锅炉系统能源查核及节约能源案例手册

锅炉系统能源查核及节约能源案例手册锅炉系统能源查核及节约能源案例手册目录摘要一、前言二、锅炉系统简介(一)锅炉原理及种类(二)锅炉系统及流程介绍三、燃料及排放物(一)燃料的分类(二)燃料的基本条件(三)排气分析(四)排气温度与露点四、锅炉效率及最佳化操作(一)锅炉最佳化操作(二)锅炉效率的提升及效率计算(三)锅炉能源效率标准五、锅炉系统能源查核事项(一)过剩空气量(二)排烟温度(三)炉壁温度(四)排烟中CO浓度之检测(五)燃煤锅炉灰中未燃碳(六)其它能源查核事项六、锅炉系统节能方法与节能案例分析(一)降低锅炉排气温度(二)闪化后的热水回收使用(三)装设液压联轴器节省用电(四)送风机加装变频器节省用电(五)烟管锅炉积油灰清理周期修订七、参考数据附录一日本有关锅炉的基准空气比、排气温度及炉壁表面温度基准值附录二锅炉系统能源查核表附录三 锅炉系统基本数据摘要锅炉系统在工业上使用极为频繁，一般蒸汽锅炉，其产生之蒸汽不仅是使用在制程上作为直接加热、间接加热之热源；高压蒸汽也应用于汽电共生，甚至在火力发电上，推动涡轮机等原动机，产生电力。另外，常见之热媒锅炉也常被用来作为工厂中重要之加热热源。近年，能源价格日益高涨，如何使锅炉在最有效率之条件下运转，以降低能源耗用，减少CO2之排放量，提升产品竞争力，成为刻不容缓之重要议题。本手册将就锅炉之系统简介、燃料及排放物、锅炉效率、锅炉系统能源查核事项及锅炉系统节能方法与节能案例分析等五部分进行讨论，作为各业界锅炉相关规划、操作、保养之参考，使锅炉在最适化的情形下操作，以提升能源使用效率。一、前言锅炉系统在工业上使用极为频繁，一般蒸汽锅炉，其产生之蒸汽不仅是使用在制程上作为直接加热、间接加热之热源；高压蒸汽也应用于汽电共生，甚至在火力发电上，推动涡轮机等原动机，产生电力。另外，常见之热媒锅炉也常被用来作为工厂中重要之加热热源。近日，能源价格日益高涨，如何使锅炉在最有效率之条件下运转，以降低能源耗用，减少CO2之排放量，提升产品竞争力，成为刻不容缓之重要议题。本手册将就锅炉之系统简介、燃料及排放物、锅炉效率、锅炉系统能源查核事项及锅炉系统节能方法与节能案例分析等五部分进行相关讨论，作为各业界锅炉相关规划、操作、保养之参考，使锅炉在最适化的情形下操作，以提升能源使用效率并增加产品之竞争力。二、锅炉系统简介(一)锅炉原理及种类所谓锅炉，简单而言系指一个设备，它藉由燃烧的过程，稳定连续的将燃料中的化学能转变为热能，此热能再将水蒸发变成高温高压的蒸汽。而产生的蒸汽，则提供作为各种制程上使用，如石化制程、纺织业制程加热，或各种干燥的热量来源，另外，也使用在推动汽轮机(Turbine)等原动机来带动压缩机、泵甚至发电机等大型转动设备。锅炉的种类以用途分类有：工业锅炉、船用锅炉、汽电锅炉、热水锅炉，而工业锅炉又可分为水管式锅炉、火管式锅炉、热煤锅炉、贯流式锅炉。其中水管式适用于高压力蒸汽，如一般锅炉及汽电锅炉，效率较高；火管式锅炉因烟道热气走管内亦称为烟管式锅炉，结构上不适用于高压蒸汽系统，且其效率较水管式锅炉为低。锅炉所使用的燃料目前较常用的都是一些化石燃料，例如固体的煤炭、液体的燃料油、气体的天然气等;各种燃料都有它的优缺点，例如煤炭比较便宜，天然气比较洁净等。而吸收热的介质除了水之外，还可以是其它的流体，例如热媒锅炉中的热媒。在本手册中则将针对蒸汽锅炉做较深入之探讨。(二)锅炉系统及流程介绍整个锅炉系统主要包含燃料及其输送、燃烧器、炉膛、燃烧控制系统、预热器、节煤器、给水系统、汽水循环系统等，下图则为锅炉系统之示意图。？本手册着重在锅炉本体及周边附属设备节能管理介绍，蒸汽系统部分则于另册探讨。排煙脫硫FGD煙囪飼水泵BFPM冷凝水槽除氧櫃D/A供汽至製程使用鍋爐鍋爐排放水燃料空氣預熱器省煤器蒸汽空氣預熱器送風機FDF送風機FDF製程冷凝水回收锅炉系统流程示意图三、燃料及排放物(一)、燃料的分类燃料是一种容易在空气中燃烧而能经济地利用其燃烧热之物质总称，因此须具备供应容易、稳定、价格便宜、贮存及搬运处理方便等条件，依使用状态可分为固体燃料、气体燃料、液体燃料三种。1.固体燃料以固体状态使用之燃料谓之固体燃料，以植物及其变质物为主，如:木材、蔗渣、泥煤、褐煤、沥青煤等，木材、蔗渣及煤之加工品如焦炭，一般均用在小型回收锅炉，在较大型锅炉用之燃料则以煤为主。煤炭之种类，各学派创见颇多，标准亦不尽一致，大致列举如下：(1)依煤质分类煤炭依碳化程度分为无烟煤(Anthracite)，沥青煤(Bituminous)，褐煤(Lignite)，及泥煤(Peat)等，成分以碳为主，另外含氢、氧、硫、氮等元素及水份、灰份，而无一定比例。碳化度高者以燃料比(固定炭/挥发物)分类，碳化度低者以纯碳发热量(换成无水无灰之发热量)之多少分类(参阅附件二:煤炭的分类)。(2)依煤种分类A.以产地别、煤田、矿坑名称分类，如美国煤、澳洲煤、大同煤.等。B.以粒度大小分类，如:通过筛子2030mm者为细煤(煤屑)，4064mm者为中块煤，64mm以上者为大块煤。C.以用途别分类，如锅炉用、原料用、一般燃烧用等。D.以性状别分类，如强粘结煤、弱粘结煤，水洗煤等。2.、液体燃料以液体状态使用之燃料谓之液体燃料，以石油产品为主，比重0.750.697，发热量1010011000 kcal/kg是一种复杂之碳氢化合物，依不同产地其性质有很大之差异，由原油分馏为汽油、煤油、轻柴油，剩下者为重油(又称C重油)。重油为一般锅炉之主要燃料，柴油机发电以轻柴油、B重油为主，气涡轮机则以汽油、煤油、轻柴油为其燃料。3、气体燃料气体燃料可分为由地下喷出之可燃天然气，工业副产品之煤气、炼钢炉气、液化石油气等。(1)天然气主要可燃物是甲烷(Methane)谓之干性气，由气田、沼泽地、泥煤地、煤田地带等较浅部位产出又称熔解性气，另外成份为碳氢化合物，以冷却、吸收等方法可变为汽油谓之湿性气，在油田地带随油产出谓之石油，加以冷冻液化者谓之液化天然气(L.N.G.)。(2)煤气煤炭干馏制造之气体总称为煤气，蒸馏(Retort)制造之气体谓之蒸馏气，焦炭炉(Coke Oven)制造者谓之焦炉气，在大都市使用之煤气则以水性气混入，冷却洗净除去焦油(tar)、氨、苯、硫等，回收后供作燃料谓之都市煤气(City Gas)。(3)炼钢炉气在炼钢、熔矿过程中使煤炭、焦炭不完全燃烧所得之一氧化碳可燃性气体及二氧化碳、氮、灰尘等不可燃性气体。(4)液化石油气石油蒸馏及石油分解时产生之气体或制造汽油时副产之气体经压缩液化称为液化石油气(L.P.G.)或称丙烷气(Propane Gas)为家庭用主要燃料。(5)其它化学合成、精制时排出之气体尚含有甚多可燃物，可收回做燃料，多用于小型之自家发电。(二)燃料的基本条件燃烧也就是燃料之氧化作用，燃料的氧化作用如急遽持续地进行会产生大量的热，这种现象称为燃烧。燃料燃烧之难易，视其挥发为气体之快慢而不同，同时视其最初氧化反应所聚积热量递增值之多寡而有很大的差异。燃料燃烧时须有一定限度以上之温度、空气量及时间，燃料的燃烧无论何种燃料必先挥发为气体，而后始能继续安定的燃烧。燃料之成分大部分为碳、氢的化合物，氢气在常态时均为气体，所以燃烧较易，碳元素在常温时为固体，加热亦不易全部挥发，故燃烧较难。燃料与空气作适当之混合后只需外界略予热源，待其氧化连锁反应快到其所放出之热量比散去之热量大时，燃料与空气之混合物即能保持连续安定之燃烧，此时所需之最低温度称为着火点，实际之着火点因周围之环境、炉膛压力、燃料与空气之混合比等的不同而异。燃料与空气如混合之比例不当，则空气太多时燃料浓度较稀薄，反之则较浓，太薄或太浓之燃料与空气混合物除无法得到连续稳定之燃烧外，太浓会造成不完全燃烧，太薄会增加排气热损失，故欲得到稳定、完全之燃烧，燃料与空气的混合比有其一定之范围，此范围内之混合物谓之可燃性混合物(Inflammable Mixture)，实际的燃烧过程比理论更复杂，首先空气须预热至接近着火温度以帮助燃烧，燃料与空气虽依照适当的比例送入燃烧室，但由于喷嘴、分配器、导向片等设备之不良及炉膛有偏流，都可能在燃烧室中混合不均匀使某一部份混合物太稀薄，另一部份又太浓而造成燃烧不稳定。(三)排气分析为使燃料完全燃烧必须供给比理论空气量多而能与燃料均匀混合之最少量过剩空气，此过剩空气量依燃料之性质及燃烧装置而异。一般而言之，在使燃料完全燃烧之前提下，过剩空气量愈少，愈能提高燃烧温度而促进良好的燃烧，并能减少排气所带走的热损失及SOx之生成量；而减低SOx生成量并可抑低排气对锅炉之低温腐蚀及对环境所造成之污染，故低过剩空气量之运转非常重要。为判断燃烧之好坏以节省燃料及防止公害，必须做燃烧管理。普通以分析排气中之CO2、O2、CO、N2含量(CO2+O2+CO+N2100%)及计算排气中应含有之(CO2)max与过剩空气量来判断，完全燃烧则排气成份中无CO，且CO2含量接近(CO2)max；如排气中有CO则为不完全燃烧现象。灰渣中可燃物成份太高则为混合不均匀或粉煤细度太粗所致。排气中CO2含量若与计算应有之(CO2)max相差很大，若非不完全燃烧便是过剩空气太多。这些现象都要做燃烧调整。为便于随时了解燃烧情况，锅炉都装有物理式之CO2分析计或O2分析计来监视，并以化学式之ORSAT气体分析器来定期分析排气之成份及校验CO2计或O2计之准确性。下图即是排气CO2及O2含量与过剩空气量之关系，可由CO2计或O2计之指示含量由图中求出过剩空气量。CO2与过剩空气之关系依燃料种类大有差异；而O2与过剩空气之关系受燃料种类影响很少，故近年来大部份较大型锅炉均采用O2计来监视。图 排气CO2及O2含量与过剩空气量之关系(四)排气温度与露点排气温度也是决定锅炉热损失之重要因素之一，排气温度太高，随排气排放至大气中之热量就愈大，热损失也愈高。故在锅炉后半部设有省煤器及空气预热器等装置来回收热量，降低排气温度。但如排气温度低于烟气之露点(Dew Point)，则其中之水汽开始凝结为水滴而有害于空气预热器之低温段及其下游之烟道设备。烟气之露点即为烟气中水汽(Water Vapor)之分压力(Partial Pressure)所相当之饱和温度。硫化物会使排气之露点较理论值为高，故凡燃烧含较高硫份之燃料时，其烟气温度之设定要较高。理论上烟气之露点可由计算求得，但实际应用数值则大多由实验求得(参阅附件一：日本有关锅炉之排气温度基准)。四、锅炉最佳化操作及锅炉效率(一)锅炉最佳化操作我们评估一个蒸汽锅炉是否为最佳化操作，至少有下列几个重点须要被考虑：第一个就是能量的利用，这一部份包括如何有效的将燃料中的化学能藉由燃烧的过程尽量全部转换成热能，接着就是如何的藉由适当的设备及妥善的操作将热能传递到水这个介质，这一部份亦是本手册研讨的主题。第二个部分就是锅炉产出的蒸汽质量，影响的有补充水的水质控制，以及锅炉操作的控制等。包含补充水制程的操作管理以及锅炉系统的给水、炉水水质调整，例如：加中和胺调整给水的PH，避免腐蚀等异常发生；加脱氧剂，例如联氨，降低水中的溶存氧，避免腐蚀发生，以及加磷酸盐类之清罐剂防止锅炉产生锅垢等。不同种类、压力等级之锅炉的相关水质控制基准在JIS及ASME CODE等都有详细规范。水质的控制技巧，添加药品的种类、浓度，目前都有水处理的专业厂商能提供客户最好的建议。炉水、蒸汽质量控制不良，会造成锅炉设备腐蚀或结垢，同时炉水或蒸汽质量不良造成的异常也会使蒸汽锅炉，甚至蒸汽用户整个系统的危害，所以必须特别注意加以控制。第三个部分就是锅炉系统的稳定性，锅炉一般产生的产品蒸汽，往往使用的客户众多，一旦蒸汽质量例如压力、温度不符要求，甚至因为设备异常，发生非预期的停车，造成停止供应蒸汽，经常会造成连锁反应，导致下游众多客户的连带影响，所以蒸汽锅炉系统运转的稳定度、可靠度，也是它操作最适化与否的一项重要指标。这一部份除了上述所讲的燃烧调整、水质控制以外，包含了建厂之初的规划是否妥当，锅炉于试车运转后，除了要建立标准操作程序(SOP)及标准保养程序(SMP)，要求相关人员确实遵守执行，避免因人为失误造成设备系统的损坏外，设备的保养也应该从传统的故障保养，改为藉由振动分析仪、红外线测温仪等仪器，对相关设备进行量测记录及趋势管理，达到设备在发生重大异常前，就能预先判断，事先进行备料、生产调度以及安排计划性的停车检修，来达到不单是对蒸汽锅炉，甚至是整个公司不利影响降到最低的安排。除了上述三个项目外，蒸汽锅炉的操作亦必须符合相关的工安、环保的法规要求，以较大型的蒸汽锅炉而言，是所谓的危险性设备，依照现有的工安法规，需要申请危险性工作场所、制程危害分析(HAZOP)等，操作人员也必须受训取得锅炉操作等证照，另外还必须每年向工检单位申请检查等等。以环保而言，蒸汽锅炉通常须要有设置许可、操作许可，还要定期进行排烟检测，甚至安装连续排烟监视系统(CEMS)，确保排烟中污染物符合环保法规，也要每季依污染物排放量、燃用燃料种类申报空污费。以上种种都与蒸汽锅炉是否能合法稳定运转习习相关。(二)锅炉效率的提升及效率计算要使锅炉达到能量的充分利用以提升效率，基本上有下列三种方式：第一个是藉由调整燃烧条件，使燃料在锅炉内充分完全的燃烧，也就是将燃料中的化学能尽量转换成热能。再来就是将生成的热能尽量的回收使用，这部份除了可以藉由水吸收热转变成高温高压的蒸汽外；也可以将这些热量回收，用来加热助燃空气或燃料，以达到能量的充份回收。另一种提升锅炉效率的方法就是减少锅炉系统的电力等能源使用，这一部份常藉由良好的设计及适当的设备来达到节省能量的目的，例如适当烟风道或管路尺寸的设计减少压损，相对降低风车或泵的电力秏用，或着是使用液压联轴器、变频器等设备替代风门、控制阀等浪费能源的设备，以达到节省电力能源之目的。锅炉是一个很成熟的制程设备，所以第二、三项有关能量的充份回收及节省，一般在系统规划设计阶段，应该都已经充份考虑，故在本手册不再赘述，后面章节中则以节能改善的实例说明。至于燃烧的最佳化调整，往往跟燃料的特性及人员的操作习惯有很大的关系，尤其是大型蒸汽锅炉，一般因为能源耗用量比较大，为了考虑降低燃料费用及燃料取得的稳定性，往往使用价格最便宜，蕴藏量最丰富的煤碳做为燃料，而煤碳一般均直接由矿坑挖掘出来，未经特殊处理就送给客户使用，而每一个矿坑所产的煤碳性质产异性很大。藉由燃烧的调整可以达到降低燃料的残余未燃份，也就是将燃料中的化学能充份的转换为热能，一般而言，可以将灰中之未燃碳(U.B.C.)降低到46%。在这里要补充说明的一点是，目前因为环保法规严格要求排烟中的NOx含量不得超过管制值，所以新设锅炉使用分段燃烧的低氮氧化物燃烧器(也就是所谓的Low Nox Burner)配合火上风(也就是所谓的OFA)以降低燃烧温度，抑制thermal Nox生成量的燃烧方式已变为主流，这种方式虽可将Nox排放量由大概500ppm降至约200ppm，相对而言也牺牲了燃烧效率，前面所说将灰中之未燃碳降低到46%，是在将NOx控制在约200ppm前提下，如果不考虑thermal NOx生成量，而以其它方式控制NOx排放浓度，藉由适当的调整燃烧条件应可将U.B.C.控制在4%以下，更进一步提高燃烧效率另外藉由适当调整操作条件及适当装置热回收设备，可以尽量降低排烟温度，也就是减少能量损失，增加能量的回收率，提高锅炉效率，但是一般燃料除了天然气外都有硫份存在，而硫份在燃烧过程中将氧化成硫氧化物，如果排烟温度低于硫氧化物的冷凝点，一般称为露点;硫氧化物将冷凝成硫酸或亚硫酸，造成系统的腐蚀，影响系统的稳定安全运转。硫氧化物的露点随排烟中水份的含量及硫氧化物的组成而定，一般约在130150C，所以在安全运转的考虑下，排烟温度除考虑能量的回收外，也要考虑避免腐蚀的发生，所以以燃煤锅炉而言，一般都将锅炉排烟控制在130C左右。要提升锅炉效率，就必须对所谓燃烧做较深入之探讨，所谓燃烧是指燃料的氧化作用，这个氧化作用如果持续急速地进行，而且产生大量的热，我们就称这种现象为燃烧。在此需强调，不论是固体燃料、液体燃料或气体燃料，燃烧前都必须先挥发成气体，所以燃料燃烧的难易，视燃料成分挥发为气体的快慢而不同，同时也视他最初氧化反应所聚积热量递增值的多少，而有很大的差异。从燃烧的定义可以发现，要构成燃烧须要有三个最基本的条件，燃料、热(温度)，氧气(指助燃物)，因为空气中含有20.9%的氧气，所以一般都是以空气做为燃烧的助燃物。燃料如前述可依照物理性质分为气体燃料、液体燃料以及固体燃料，成分大部分为碳、氢、氧等的化合物，氢气在常态时是气体，所以燃烧较容易，碳元素在常温时是固体，加热也不容易全部挥发为气体，所以燃烧较困难。燃料跟助燃物作适当混合后，只需要外界稍微给他加一点热源，当这些混合物的氧化连锁反应快到他所放出的热量比散去的热量还大的时候，燃料跟助燃物的混合物就能够保持连续安定的燃烧，在这里所需要的最低温度就称为着火点，实际的着火点因为周围的环境、炉膛的压力、燃料与助燃物混合比等的不同而不同。燃料跟助燃物混合的比例不当，如果助燃物太多的时候，燃料浓度就比较稀薄，反过来燃料浓度就太浓，太薄或太浓的燃料跟助燃物的混合物，除了无法得到连续稳定的燃烧之外，燃料太浓会造成不完全燃烧，燃料太薄会增加排气的热量损失，所以要得到稳定、完全的燃烧，燃料跟助燃物的混合比，有一定的范围，这个范围内的混合物我们称之为可燃性混合物(Inflammable Mixture)固体燃料跟液体燃料的主要成份都是碳氢化合物，他燃烧所需助燃物的计算，是先依照元素分析，来分析燃料成份的重量比，再依燃烧反应式来计算他所需要的助燃物量。而气体燃料的主要成份则是多种含不同碳氢原子数的分子混合物，他燃烧所需助燃物的计算一般是以成份的容积比，再依燃烧反应式计算来计算他所需要的助燃物量。以下为较常用的公式是计算公式，供参考。1.理论空气量与实际空气量的计算理论空气量一般以A0表示，是代表依燃料燃烧的化学反应所求出之干空气量。A.以固体及液体燃料而言常用的计算公式：Ao11.47C34.48 (HO/8)4.31 (Kg/Kg燃料)Ao8.89C26.66 (HO/8)3.33 (Nm3/Kg燃料)B.以气体燃料而言常用的计算公式：Ao =4.760.5(H2)0.5(CO)2(CH4)7.5 (C6H6)(O2) (Nm3/Nm3燃料)在上面三个公式中C、H、O、S代表固体及液体燃料的成份重量比(Kg/Kg)；而H2、CO、CH4等则代表气体燃料成份的容积比(Nm3/Nm3)在实际应用的时候，在燃烧的过程中，应该多供给些空气才能得到完全燃烧，这一部分比理论所需量多出来的空气量，称之为过剩空气(excess air)。实际空气量(一般以A表示)一般都用与理论空气量的百分比表示，而所供给的空气一般是直接由大气中抽取，所以都是含有湿度的湿空气量(一般以Aw表示)，有关实际空气量、湿空气量的计算式如下面两个公式所示：AAom，Aw(1y) A在上面公式中m代表的是过剩空气比y47 X / 29 ，为含干空气量1Nm3 之空气中所含之水蒸汽量(Nm3)，X 为空气之绝对湿度(Kg/Kg)。一般而言，过剩空气比愈高，燃料愈容易完全燃烧，但因炉膛等设备热交换面积及容积为固定，过多的过剩空气进入系统，相对在系统内的燃烧、停留时间缩短，热量传递给水等介质的量反而降低，而且由物质不灭定律可以知道，由烟囱排出的烟气总质量将增加，所以排出系统的热量相对增加，反而降低系统的总热效率，就总体热效率而言，过剩空气比并不是愈高愈好。依经验值，各种燃料的合理空气过剩比是：固体燃料一般在1.151.20之间，相对而言，也就是排烟在炉膛出口的氧气浓度控制在2.8到3.5%之间液体燃料一般在1.101.15之间，也就是排烟在炉膛出口的氧气浓度控制在1.9到2.8%之间气体燃料一般在1.051.10之间，也就是排烟在炉膛出口的氧气浓度控制在1到1.9%之间有关于不同过剩空气量的情形下，炉膛出口氧气浓度的简易的计算公式，就是将过剩空气量减1，乘以21再除以过剩空气量，即可以得到炉膛出口氧气浓度，例如以过剩空气量1.2为例，1.2减1，等于0.2，再乘以21等于4.2，再除以过剩空气量1.2等于3.5，所以过剩空气量1.2时，炉膛出口氧气浓度理论上应该是3.5%。(参阅表 ：过剩空气与烟气中含氧量关系图及附件一日本有关锅炉之过剩空气比基准)。图 过剩空气与烟气中含氧量关系图从上面我们了解了燃烧的三个基本条件对锅炉效率的影响，接下来针对在锅炉系统燃烧过程中，一般操作上可以调整的三个燃烧参数讨论，他们分别是温度(Temperature)、时间(Time)、紊流(Turbulence)，因为每一个英文字的第一个字母都是T，所以习惯上我们称之为”三T”。首先来看温度：不论是燃料或助燃物，温度愈高，燃烧就愈完全，燃料一般藉由预热或干燥来提升他的温度。在燃料安全运转的条件下，将燃料以适当方式加热，例如燃油以蒸汽式热交换器或电热式加热器加热，除了可以提高燃烧的温度，相对而言，缩短他在炉膛挥发为气体所需的时间，也就可延长燃料在燃烧区燃烧时间，可以有效提高燃烧效率。而燃料油在加热的过程中，往往会析出沥青的杂质，附着于加热器的换热表面，影响热交换效率，造成燃油温度无法到达设计值，降低燃烧效率，或需要耗用较多蒸汽或电力等异常，故需纪录相关运转实际燃油温度，加以追踪了解加热器之性能，必要时需加以拆解清理。或者是将燃料以适当方式干燥，例如粉煤在粉煤机以一次热风干燥并加热，除了可以提高燃烧温度，相对而言，也延长燃料在燃烧区燃烧时间，可以提高燃烧的效率。以助燃物而言，通常将助燃物(空气)经由各种热回收设备，例如瓦斯空气预热器等，以排烟等将助燃物进入炉膛温度提高，除了可以降低排气热量的损失，也可以提高燃烧效率。而锅炉常用燃料一般都会产生油灰或煤灰，这些杂质极易附着于瓦斯空气预热器，影响热交换效率，造成热量无法有效的由热排烟传递到助燃空气中，造成烟囱排烟温度偏高等异常，降低锅炉之效率(一般而言，排烟温度每提高10，锅炉效率降低0.60.7%)，故除须定期使用吹灰器等将附着于热交换器表面积灰清除外，提升热交换器性能，降低排烟温度外，亦需纪录相关运转实际排烟温度，加以追踪了解热交换器性能，必要时需进行人工清洁热交换器之工作。以时间而言，燃烧滞留时间愈长，燃烧愈完全，但一般锅炉的燃烧炉膛在设计施工完成后，几乎是一个定值，在同样的负载下，燃烧时间也相对是定值，所以除非是系统有尖、离峰负载调整，可以在离峰时段藉由平均降低各锅炉负载，以延长燃烧时间外，否则一般均是以减小燃料颗粒或降低过剩空气等方式，以相对延长燃烧时间的方式，来提升燃烧效率。以燃料而言，可以藉由粉碎相对延长燃烧时间，例如屑煤经由粉煤机辗磨，使其粉碎，除可增加燃料与助燃物接触面积，提高燃烧效率之外，并且因为屑煤颗粒变小，可以减少各粉煤燃烧所需时间，相对地，就是延长燃烧时间，提升燃烧效率。一般目前的燃烧器对粉煤的要求大约在下面这种粒度的标准：通过200 mesh 筛网的粉煤百分比需在75% 以上通过50 mesh 筛网的粉煤百分比需要在99% 以上一般粉煤机内部磨轮及磨盘等，均使用如高铬合金耐磨件制作，以确保使用寿命及性能，但仍应定期检视、量测各组件之磨耗情形，当磨耗超出厂商建议基准值时，应予以更新，确保粉煤粒度符合需求。并应定期取样检验粉煤粒度，除作为粉煤机性能之参考外，亦可作为燃烧条件调整之依据。就助燃物而言，助燃物愈少，相对燃烧滞留时间愈长，燃烧愈完全。除了适当调整过剩空气量，将其控制在最低值，以提升燃烧效果之外，如前面所提到的，因为环保要求，目前高压锅炉一般均使用低氮氧化物燃烧器(LOW NOx BURNER)及火上风等环保设备，适当搭配调整，除了可以降低NOx排放，仍可维持燃烧效率在一定水平以上。就紊流效果而言，系统紊流愈大，使燃料及助燃物接触机会就愈多，燃烧也就愈完全。以燃料来讲，例如粉煤一般藉由一次风输送，在燃烧器内经过旋风器或文氏管产生较大旋转或流速，来达到增加系统紊流的目的。或是重油经由油枪头之喷洒、雾化，来达到增加系统紊流的目的。如前所述，燃料油除本身可能在制造或运输过程中可能会有杂质外，在加热过程也容易析出沥青，造成油枪喷头阻塞，故定期清理油枪喷嘴甚至更新，也是确保燃烧效率不可或缺之工作。以助燃物来讲，助燃物在燃烧器或火上风等设备藉由旋风器、文氏管或喷嘴产生较大旋转或流速，来增加系统紊流，提升燃烧效率。通常此部分是最常需要运转人员配合燃料特性而调整的，而实际调整的方式，需要配合燃烧器等设备组件的操作方式来执行。一般来讲，经由旋风器将空气等助燃物调整得旋转越利害，燃烧器出口火焰就会越宽越短，燃烧效果越好，反之，燃烧器出口火焰会较狭长，燃烧效果较差，需要特别注意的是，在进行这方面的调整前，应该将各调整单元的相关位置及燃烧状况纪录后，再进行调整，调整完，等系统稳定后，应将各调整单元的相关位置及燃烧状况，再予以纪录，以便进行比较，确认调整前后燃烧状况后，再决定更进一步的调整。另外需特别注意的是，调整过程中各燃烧器所生成旋风不要彼此接触干扰，以及火焰不要直接冲击水墙管等设备，以免造成局部过热而烧损设备。相关调整组件因长期与高速流体接触，无可避免的会有磨耗现象产生，因此适当的耐磨材质选用及定期检查修补甚至更换，是确保燃烧效率必须的工作项目。(三)锅炉能源效率标准新设锅炉其效率标准，需依照经济部九十年九月公告(经(九)能字第九四六一八九八号)之标准。修正后之锅炉能源效率标准如下表，实施日期为九十二年七月一日。此公告适用于以燃油或燃气为燃料之蒸汽锅炉，效率标准则依国家标准（CNS2141）之热损失法计算，并依燃料低热值计算涵盖废热回收装置之锅炉全载时之能源效率。表 锅炉能源效率标准一、锅炉能源效率标准 种类 容量(公吨/小时) 能源效率标准(%) 备注水管式燃油锅炉三十以上九十二五标准适用范围及计算方式： 、本效率标准适用于以燃油或燃气为燃料之蒸汽锅炉，不适用于贯流式锅炉。、效率标准依国家标准（CNS2141）之热损失法计算，并依燃料低热值计算涵盖废热回收装置之锅炉全载时之能源效率。十以上未达三十九十一五以上未达十八十九五未达五八十八五水管式燃气锅炉三十以上 九十三五十以上未达三十 九十二五五以上未达十 九十一五未达五 九十五烟管式燃油锅炉三十以上 九十十以上未达三十 八十九五以上未达十 八十八未达五 八十七烟管式燃气锅炉三十以上 九十二十以上未达三十 九十一 五以上未达十 九十未达五 八十九二、本锅炉能源效率标准自民国九十二年七月一日起施行。五、锅炉系统能源查核事项综合以上燃烧条件的调整，汇总以下五个重点，可作为日常锅炉燃烧操作调整的查核依据。(一)过剩空气量过剩空气量太多造成热源排放的浪费，太少造成燃烧不完全。以固体燃料而言，过剩空气量应控制在1520%之间；液体燃料一般在1015%之间；气体燃料一般在510% 之间。一般可以用锅炉出口O2含量来确认过剩空气量控制是否洽当，以固体燃料而言应控制在2.83.5%之间，液体燃料一般在1.9到2.8%之间；气体燃料一般在1到1.9%之间。(二)排烟温度排烟温度直接影响锅炉效率，应藉由调整燃烧条件，使用适当的热回收装置(如加热助燃空气、锅炉给水、燃料等)，以降低排烟温度，提升锅炉效率。但须注意，排烟温度不得低于排气之露点温度，以免造成设备的低温腐蚀。排烟温度及过剩空气与锅炉效率关系图如图 所示。排氣溫度與周圍溫度差（）空氣比（m）排氣熱損失（%）(三)炉壁温度锅炉炉壁保温不良，造成炉壁温度偏高，除了直接造成热能损失，易造成操作空间高温，除易使相关设备劣化外，也可能造成人员烫伤等工安意外。故除依相关工程基准施工外，随时检测炉壁温度，发现异常立即检修，亦为提升锅炉效率之重要日常查核项目。可参考附件一为日本有关锅炉炉壁表面温度基准值。(四)排烟中CO浓度之检测排烟中CO浓度如偏高，则表示燃料在锅炉中燃烧不完全，需针对锅炉之燃料、助燃空气量、燃烧温度、炉内紊流状况进行全面性之点检及针对问题点改善。(五)燃煤锅炉灰中未燃碳燃煤锅炉灰中未燃碳如偏高(一般高于6%以上即可视为异常)，则表示燃料在锅炉中燃烧不完全，除依(四)项所列项目进行全面性之点检及改善外；粉煤粒径亦应列入检查项目重点，若粉煤粒度不符合原设计规格，则粉煤机磨轮、磨盘、分离机等机构之磨耗量、间隙应与量测检查及针对问题点改善。(六)其它能源查核事项锅炉系统能源查核除了上述五项重点，其它能源查核要项汇整如下清单，能源管理人员可藉此了解可能的节能作法及其节能改善空间，下表仅为一般通则，节能诊断及估算仍需依各厂设备系统状况及实际运转操作状况而定。表 锅炉系统能源查核要项说明项目范围及条件节能通则尾气温度OC取决于酸露点每降低20OC可节约1%燃料含氧量%燃气12%燃油34%每降低3%可节约1%燃料排放量%脱矿水燃料流量：30%燃料雾化效果乳化油水510%23%节能30% NOX减量冷凝水储槽减少排放损失省水、热能及化学药剂除氧柜位置及温度回收排放热备注：有关蒸汽系统能源查核事项，将于另册中详探讨。六、锅炉系统节能方法与节能案例分析(一)降低锅炉排气温度某工厂燃油锅炉其排气温度高达200，应可以再降低排气温度，且以0.5%低硫燃油而言，应无因此而造成低温腐蚀之虞。节能改善案例：建议可改善锅炉系统空气燠热器，或将锅炉补充水先经排气预热，如此应可降低排气温度至150，回收热能，预估可增加锅炉效率2%。效益计算：该工厂锅炉全年工作360天，且24小时连续运转，全年燃油量为13,932公秉，平均燃油量为每小时1.6公秉，排气量以19,500Nm3/h估算，烟气比热0.3kcal/Nm3，燃料油热能以9,200千千卡/公秉计，计算其省能效益为：(200150)19,500Nm3/h0.3kcal/Nm3292,500千卡/时292,500千卡/时9,200千千卡/公秉360天/年24时/天1,000274.7公秉/年节约的金额约为274.7公秉/年8000元/公秉1,980,000元而其投资费用以各增设一套瓦斯空气预热气计，2组共投资约140万元，回收年限仅0.7年。(二)闪化后的热水回收使用在高压蒸汽锅炉系统，一般都使用超纯水做为补充水，虽然水中杂质很少，但是经过高压蒸汽锅炉高倍数的浓缩以后，杂质浓度提高，而且系统中的加药、腐蚀产物等等，也相对增加系统水中杂质浓度，为了避免水中杂质浓度持续升高，造成系统的危害，所以必须藉由炉水的连续冲放将杂质排放。一般高压蒸汽锅炉的连续冲放水，都是由汽鼓或泥鼓中引出的高温饱和水，以汽鼓压力152kg/cm2而言，其连续冲放水热焓高达386仟卡公斤，这一部份的热水一般设计是先将他送到闪汽槽，经由闪化的过程分为较低压力的饱和蒸汽及饱和水，蒸汽回收供加热使用，此蒸汽通常是回收到脱氧器做为加热蒸汽。至于低压饱和水，一般则经由排放槽(Blowdown tank)排放，实际上，这一部份的热水热值仍然颇高，且水质比一般的工业水比较还好，应可充份回收利用，所以除了可回收热能，还可以回收水质源，一举两得。节能改善案例：某厂将其500T/H、129kg/cm2、541C的锅炉连续冲放水，先经闪化槽闪化后回收7kg/cm2的蒸汽，送到脱氧器，作为加热源，另外再将7kg/cm2的饱和水，经由配管回收，作为排烟脱硫(FGD)的吸收剂氧化镁苛化成氢氧化镁制程的热源及水源。实际投资配管等费用大约10万元，每小时可回收7kg/cm2，172C的热水230kg，如果以煤碳单价每公斤1.2元计算，每年则可节省6万元，回收年限为1.6年。其省能效益计算如下：(17225)kcal/kg230kg/H8,760H/年302,220,000kcal/年节省费用：302,220,000 kcal/年 / 6000 kcal/kg-煤1.2元/kg-煤60,444元/年回收年限：100,000元 / 60,444元/年1.6年而如果再加上水质源的节省费用及废水排放的处理费用，其效益则更加卓著。(三)装设液压联轴器节省用电一般锅炉在设置时，其相关的辅机设备，因考虑设备操作弹性及设备性能衰退等因素，在购买时都会有相当的余裕(即安全系数)。以风车为例，购置的规格相较于设计需要，其风量通常会增加15%，风压则会增加32%，整体而言，马达增加了52%的马力数，而在实际操作时，则常以风门开度调整，使风车运转在实际所要的风量及风压。这样的操作控制模式，有很大一部份的风压是消秏在对系统没有帮助的半开风门上，相对地就造成了电力的浪费。节能改善案例：某工厂350T/H锅炉的平衡通风送风机上，其原来使用入口风门控制时，配合燃烧调整，入口风门在全载时开度仅约36%，马达耗电量524kW。经过改善，入口风门全开，以新增的液压联轴器来控制风车转速，以符合系统所需要的风量风压，耗电量降到434KW，节省90kW，以1度电1.5元的平均单价计，每年可以节省电力费用118万元，相较于投资购买液压联轴器等改善费用384万元，回收年限为3.2年。所以相关大型辅机设备，例如引风机、锅炉给水泵等，应都可评估安装液压联轴器的经济效益。本案省能效益估算如下：改善前马达运转电流108A，相当于524kW(马达效率及功率因素等以0.85计)3.3kV108A0.853524kW改善后马达运转电流89A，相当于434kW(马达效率及功率因素等以0.85计)3.3kV89A0.853434kW524kW434kW90kW节省费用：90kW1.5元/kW8,760h/年1,182,600元/年回收年限：3,840,000元1,182,000元/年3.2年(四)送风机加装变频器节省用电上述案例一般应用在大型马达有良好实绩，但液压联轴器等设备多为国外进口，投资费用较高，较不适合在小型风车、泵之改善。而目前国产小型变频器之设置费用、实际应用之稳定度及节能效果均能符合一般设备需求。下面提供之节能实例即是一般较小型的锅炉系统，送风机以变频调速控制，节省用电。节能改善案例：某工厂锅炉系统的100hp(额定电流231A)送风机，这一台送风机原来使用出口风门控制，配合现场蒸汽需求，该锅炉大多以78%负载运转，配合燃烧调整，经过调整出口风门，实际马达运转马力数为76hp(运转电流180A)。经过评估增设变频器改善，将出口风门全开，以新增的变频器控制马达及风车转速，以符合系统所需要的风量风压，预估耗电量可降到64hp，节省12hp，以1度电1.5元的平均单价计，每年可以节省电力费用12万元，相较于投资购置变频器等改善费用37万元，3.1年就可以回收。本案省能效益估算如下：改善前锅炉负载在78%时，马达运转电流180A，相当于76hp(马达效率及功率因素等以马达额定时之97%计)100hp180A231A0.9776hp使用变频器后改善后，预估马达转速为原转速之80%时，即可提供所需风量及风压，预估运转所需电力为64hp(使用变频器降速运转后，预估整体风车及马达效率降低为原转速之80%)0.803100hp80%64hp76hp64hp12hp9kW节省费用：9kW1.5元/kW8,760h/年118,260元/年回收年限：370,000元118,200元/年3.1年(五)烟管锅炉积油灰清理周期修订一般烟管式锅炉于燃烧使用过程，会产生油灰，附着在烟管上会造成热传效率不佳，排烟温度过高，浪费能源。目前各厂家多以时间周期配合锅炉定期检修，进行各锅炉烟管积油灰清理。节能改善案例：某公司依各锅炉单位产汽耗油量统计资料分析，清理前后之产汽耗油量有明显差异，最高可达10 L-油/T-蒸汽，经检讨后，依各锅炉单位产汽耗油量统计资料排定烟管清理时间，以确保锅炉效率。以产汽量4T/H，单位产汽耗油量差异10 L-油/T-蒸汽计算，每月可节省20万元/月，相较于清理工资10万元/次，仅需半个月即可回收。其省能效益计算如下：4T/H10