[科普中国]-工业节能减排

释义

工业节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物的排放。一般的讲，节能必定减排。而减排却未必节能，所以减排技术必须加强节能技术的应用，以避免因片面追求减排结果而造成的能耗激增，注重社会效益和环境效益均衡。

随着全球变暖带来的各种自然灾害日益频繁，给人类社会带来巨大的损失。节能减排得到国际社会的广泛关注。世界各国都开始提高能源的利用效率，减少污染物特别是温室气体的排放。欧洲、美国、日本等发达的国家针对节能减排制定了一系列的政策方针，积极开展节能减排的科技创新，取得了较好的节能减排效益，值得发展中国家借鉴和学习。

影响因素当节能减排已经成为全球可持续发展的共识之一，对如何提高节能减排效率的动因分析开始受到学者的关注。没有任何一个国家否认节能减排的巨大作用，但基于研究目的和研究角度的差异，人们对影响节能减排效率的主要因素理解有所不同。总的来说，目前国内外学者普遍采用环境库兹涅茨曲线作为理论依据。

环境库兹涅茨曲线认为，环境绩效与经济水平、技术、产业结构等高度相关：首先，经济增长的规模效应需要消耗更多的资源、产生更多的污染物，从而使环境质量不断恶化。其次，随着经济的稳步发展，大量清洁、高效的技术被使用，经济结构由高污染、高排放、高能耗的工业经济向绿色可持续的服务型经济和技术经济转变，产业结构被优化，技术效应与结构效应超过经济增长的规模效应，环境质量得以提高。再次，经济水平的提高使经济体有更充裕的条件改善原有技术的资源利用效率与污染物产生、排放效率，降低单位产出对要素的投入和对环境的污染，削弱其对自然的影响。最后，经济水平的进一步提高使社会对环境质量的需求不断增长，大量的环境产品被消费者接受，且政府对环境的管制不断加强，环境规制的经济与法律体系不断严格与完善，环境质量也得到优化与改善。1

燃烧节能减排技术燃烧采用的燃料按照形态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。固体燃料有煤、柴薪、焦炭、木炭、煤矸石、甘蔗渣以及稻糠等；液体燃料有汽油、柴油、重油以及焦油、酒精等；气体燃料有天然气、焦炉煤气、高炉煤气等。工业燃料以煤和重油为主。

空气过剩系数是控制燃烧工况和影响燃料利用经济性的一个重要指标。如果采用的值偏大，则送入燃烧区间太多的过剩冷空气既降低了温度，又带走很多热量随烟气排出，加大了排烟热损失，同时也增大了送风机和排风机的电耗。如果采用的空气过剩系数值偏小，则真正能与燃料发生化学反应的空气量可能达不到所需要求，使燃料燃烧不充分，从而加大不完全燃烧热损失，降低了燃烧效率。空气过剩系数的大小通常根据燃料性质、燃烧方式、燃烧设备等因素来确定。

采用烟气分析仪表可监测和及时调节送风量，准确地控制燃烧时实际需要空气量，使燃烧工况尽量接近理想状态。一般采用氧量计后，可控制烟气含氧量降到5%以下，大型锅炉热效率可提高1%～3%，小型锅炉甚至可提高10%以上（原始情况不同，收效也有差异）。采用烟气分析仪表组成供气（供氧）自动控制系统，对经济合理使用燃料有显著效果。

燃烧方式和燃烧设备对于燃料与空气的充分混合影响很大，因此对燃烧效率有重要影响。工业燃煤锅炉采用煤粉燃烧和流化床燃烧（沸腾燃烧），燃油雾化为极微小的液滴与空气混合后再燃烧，低发热值燃气也是先与空气预混合再燃烧。这些措施可使燃料与空气充分接触与混合，提高热效率，减少燃料的浪费。近年来，出现了一些新的提高燃烧经济性的节能技术，下面简单地做一下介绍。

（1）富氧空气燃烧

在燃烧过程中，氧气的供给情况决定了燃烧过程完成的是否充分。通常认为空气由79%的氮气和21%的氧气组成，燃烧时只有约占通风量体积分数20%的氧气参与燃烧，近80%的氮气和其他气体不参与燃烧，而是在燃烧过程中升温高后被排放掉，带走了热量，造成能源的无谓消耗。为此，人们需求廉价的含氧高的空气参与燃烧。当前借助于“富氧膜”已可得到含氧量30%～90%的富氧空气。富氧膜是一种高分子材料制成的外径很小的薄膜。其主要特点是各种不同气体透过速度不同，而氧透过此膜的速度要比氮高2～5倍，这样在单位时间中膜内就可得到更多的氧，而氮的含量就减少了。

富氧空气对节能环保具有重要意义。例如在普通空气中燃烧1kg重油需14m空气，如果使用含氧气30%的富氧空气则只需要9.78m，所产生的氮氧化合物也减少40%左右。这大大提高锅炉效率并减轻了污染。为此，日本政府已决定在各种工业锅炉、取暖锅炉和船舶动力装置中广泛使用富氧空气。

富氧空气燃烧在降低污染物排放及节能方面具有显著的社会效益，该技术能否在企业广泛使用，取决于制取富氧空气的成本。如果其成本低于所节约能源的价格，则易于推广。相信随着科学技术的进步，制取富氧空气的成本将会不断降低，富氧空气燃烧技术也将在节能环保中发挥重要的作用。

（2）磁化节能技术

燃油磁化后，燃油分子的聚集度降低，造成了燃油流体粒子的细化，因而雾化程度好，火焰温度高，燃烧完全。相对分子质量越大的燃油磁化率越高，节能效果也更显著。对汽油、煤油、重油等不同燃油来说，磁化对重油、柴油等高馏分的燃油效果更明显。

磁化装置还可以除垢防垢，提高锅炉效率，节约能源并延长设备使用寿命。可在各种锅炉、水套炉、冷却器使用磁化器除垢防垢效果显著。各种磁化消烟节油器在油炉、内燃机车、各种柴油机和汽车上使用皆起到消除黑烟、降低油耗作用。据国内某企业在165台汽油车和8台柴油车上安装了磁化消烟节油器，经过一年多时间的运行，汽油车百公里油耗量下降4.2%，柴油车百公里油耗量下降9.9%，且排出的CO和烟尘量显著降低，黑烟消失。

磁化节能技术在国内外已有很多成功经验和相关产品问世，对推进节能工作起到显著作用。磁化节能装置安装简单，不需要操作和经常维护，对原生产工艺流程和设备不需更换，不消耗额外能源，也无须投放任何化学药品，对环境无污染，且投资少，见效快，收益高。一般来说，消烟节能效果与设备的新旧程度有关，旧的比新的效果好，带负荷比空载效果好，重负荷比轻负荷效果好。磁化节能技术具有高功效、低造价的明显优势，很快就得到推广使用，在节能领域发挥了很大的作用。

（3）燃料添加剂节能

燃料添加剂种类很多，如炉渣改良剂、腐蚀抑制剂和烟雾抑制剂、防尘剂和节油添加剂等。常见的燃料添加剂如下：

① 长虹牌汽油节能添加剂。上海交通大学研制的长虹牌汽油节能添加剂，由雾化剂、助燃剂、催化剂、活性剂、抗氧剂和稳定剂等多种原料构成，可完全溶于汽油。此添加剂无副作用，不增加汽油毒性，并具有抗蚀、抗氧化、防积炭、延长发动机寿命、提高动力性能等优点。根据有关部门实测，每吨汽油扣除添加剂费用后，可净节约40kg汽油。此外，对汽车发动机保养也起到良好作用。

② HPE高效节能素。HPE高效节能素适用于燃烧重油的锅炉和工业炉窑。重油掺水加高效节能素制成乳化油使用可取得3%～13%的节油效果。同时，还具有升温速度快、稳定性好、不积炭、不结焦、可延长喷嘴使用寿命、减轻环境污染等优点。节油效果受运行设备、掺水量和节能素配比等多种因素影响。使用时可根据设备情况，变化配比进行观察以找出最佳掺水量和节能素配比量。采用HPE高效节能素配制乳化重油，需增添注水设备及水表、乳化器、水箱、计量油表等辅助设备，约需投资6000～15000元。一般情况此项投入可在几个月到半年时间由节约燃料费中收回。因此，此项技术很有推广价值。

③ PKD添加剂。PKD添加剂是近年来研制出来的内燃机节油添加剂。在汽油中按其质量的1%加入PKD添加剂后制得混合汽油，可大幅提高汽车的动力性能，并能溶解供油系统和燃烧过程中的黏性胶质沉淀物，清除积炭，促进汽油充分燃烧，节油效果显著。根据某些汽车运输公司近两年的测定结果，用PKD汽油后，节油率一般在5%～10%之间。PKD添加剂具有一定的毒性，运输和使用过程中要防止破损漏液，避开热源。

④ SMH重油掺水添加剂。SMH重油掺水添加剂是上海材料研究所研制的产品，适用于燃油的各种锅炉和工业炉窑。经上海高压容器厂、江南造船厂及马鞍山钢铁公司等20余家工矿企业应用，均取得很好的经济效果，可节油3%～12%（掺水量13%～14%左右）。其他优点和HPE高效节能素近似。

锅炉节能技术锅炉是能源转换设备，它将煤、油、气等一次能源转换成蒸汽、热水等载热体二次能源。锅炉经济运行目的是要降低煤耗，节约能源，并使锅炉综合运行费用尽量降低。影响锅炉经济运行的因素是多方面的，既有技术问题也有管理问题。

我国锅炉以中小型居多，运行机械化程度低，平均效率只有60%左右，比发达国家一般低10%，节能潜力巨大。当前还有相当一部分锅炉（主要是小型的）未采取有效的除尘措施，或所采用者实效不佳，使工业锅炉排放的烟尘和有害气体成为我国当前的主要大气污染源。工业锅炉消耗的煤炭占据耗煤总量的1/3以上，很多工业锅炉的热效率低于国家标准的要求，仅此一项每年多消耗能源2000多万吨标煤，并每年排尘量多达107t，占全国总排尘量一半以上。可见，抓好工业锅炉节能，对国民经济和环境保护有重要意义。

热泵技术热泵是一种将热能从较低温度系统转移到较高温度系统的装置。换热器只能回收高温余热，对冷却水等低于50℃的余热则无能为力，而热泵具有从低温热源处回收热量传送给高温用热设备的功能，虽然在回收余热过程中需补充一定数量的高品位能量，如电能或机械能等，但其回收的热能可达此补充能量的3～6倍。可见热泵是效率极高的设备，具有显著的节能功效。2