔内烟气温度高，脱硫塔内玻璃磷片涂料温度超过涂料容许温度，造成脱硫塔内涂料损坏，使脱硫塔金属筒体产生严重腐蚀。改进措施：增加备用泵，确保了脱硫可靠运行。
f) 脱硫后排放的烟气带液量大、含湿量高，造成对烟道、烟囱腐蚀严重。改进措施：将旋流除雾器改为丝网除雾器，大大减少了烟气带液量。
g) 硫铵溶液循环贮槽材质为碳钢，外部只用氯磺化聚乙烯漆防腐，少量硫钱溶液外溢到贮槽外壁上，导致防腐漆脱落，对贮槽碳钢造成腐蚀。改进措施：对贮槽外部改用低湿玻璃磷片涂料防腐，避免因溶液外溢造成贮槽壳体腐蚀现象的发生。
h) 吸收装置部分阀门采用衬胶阀门，受阀门开关频繁，工作介质温度变化大的影响，衬胶易发生变形，致使阀门开、关困难，衬胶损坏，硫酸铵溶液腐蚀了阀体，影响阀门使用寿命。改进措施：将衬胶阀门改用材料阀门，延长了阀门使用寿命。
i) 烟道上的换热器与烟气接触的热管材料采用传热速率较高ND钢，但经加热的烟气，在有硫酸铵存在的情况下，使换热器管材腐蚀通洞，影响了换热效率。改进措施：将此部分管材改用材料，改善了换热器管村容易腐蚀的状况。
j) 脱硫塔原设计用新鲜水作为冲洗水，连续从塔上部加入，冲洗附着在填料上的灰尘，以减小塔的阻力。但运行后发现不仅使循环液增加，加重了后工序处理的负荷，也增加了塔的阻力，导致锅炉引风机出口阻力增大，引风机耗电量增加。改进措施：将脱硫塔用新鲜水冲洗改为硫铵循环液冲洗，并将连续冲洗改为间歇冲洗，既满足了冲洗效果，又降低了风机阻力和引风机的电流。
k) 硫酸铵装置结晶液原设计直接进人离心机分离，在生产负荷波动大的情况下，增加了操作的难度，影响了硫酸钱产品质量。在负荷低的情况下，离心机空转，又造成电能不必要的消耗。改进措施：在结晶器和离心机之间增加一个稠厚器收集结果液，将原设计连续放料、离心机、流化床干燥器连续运行改为不定期放料，离心机、流化床干燥器间歇运行，方便了操作，使硫酸铵分离结晶较均匀，保证了产品质量。设备运转时间减少, 也降低了电耗。
5.脱硫装置改造后产生的效果
a) 环境效益和社会效益
云南省环境监测中心站分别于2004年、2007年对技术改进前（3#锅炉）、后（4#锅炉）的脱硫装置进行验收监测。结果表明，技术改进后脱硫效率提高了3.22个百分点，对于改善大气环境质量具有十分显著的环境效益和社会效益。
b) 经济效益
改进工艺充分回收烟气中SO2，并每年有1.4万t的硫酸铵副产品，价值910万元（以650元/t计）。2005年11月生产出硫酸铵产品，经解化公司质检中心检测, 达到GB535-1995一等品质量标准要求。
c) 实现“ 以废治废、化害为利”
该项目所使用的脱硫剂稀氨水，是解化公司合成氨生产过程中产生的浓度为3%-5%废氨水，这部分废氨水由于浓度较低，回收成本高且处理困难，是造成公司外排废水氨氮浓度偏高的主要来源之一。该烟气脱硫装置建成后不仅达到治理烟气的目的，同时解决了废氨水的处理难题。每年可处理约11.6万t的废氨水，大大降低了外排废水中氨氮的排放浓度和排放量，在脱硫的同时，还能脱去部分烟尘，进一步降低烟尘排放浓度，环境效益显著。
d) 脱硫成本低
脱硫装置每年需要的废氨水约11.6万t，可节省购买脱硫剂的费用290万元/a（以25元/t计），从而大大降低了脱硫成本，并可将氨氮进行回收，变废为宝。
