印染有限公司锅炉系统节能环保专项技术改造项目可行性研究报告.doc

海城市海丰印染有限公司
锅炉系统节能环保专项技术改造项目

可行性研究报告

辽 宁 建 设 咨 询 公 司
中国 • 沈阳

设 计 号：XJ2007-2

海城市海丰印染有限公司
锅炉系统节能环保专项技术改造项目
可行性研究报告

辽宁建设咨询公司
工程咨询资格证书编号：工咨甲1030108001

总 经 理： 范树衡 教授级高工 注册咨询师
项目负责人： 潘殿彩 高级工程师 注册咨询师

参 加 编 制 人 员

于志方 高级工程师 注册咨询师
高明全 经 济 师 注册咨询师
许 刚 工 程 师 注册咨询师
刘 永 工 程 师 注册咨询师
刘 菲 高级工程师

目 录

1总论 1
1.1项目名称、承办单位及可行性研究报告编制单位 1
1.2项目提出的背景 1
1.3编制依据 2
1.4编制范围 3
1.5项目概况 3
2企业概况 5
3建设的必要性 6
3.1我国印染行业的发展 6
3.2纺织行业节能形势 7
3.3锅炉节能 8
3.4企业锅炉运行现状 9
4生产纲领与节能、环保效益 12
4.1生产纲领 12
4.2节能效益 12
4.3环保效益 13
5主要原材料消耗 14
6节能、环保工艺改造方案与设备 14
6.1原始参数 14
6.2主要设计依据 15
6.3主要设计指标 15
6.4工艺改造方案 15
6.5工艺方案特点 29
6.6设备选择 30
7总图土建 31
7.1总图 31
7.2土建 32
8公用工程 33
8.1概述 33
8.2给水 33
8.3排水 33
8.4供热 34
8.5供电 34
9环境保护及劳动安全卫生 35
9.1环境保护 35
9.2劳动安全卫生 37
10消防 38
10.1适用规范 38
10.2火灾危险性分类、建筑物耐火等级、抗地震级别 38
10.3总图消防 38
10.4电气安全 39
10.5消防给水 39
10.6灭火器配置 39
11节能 39
11.1能耗分析 39
11.2节能措施 40
11.3项目能耗 41
12项目实施进度及招标 41
12.1项目实施进度 41
12.2项目招标 42
13投资估算及资金筹措 42
13.1投资估算 42
13.2投资计划与资金筹措 43
14财务效益及社会效益分析 44
14.1财务效益分析 44
14.2社会效益分析 46
15结论与建议 47

附表：
1 建设投资估算表
2 投资计划与资金筹措表
3 折旧和摊销费用估算表
4 生产成本和费用估算表
5 损益表
6 项目现金流量表
7 资金来源与运用表
8 投资估算及财务评价指标汇总表

附图：
1 区域位置图
2 总平面布置图

1总论
1.1项目名称、承办单位及可行性研究报告编制单位
项目名称：锅炉系统节能环保专项技术改造项目
承办单位：海城市海丰印染有限公司
单位地址：海城市感王经济开发区
法定代表人：陈广义
项目可行性研究报告编制单位：辽宁建设咨询公司（资格证书编号：工咨甲1030108001）
1.2项目提出的背景
在“十五”期间，我国遭遇了一系列的能源紧缺危机，自从2002年的“电荒”、“煤荒”，到2005年的“油荒”、“气荒”。能源短缺必将导致增长的极限，既满足当代人的需要，又不对后人满足其需要的能力构成危害的“可持续发展”迫在眉睫。因此在我国的《十一五规划纲要》提出：“到2010年实现人均国内生产总值比2000年翻一番；资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗降低20%左右。”可以预见，国家将会越来越重视节能工作。
2006年是“十一五”规划的第一年，自“十一五”规划纲要提出节能的目标以后，各方面做了很多工作。国家发改委在节能规划中提出十大节能工程，全国开展了千家企业节能计划，家用电器和一般电器实施标准、标识制度，国务院批复了“十一五”期间各地区单位生产总值能源消耗降低指标计划。
国务院2006年工作要点中要求实现单位GDP能耗降低4%左右，实际执行结果，2006年GDP单位能耗下降1.23%，近几年来首次实现了GDP单位能耗下降，但是未能完成计划指标。
2007年上半年，在全社会的共同努力下，单位GDP能耗下降和主要污染物排放总量下降两大目标，在实现程度方面取得了明显的进展，拐点正在显现，节能减排的势头较好。然而，无论是从时间上还是从已采取的措施和取得的成效上看，形势都不容乐观，到“十一五”末期完成这两大目标仍面临着较大的压力。
海城市海丰印染有限公司是省内较大的印染企业，由于种种原因，锅炉运行效率一直较低，造成了能源的浪费，增加了企业的生产成本。为了使企业的生产能耗降下来，企业邀请鞍山永新环境工程有限公司为公司锅炉的运行进行诊断，并提出了改造方案。
据此企业提出了锅炉系统节能环保专项技术改造项目。
改造内容共包括两大部分，第一部分为节能改造部分，包括①加湿气化湍流燃烧技术，②旋流高效热能回收技术，③采用锅炉燃煤风煤比自寻优监测控制技术；第二部分为环保改造部分，利用工厂排放碱性废水脱硫。
受海城市海丰印染有限公司的委托，辽宁建设咨询公司为其编制本项目可行性研究报告。
1.3编制依据
（1）海城市海丰印染有限公司委托辽宁建设咨询公司编制项目可行性研究报告的合同；
（2）海城市海丰印染有限公司提供的有关基础资料；
（3）鞍山永新环境工程有限公司编制的锅炉系统节能环保专项技术改造项目可行性研究报告。
1.4编制范围
在编制本项目可行性研究报告过程中将就以下内容进行研究和阐述：
（1）项目提出的背景；
（2）建设的必要性；
（3）节能效益；
（4）设备配置及工艺方案；
（5）总图土建方案；
（6）公用设施配套方案；
（7）环境保护、职业安全卫生及消防方案；
（8）建设进度计划与招投标方案；
（9）投资估算及资金筹措方案；
（10）效益及风险分析。
1.5项目概况
（1）项目实施地点
本项目在海城市感王镇马圈村企业现址内实施。
（2）项目主要建设内容
购置国产冷渣器、汽包、吸收塔、水泵、PLC控制器、触摸屏、变频器等设备160台套。
厂房及公用设施等利用现有条件。
（3）项目建设期
项目建设期定为6个月。
（4）项目生产纲领和节能、环保效益
改造后，企业印染能力仍维持5000万米不变。
改造后企业年可实现节煤12278.64吨，节电848232kWh，合计折标煤10834.95吨；减排二氧化硫695.7吨。
（5）项目投资
项目上报总投资估算值为1484万元，全部为建设投资。全部由企业自筹。
（6）项目主要经济指标
项目主要技术及经济指标见下表1-1。
主 要 技 术 经 济 指 标 表
表1-1
序号
指 标 名 称
单位
数据及指标
1
生产纲领及节能环保效益

印染坯布
万米/年
5000

改造后年节能（折标煤）
吨/年
10834.95

改造后年减排二氧化硫
吨/年
695.7
2
主要燃料消耗

煤
吨/年
43533.36
3
新增建筑面积
平方米
0
4
购置设备
台套
160
5
项目上报总投资（建设投资）
万元
1484
6
自筹资金
万元
1484
7
利用原有固定（无形及其他）资产
万元
800
8
年实现成本费用节约额
万元
754
9
年实现利润总额
万元
754
10
年实现所得税额
万元
188
11
年实现净利润
万元
566
12
总投资收益率
%
93.5
13
资本金净利润率
%
24.8
14
项目投资税后指标

14.1
财务内部收益率
%
32.4
14.2
财务净现值（i=10%）
万元
1743
14.3
投资回收期
年
3.9
15
生产能力利用率（BEP）
%
18.7
2企业概况
海城市海丰印染有限公司是专业从事染整服装面料的研究、开发、生产和销售的民营企业。公司始建于1993年，注册资本为6000万元。企业性质为股份制，现有股东3人，其中自然人陈广义占66%的股份，为企业法定代表人，自然人钟启艳占17%，自然人陈晨占17%。
企业位于海城市感王经济开发区，现占地面积为12万平方米，建筑面积4万平方米。
企业现有员工500人，其中工程技术人员45人。
截止2006年12月末，企业拥有总资产25303万元，其中固定资产原值21561万元，净值14630万元，负债合计4575万元，资产负债率18.1%。
公司产品为各类棉、麻、化纤及混纺织物的染整产品，年生产能力为5000万米。产品远销美洲、非洲、欧洲、中东和东南亚等80多个国家和地区，出口比重达85%以上，产销率达100%。
公司现有溢流染色机及相关配套工艺设备40余台套；连续轧染退煮漂联合机、丝光机、连续轧染色机等20余台套；整理设备有磨毛机、预缩机、轧光机、蒸呢机、起绒机、气流柔软机等。整体达到九十年代末国际先进水平。
企业2006年实现销售收入20718万元，利润总额1786.5万元。
1998年企业获得纺织品自营进出口权，2000年通过了IS09001：2000质量管理体系认证。2002年通过了IS014001国际环境管理体系认证。企业先后获得了“辽宁省明星乡镇企业”、“辽宁省综合实力百强私营企业”，企业染整系列高档服装面料“亚比”牌被评为“辽宁省著名商标”，2004年企业被评为“鞍山市高新技术企业”称号。企业银行信用等级为AA级。
企业自创办以来，始终坚持以“重质量、守信誉”为企业经营之本，从而赢得了海内外广大用户的认可、信赖和支持。企业规模不断扩大，产品水平不断提升，工艺装备水平及企业管理水平已跃居国内同行业前列。
3建设的必要性
3.1我国印染行业的发展
“十五”期间中国印染行业取得巨大的进步，印染水平有了明显的提高，国内国际竞争力上升到了一个新的水平。从2000年到2005年，印染6大类的产品出口数量从38亿米增加到103.7亿米，平均增速达82%；出口金额从28亿美元增加到84.8亿美元；印染规模企业的户数从858家增加到1778家；印染布的产量从158亿米增加到360亿米，平均增速达17.9%；销售收入从513亿元增加到1345亿元，平均增长21.2%；印染产品的出口交易值从242亿元增加到457亿元；2005年全行业利润达到41.4亿元。比2000年递增了27.9亿元。
2006年我国印染企业的亏损减少，就业增加，规模以上印染企业户数达1948家，同比增加9.56%；亏损户数348家，亏损面达到17.86%；亏损总额为8.19亿元，同比下降12.91%；就业人数45.52万人，同比增加4.49%；规模以上印染企业工业产量452.6亿米，总产值1675.00亿元，同比增长15.65%；销售收入1606.14亿元，同比增长15.53%；出口交货值491.37亿元，同比增长3.66%；利润总额53.72亿元，同比增长25.51%。
2006年我国累计生产各类印染布490.18亿米，同比增长8.30%。
随着我国印染行业的快速发展，其水耗、能耗量不断增长。印染行业是我国纺织行业中水耗、能耗、污染物排放量较大的行业。印染行业实施节能减排势在必行。
3.2纺织行业节能形势
根据发改委编制的《纺织工业“十一五”发展纲要》，“十一五”我国纺织工业要达到以下节能降耗指标：
节能指标：吨纤维耗电量比2005年降低10%。
降耗指标：单位产值的纤维使用量比2005年降低20%，吨纤维耗水量比2005年降低20%。
环保指标：单位产值的污水排放量比2005年降低22%。
其中印染行业：单位产值的污水排放量比2005年降低22%，万元产值耗电比2005年降低10~15%。
近几年纺织行业通过加强管理、加强技术改造和创新、调整产品结构，节能减排取得了积极的进展。
根据国家统计局能源统计年鉴数据，2005年纺织工业标准煤消耗总量6875万吨，比2000年增长42%，而同期纺织行业工业增加值比2000年增长了1.3倍，尽管有物价指数变动的因素，但表观单位能耗下降速度还是比较大的。
目前，纺织企业能源消耗主要以电能为主，但仍有部分企业的自备电厂和锅炉消耗煤和重油。在部分生产工序中还消耗一些天然气，但所占能耗比重有限。从每个企业单体来说能源消耗不大，但从行业整体来讲，由于企业数量多，行业整体能耗总量较大。
2007年上半年，全国万元工业增加值能耗下降了3.87%，而纺织仅下降了0.37%。印染行业生产过程中的产污强度还在增加，上世纪90年代生产万米印染布产生的COD不到200公斤，现在不少企业达到了600公斤。纺织印染节能减排面临越来越严峻的形势。
中国纺织工业协会正在各类分行业中开展节能、降耗、减轻环境负担为目的各项工作。努力降低每万元的能耗、水耗以及原材料的消耗，实现清洁生产，实施循环经济，以达到资源节约和环境友好的目的，从而推进我国建设节约型社会工作的深入开展。
3.3锅炉节能
燃煤工业锅炉是我国工业生产的重要设备之一，也是我国煤炭消耗大户。2003年全国在用工业锅炉保有量约为52.7万台、179万蒸吨/小时，其中热水锅炉约占40%，蒸汽锅炉约60%，其中燃煤锅炉占工业锅炉总容量的80%～85%。我国在用工业锅炉单台平均容量为3.4蒸吨/小时，其中2～10蒸吨/小时的锅炉占75%。我国燃煤工业锅炉平均运行热效率为60%～65%，比国际先进水平低15～20个百分点，每年共消耗煤炭约4亿吨，约占全国煤炭消费总量的1/5。总节煤潜力约7000万吨/年。
我国燃煤工业锅炉改造的总体目标是：到“十一五”末期，燃煤工业锅炉效率平均提高5个百分点，节煤2500万吨。采用系统配套技术，对在用燃烧锅炉房进行系统改造，重点解决现有容量4～20蒸吨/小时锅炉能效低、运行管理水平差、污染严重等问题。
采用先进锅炉房系统（含锅炉主机、辅机、烟气净化、控制系统等，要求锅炉运行效率大于76%、辅机与主机良好匹配、锅炉运行实现自动控制、各项污染物排放满足国家标准），更新替代容量2～10蒸吨/小时的原有锅炉，重点针对到期应自然更换的、由于燃料结构调整的或锅炉容量扩容更换的锅炉，解决此类小锅炉的升级换代问题，提高新进入市场锅炉的技术水平。
3.4企业锅炉运行现状
海丰印染公司现生产用饱和蒸汽由三台10t/h锅炉提供。三台锅炉布置在企业锅炉车间。锅炉用煤通过人工小车由煤场拉至锅炉上煤斗，由上煤斗送入锅炉参加燃烧。锅炉燃料燃烧后的炉渣在炉排后端落入地下渣坑，由链条除渣机将渣坑水封中的湿渣输送至锅炉旁侧，炉渣人工装车定期外运。两台锅炉燃烧后产生的烟气经省煤汽换热降温后进入陶瓷多管除尘器净化后，由引风机经烟道送入烟囱高空排放。另一台锅炉燃烧后产生的烟气经省煤器换热降温后，进入水膜式除尘器净化后由引风机经烟道送入烟囱高空排放。软化水由水泵从软化水箱分别送至锅炉汽包内，锅炉生产出的蒸汽分别送至气缸间，通过分汽缸将蒸汽分别送至生产工艺过程中用汽接点。
另外企业还有三台导油炉，其中两台为300万Kcal/h，一台为160万Kcal/h。
现六台炉燃煤为抚顺洗粒煤，燃煤低热发热值为25080KJ（6000kcal/kg）。现在六台炉年耗煤总量约55812吨/年，年运行时间为7920小时，每天平均耗煤量约为169.2吨/天（24小时）。锅炉、导油炉的引风机、鼓风机未设变频装置。引风机配电机功率为55KW。鼓风机配电机功率为15KW。锅炉炉排上燃煤前段火焰较高，中后段火焰较低，整个炉排上燃煤燃烧不均匀。锅炉外排渣中含有大量未燃尽的焦炭状炭粒。
综上所述，三台锅炉、三台导油炉主要存在以下问题（参见图1锅炉热平衡图）：
（1）锅炉热效率低于锅炉设计热效率，主要原因：
① 锅炉给水处理达不到锅炉设计给水标准（GB1576-2001），换热部分管束内壁结垢，热阻增加，传热效率下降。
② 锅炉炉排上燃煤燃烧不均，炉排前段火焰较高，燃烧成份主要是来自燃煤中的挥发分部分，而占燃煤质量90%以上的焦炭部分火焰较低，燃烧不充分，炉内辐射传热效果较差，炉排后段焦炭层温度较低。不利于其燃烧，最终造成固体不完全燃烧热损失Q4增大，大量未燃尽的焦炭成份随炉渣一起排出炉外。
③ 锅炉本体受热面积中，辐射为40.7m2，对流为204 m2，省煤器174m2。从上数据中可知省煤器的换热面积在总的换热面积中占有较大比例，锅炉所用省煤器回收部分热能，但锅炉排烟温度仍然大于150℃，排烟热损失Q2较大。
④ 由于锅炉下布风供风形式造成链条炉排上小颗粒燃煤沸腾，部分小颗粒燃煤从链条炉排风隙中落入渣坑中，造成固体末完全燃烧热损失Q4增大。

图1-锅炉热平衡图
综上分析，造成锅炉系统热效率降低的主要原因是固体燃烧热损失Q4和排烟热损Q2较大。影响气体未完燃烧和固体未完全燃烧热损失的主要因素有燃料性质、燃烧方式炉排结构、炉膛过量空气系数、炉内温度和炉内空气动力工况等。
（2）鼓、引风机未设有变频装置，炉膛内微负压燃烧状态靠人工截流阀门调节。所以不能保证炉膛内燃料燃烧所需的最匹配氧气量。因为送入炉膛内的氧气来自空气中体积流量21%的氧气量，而体积流量占79%的氮气在整个燃烧过程中是无用的，受热后体积成倍膨胀吸收了大量有效热量同时增加引风机的轴功率，消耗了大量电能，所以必须对送入锅炉内的空气量进行有效控制。保证其值与燃煤燃烧时所需要最佳匹配的氧气量一致。
（3）目前，该锅炉房共有3台10吨/时蒸汽锅炉和两台为300万Kcal/h，一台为160万Kcal/h导油炉，上述六台炉各有一套继电器控制系统。鼓风机、引风机、补水泵采用工频配电控制，炉排采用电磁调速电机拖动。鼓风量、引风量的调节采用改变电动风门的开度来实现；锅炉汽包液位采用液位调节器控制。现有控制系统对炉膛负压力、排烟温度、补水温度、鼓风温度等，具有检测显示功能但仪表已经失效，同时没有参加系统自动控制。使得燃煤燃烧不充分、能耗高、工人劳动强度大。因此，对锅炉的鼓风机、引风机、炉排电机等进行自动化控制改造。
综上所述，企业的锅炉改造势在必行。
4生产纲领与节能、环保效益
4.1生产纲领
本项目主要是节能环保专项改造，企业现有5000万米印染生产能力不变。
4.2节能效益
1）锅炉系统原始参数
• 系统无空气预热器，排烟温度大于160℃。
• 锅炉燃煤煤种：抚顺洗粒
• 燃煤低热发热值：Qdar=6000kcal/kg
• 锅炉耗煤量：7047kg/h
• 锅炉运行时间：7920小时/年
2）锅炉系统改造内容
本项目采用燃煤热解气化湍流燃烧节能新技术，主要改造内容为：
锅炉排烟系统增设高效旋流余热回收装置；
锅炉炉膛内增设气化湍流燃烧装置布风，并与新风系统形成二次送风系统；
锅炉采用风煤比自寻优自控系统。
3）节能量计算
现对厂内六台锅炉平均参数进行计算。
① 锅炉年节煤量
• B=55812t/年
• 综合节煤率：22%
• 年节煤量：BJ=55812t/年×22%=12278.64t/年，折标煤10524.5 t/年
② 锅炉配风系统年节电量
电力需用系数按0.85计算。
D=（55+15）KW×0.85×7920h×6（台）=2827440 KW·h
节电率：30%
年节电量：2827440 KW·h×30%=848232 KW·h，折标煤310.45吨
③节能总量
年节能总量=10524.5+310.45=10834.95吨
4.3环保效益
环保效益主要是SO2减排量。
1）节煤减少SO2排放量
年节煤量：BJ=12278.64t/年
燃煤含全硫量：0.8%
年减少二氧化硫排放量：QSO2 =×BJ×0.8%=196.4t/年
2）固硫减少SO2排放量
项目实施后年耗煤量：BH=BZ－BJ=55812－12278.64=43533.3t/年
固硫率：20%
年减少二氧化硫排放量：QSO2=×BH×0.8%×20%=139.3t/年
3）脱硫系统减少SO2排放量
脱硫效率为95%
减少SO2总量Q总=16×0.8%×100×55812=714.4t/年
二氧化硫吸收量：QSO2= （Q总- Q1- Q2）×95%=（714.4-196.4-139.3）×95%=360t/年
4）减少SO2总量
减少SO2总量=节煤减少SO2排放量+固硫减少SO2排放量+吸收SO2排放量
=196.4t/年+139.3t/年+360t/年=695.7t/年
5主要原材料消耗
实现5000万米印染生产能力，需用坯布5250万米，染料200吨，均在国内市场采购。
6节能、环保工艺改造方案与设备
6.1原始参数

序号
项 目
单位
数值
备注
1
锅炉耗煤量
t/h
1.175
单台，均值
2
锅炉耗电量
Kwh
471240
单台，均值
3
锅炉烟气量
m3/h
32000
单台，均值
4
排烟温度
℃
160

5
SO2排放量
mg/Nm3
953

6.2主要设计依据
① 厂家提供的原始资料；
② 锅炉厂提供的锅炉本体资料；
③《锅炉房设计手册》；
④《锅炉房设计规范》GB50041-92；
⑤《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-91。
6.3主要设计指标
序号
项 目
单位
数值
备注
1
锅炉耗煤量
t/h
0.917
单台，均值
2
锅炉耗电量
Kwh
329868
单台，均值
3
锅炉烟气量
m3/h
29100
单台，均值
4
排烟温度
℃
90

5
SO2排放量
mg/Nm3
544

6
脱硫率
%
85

6.4工艺改造方案
6.4.1节能工艺改造方案
本方案将采用三项节能改造技术。1）加湿气化湍流燃烧技术。2）旋流高效热能回收技术。3）采用锅炉燃煤风煤比自寻优监测控制技术。以下对各项技术具体描述。
1）气化湍流燃烧技术方案
（1）技术方案描述
本技术方案工艺流程图参见（图一）。在锅炉炉膛前端两侧设有专用的锅炉气化混风装置，送入的混合气化剂形成横向气流组织结构。使炉排上燃煤热解气化生成大量的一氧化碳、甲烷等可燃气体在炉内进行燃烧。气化剂形成的横向气流，使燃烧火焰产生湍流扰动作用，横向进入炉膛的气化剂气体所行成的射流不断卷吸火焰上部的可燃气体，燃烧火焰前沿被脉动撕碎，使燃烧火焰前沿反应区变得很宽，燃烧反应表面得到很大的增加从而激发比层流燃烧强度大几十倍的燃烧强度，可燃物通过这样一个较宽的燃烧反应区时就被完全燃烧、放出热能。
气化湍流燃烧装置工艺流程图参见图2。
图2-气化湍流燃烧装置工艺流程图
（2）气化湍流燃烧技术工作原理
气化湍流燃烧技术就是通过特制混风装置将蒸汽与空气混合后送入炉膛前端使燃煤在气化剂作用下使燃煤气化升成可燃气后进行燃烧，同时横向进入炉膛内的气化剂使得燃烧层流火焰产生湍流脉动扰动，火焰峰面发生弯曲形变而形成“褶皱”。火焰产生“褶皱”后在波峰处气流速度下降，压力升高，向波谷方向压缩，而波谷的流速加快，压力下降（见图3）。

图3-气化湍流燃烧原理图

这种火焰波浪褶皱特性在炉膛内将被传递放大，火焰波峰更加突出，而波谷更加下陷，最终导致火焰峰面本身破裂，使气流扰动增强，火焰峰面表面积大大增加，使燃烧火焰前沿反应区变得很亮，燃烧反应表面积增大，使燃烧反应速率比其可燃气体和燃烧产物的混合速度快得多，即火焰折皱到哪里燃烧就到哪里，使具备着火条件的炉内可燃物充分燃尽，放出热能。
通过混风器引入的气化剂气体，除了使得燃烧火焰产生脉动外还有下面四个作用：
①气化剂气体横向进入炉膛后，使不同尺寸组成的颗粒群形成各种不同周期，振幅和方向的三元脉动随机组合在一起的湍流涡团，这些在气体中的颗粒在不同脉动频率下，同一尺寸的颗粒运动轨道随着气流脉动频率的增加而上下脉动也随着增加，使得各种尺寸的颗粒相互作用而形成湍流扩散具有可燃性的颗粒具备燃烧条件时会二次燃烧，再次放出可燃组分。没有燃烧性的颗粒会被炉排上新的燃烧层吸附而下落。
②燃料煤在燃烧过程中其火焰传热过程中辐射换热占有相当大的比例。火焰热辐性质主要与介质的吸收和散射能力有关，在燃烧室中辐射介子主要是气相、颗粒相、非发光和发光颗粒。气化剂气体横向进入炉膛，使燃烧室内各种颗粒相组分大大增加，从而提高了火焰辐射换热能力，利于燃烧的进行。
③燃料煤在燃烧室燃烧时，首先是煤的热解挥发分析出：最后剩下由很多晶粒组成的焦炭。因焦炭中含可燃质的质量占总煤质量的55～97%，所以焦炭的燃烧是煤的燃烧各阶段中最长的阶段。焦炭燃烧的非均相过程中有一个吸附过程，也就是物质在相界表面上浓度自动发生变化的现象，一种物质的原子或分子附着在另一种物质的表面上。吸附分为化学吸附和物理吸附，低温下进行的吸附主要是物理吸附，高温下的吸附是化学吸附。两种吸附相伴发生。焦炭在燃烧过程中因燃烧时间较长，故所产生的吸附能力和时间均较长。当气化剂气体横向进入炉膛在脉动作用下，各种尺寸的颗粒相互作用而形成湍流扩散，当燃烧层中焦炭相遇时或被物理吸附，或被化学吸附。颗粒群中没有燃尽的碳粒会重新二次燃烧放出热能，已经燃尽的颗粒会附炉渣一起排出炉外。
④气化剂气体横向进入炉膛后，使烟气中的颗粒分子（团）具有一定的动能和势能。根据化学动力学的新理论，这些具有富裕能量的颗粒分子与炉膛内普通分子相碰撞的时候，即将其多余的能量转移给普通分子而使其活化，或者与其发生反应。按照燃烧链的反应理论，这些由单元反应所产生的活化分子过程即为链的传递过程，促使燃烧反应连续进行，强化了燃烧。
通过气化剂气体横向进入炉膛后，对烟气的四个方面的综合作用，使燃烧室内燃烧更加激烈，更加充分，未燃成份大大降低，这就是气化湍流燃烧技术无烟无尘化燃烧的技术关键。
2）高效旋流烟气余热回收技术方案
（1）技术方案描述
在锅炉省煤器烟气出口侧设有高效旋流烟气余热回收装置，烟气余热回收装置的新风入口设在锅炉房内上部，新风经管道进入高效旋流烟气余热回收装置内与锅炉省煤器出口的高温烟气进行传质换热吸收热能，升温后的新风经管道由鼓风机送入炉膛内参加燃烧。新风入口设在锅炉房内上部，可以有效回收锅炉本体散热热量，降低锅炉散热热损失Q5。高温烟气经高效旋流烟气余热回收装置传质换热后，放出热能、降低温度进入冲击式脱硫装置后，更利于烟气中二氧化硫的吸收，提高脱硫效率，而放出的热能被新风吸收降低了排烟热损失Q2，升温后的新风送入炉膛后，更利于燃煤燃烧。
（2）工作原理
根据炉窑的生产工艺流程，在系统中增设高效旋流换热装置。从炉窑排出的高温烟气经过换热装置换热管外侧时，被换热管内被加热介子（空气或水），在管内旋流组件的作用下，以旋流贴壁的流型流经换热管束，吸收热能被加热，通过管道再送入炉内参加燃烧，热能被有效回收利用，节能降耗。
本技术通过在换热单元管中装入旋流组件，而使管内介子旋流贴壁流动。如图4 所示。

图 4-金属管状旋流空气换热器

采用旋流贴壁技术后，使换热元件的综合传热系数提高30%以上，达到35W/m2℃～45W/m2℃。通常流体介子在管内流动时，管中心的流速较高，贴壁的流速较低，在壁面上的速度为零。在湍流状态下，中心流速为平均流速的1.2倍。而在旋流贴壁流型工况时，管内介子流速分布则相反，管中心介子流速较低，而贴壁介子流速反而增高，有利地减薄和破坏管壁介子的附面层，使管内介子流体的动能得到了充分利用，传热效率得以提高。管内介子因旋流摩擦阻力提高部分小于管内介子动能利用率的提高，两者综合，当常规管或换热单元相比总的阻损害有所降低，使换热单元高效低阻。采用旋流贴壁技术，管内流动介子以斜切线的流型流经管壁表面，切线贴壁流动介子将管内壁流体附面层全部破坏掉，使传热表面与高速流动的介子充分接触，传质换热，对流换热系数极大提高。同时管壁介子流速的使用寿命，降低了换热单元的材质的耐热性能要求，产品成本降低。
高效旋流换热装置实测数据：当烟气温度为680℃时，空气预热温度达到390℃，传热系数为43 W/m2℃。空气侧阻损为590pa，烟气侧阻损为390pa，与其它热工性能较好的换热器相比，高效旋流换热装置具有本体结构合理、换热机理先进、传热系统系数高、流体压力损失小，产品使用寿命长等优点，是各类炉窑余热回收的优选设备。
3）燃煤风煤比自寻优监测控制技术（仪表、电器自动化部分描述）
（1）控制系统概述
本着节能环保的原则，设计了一套适合于中小锅炉使用的先进的计算机监测和自动控制系统。参见监控系统结构示意图（图5）。该系统除了可对锅炉系统进行实时监测及燃烧控制外，还采用了最佳风煤比自学习系统和风煤比在线自寻优策略，维持锅炉在最佳工况状态下运转。实现了多冗余、多策略控制，提高了监控系统的可靠性。整体控制系统采用常规控制与智能控制并存方案。
蒸汽锅炉控制系统，其控制的目标是控制锅炉燃烧过程的蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压等参数，该系统可对锅炉燃烧运行过程进行实时监测及燃烧运行工况控制，采用最佳风煤比自学习系统和风煤比在线自寻优策略，使锅炉燃烧工况良好，保证设备运行安全，满足用户的供热要求。
蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压的调节主要靠燃烧控制系统来实现。调节温度和压力等参数时，采用偏差控制和PID控制相结合的控制方式。偏差控制方式应用于系统的开关量输出，PID控制方式应用于系统的模拟量输出。

图 5-控制系统示意图

（2）系统控制策略
由低到高，可分为4种控制策略。
①锅炉原有操作系统：此时控制系统不投入，不影响锅炉的正常运转。
②控制系统下位机手动运行方式：在操作台上可以手动无级调节给煤机转速、鼓风风量、引风风量、补水量，PLC处于开环运行方式。
③控制系统下位机自动运行方式：此时PLC投入闭环运行，通过采用常规控制或易于实现的智能控制方法实现对给煤机转速、鼓风风量、引风风量的控制。
④自动控制系统全面投入的运行方式：上位机投入闭环运行方式，高级控制策略投入使用，整个控制系统协调运行，保持系统运行在最佳工况。
（3）最佳风煤比自寻优策略
①最佳风煤比自寻优控制原理
锅炉燃烧系统具有时变、多干扰、强耦合、非线性、大滞后等特点，在线修改风煤比的合理配比是优化燃烧的关键，最佳风煤比自寻优控制的设计思想是：如果上步鼓风机风量变化正向，本步炉膛温度信号变化为正向，说明此刻锅炉为欠氧燃烧，则下步鼓风机风量变化为正向；如果上步鼓风机风量变化正向，本步炉膛温度信号变化为反向，说明此刻锅炉为过氧燃烧，则下步鼓风机风量变化为反向；直到本步炉膛温度信号保持不变（炉膛温度信号相对稳定）则说明风与煤的配比已达到最佳风煤比状态。
②燃烧控制不需要氧化锆传感器
传统的燃烧控制方法均采用炉膛排烟出口处安装氧化锆传感器测量烟气中的含氧量来实现风煤比的控制，以获得最加燃烧状态。但氧化锆价格昂贵，使用寿命短，需经常更换，不但造成运行成本增加，而且控制的可靠性和稳定性差。本系统不需要氧化锆传感器，而是采用“最佳风煤比自寻优控制”方法得到风煤比，确保燃烧处于最佳状态，不但降低了运行成本，而且大大提高了控制系统的稳定性和可靠性。
（4）变频器的节能作用
根据流体力学和风机、泵的工作模型，电机在不同情况下的转速比与辅机的流量比、扬程比、输出功率比有一定的关系。据此，电机的输出功率近似与转速的立方成正比。当电机转速为额定转速的70%时，电机的输出功率仅为额定功率的34.3%，节电率达到65.7%。锅炉安装设计时，配套电机都有部分余量。由于引风机、鼓风机都配套较大容量的电机，在运行过程中势必造成无效电能的损耗。采用变频技术后，将弥补设计的不足，达到经济运行的效果。
（5）最佳风煤比自寻优控制系统设计方案
本系统采用一台触摸屏作为上位机，下位机采用西门子S7系列PLC，通过I/O模块来控制控制柜内所有断路器、接触器和继电器等开关设备，以实现远程控制。鼓风机、引风机各配置一台交流变频器，以实现风量的控制。更换炉排的电磁调速电机控制器，以实现炉排转速自动控制。系统采用分级分层模式，只要系统一上电，即使上位机出现故障，PLC控制系统仍可继续运行，不影响锅炉正常工作。如果PLC系统也出现故障，还可直接在变频器控制面板上进行启/停控制。
原有人工控制系统均予保留，一旦计算机控制系统出现故障，可手动转为原有控制系统。
本系统采用集中控制，分为三层。
• 管理层
系统采用一台触摸屏作为上位机，通过MPI网与下位机PLC进行通讯，对现场锅炉的运行进行集中监控、统一调度，实现对锅炉的远程控制。操作人员也随时可以通过触摸屏了解现场锅炉的运行状况，并对风机等电机进行启停控制和参数设定。
• 现场控制层
该层以西门子S7系列可编程控制器为核心，一方面通过MPI网与上位机通讯，接受上位机管理层的控制命令。另一方面分别对鼓、引风机、炉排电机等进行启停控制和电机转速设定。
• 现场数据采集与变送层
这一层是控制系统的最底层，主要完成现场数据的采集、予处理和变送等工作。这些数据主要包括锅炉的温度、压力、流量等。变送器将采集的温度、压力等物理量转换成电压或电流信号并传送PLC进行数据处理。
（6）最佳风煤比自寻优控制系统的实现
①基本控制
在操作台或触摸屏上，可以进行“启动”、“停止”、“手动”、“自动”、“压火”等操作。
• 当按下“启动”按钮（键）后，首先启动引风机，经延迟（可设定）后，再启动鼓风机、炉排电动机。然后自动进入“手动”操作模式。
• 当按下“停止”按钮（键）后，先停鼓风机和炉排电动机，延时（可设定）后，再停引风机。
• 当按下“手动”按钮（键）后，系统即进入手动操作状态，可以手动的调节鼓风机、炉排、引风机的电机转数，控制补水泵的启动/停止。
• 当按下“自动”按钮（键）后，系统进入自动控制操作方式。操作人员无需调节鼓风机、炉排、引风机的电机转数。
• 当按下“压火”按钮（键）后，首先炉排电机停止运行，然后鼓风机转数降到最低（可设定），经延时（可设定）后，引风机电机转数也降到最低（可设定）。
无论在何种操作模式，在上位机都可以显示各个设备、各种检测仪表的数据。
当本系统故障后无法进行上述控制时，在操作台上，可以切换到原有锅炉的电气控制系统，恢复原有操作功能。
②燃烧过程控制
蒸汽锅炉燃烧系统是一个多变量输入、多变量输出、大惯性、大滞后且相互影响的一个复杂系统。当锅炉的负荷变化时，所有的被调节量都会发生变化，当改变任意一个调节量时，也会影响到其它被调节量。
锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。燃烧控制系统的原理如图6。

图6-燃烧控制系统的原理图
燃烧控制系统的主要功能
• 锅炉的蒸汽压力，始终保持在设定值附近。蒸汽压力的设定值与消耗热量的变化相关。以蒸汽压力为信号，改变燃煤量即炉排转速或煤闸板高度，让蒸汽压力与设定值一致。
• 保证锅炉燃烧过程的经济性。在给定蒸汽压力的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。开始运行时，可根据