工業節能減排

工業節能減排就是節約能源、降低能源消耗、減少污染物的排放。一般的講，節能必定減排。而減排卻未必節能，所以減排技術必須加強節能技術的應用，以避免因片面追求減排結果而造成的能耗激增，注重社會效益和環境效益均衡。

隨着全球變暖帶來的各種自然災害日益頻繁，給人類社會帶來巨大的損失。節能減排得到國際社會的廣泛關注。世界各國都開始提高能源的利用效率，減少污染物特別是温室氣體的排放。歐洲、美國、日本等發達的國家針對節能減排制定了一系列的政策方針，積極開展節能減排的科技創新，取得了較好的節能減排效益，值得發展中國家借鑑和學習。

當節能減排已經成為全球可持續發展的共識之一，對如何提高節能減排效率的動因分析開始受到學者的關注。沒有任何一個國家否認節能減排的巨大作用，但基於研究目的和研究角度的差異，人們對影響節能減排效率的主要因素理解有所不同。總的來説，目前國內外學者普遍採用環境庫茲涅茨曲線作為理論依據。

環境庫茲涅茨曲線認為，環境績效與經濟水平、技術、產業結構等高度相關：首先，經濟增長的規模效應需要消耗更多的資源、產生更多的污染物，從而使環境質量不斷惡化。其次，隨着經濟的穩步發展，大量清潔、高效的技術被使用，經濟結構由高污染、高排放、高能耗的工業經濟向綠色可持續的服務型經濟和技術經濟轉變，產業結構被優化，技術效應與結構效應超過經濟增長的規模效應，環境質量得以提高。再次，經濟水平的提高使經濟體有更充裕的條件改善原有技術的資源利用效率與污染物產生、排放效率，降低單位產出對要素的投入和對環境的污染，削弱其對自然的影響。最後，經濟水平的進一步提高使社會對環境質量的需求不斷增長，大量的環境產品被消費者接受，且政府對環境的管制不斷加強，環境規制的經濟與法律體系不斷嚴格與完善，環境質量也得到優化與改善。 ^[1] 

燃燒採用的燃料按照形態可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。固體燃料有煤、柴薪、焦炭、木炭、煤矸石、甘蔗渣以及稻糠等；液體燃料有汽油、柴油、重油以及焦油、酒精等；氣體燃料有天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣等。工業燃料以煤和重油為主。

空氣過剩係數是控制燃燒工況和影響燃料利用經濟性的一個重要指標。如果採用的值偏大，則送入燃燒區間太多的過剩冷空氣既降低了温度，又帶走很多熱量隨煙氣排出，加大了排煙熱損失，同時也增大了送風機和排風機的電耗。如果採用的空氣過剩係數值偏小，則真正能與燃料發生化學反應的空氣量可能達不到所需要求，使燃料燃燒不充分，從而加大不完全燃燒熱損失，降低了燃燒效率。空氣過剩係數的大小通常根據燃料性質、燃燒方式、燃燒設備等因素來確定。

採用煙氣分析儀表可監測和及時調節送風量，準確地控制燃燒時實際需要空氣量，使燃燒工況儘量接近理想狀態。一般採用氧量計後，可控制煙氣含氧量降到5%以下，大型鍋爐熱效率可提高1%～3%，小型鍋爐甚至可提高10%以上（原始情況不同，收效也有差異）。採用煙氣分析儀表組成供氣（供氧）自動控制系統，對經濟合理使用燃料有顯著效果。

燃燒方式和燃燒設備對於燃料與空氣的充分混合影響很大，因此對燃燒效率有重要影響。工業燃煤鍋爐採用煤粉燃燒和流化牀燃燒（沸騰燃燒），燃油霧化為極微小的液滴與空氣混合後再燃燒，低發熱值燃氣也是先與空氣預混合再燃燒。這些措施可使燃料與空氣充分接觸與混合，提高熱效率，減少燃料的浪費。近年來，出現了一些新的提高燃燒經濟性的節能技術，下面簡單地做一下介紹。

（1）富氧空氣燃燒

在燃燒過程中，氧氣的供給情況決定了燃燒過程完成的是否充分。通常認為空氣由79%的氮氣和21%的氧氣組成，燃燒時只有約佔通風量體積分數20%的氧氣參與燃燒，近80%的氮氣和其他氣體不參與燃燒，而是在燃燒過程中升温高後被排放掉，帶走了熱量，造成能源的無謂消耗。為此，人們需求廉價的含氧高的空氣參與燃燒。當前藉助於“富氧膜”已可得到含氧量30%～90%的富氧空氣。富氧膜是一種高分子材料製成的外徑很小的薄膜。其主要特點是各種不同氣體透過速度不同，而氧透過此膜的速度要比氮高2～5倍，這樣在單位時間中膜內就可得到更多的氧，而氮的含量就減少了。

富氧空氣對節能環保具有重要意義。例如在普通空氣中燃燒1kg重油需14m空氣，如果使用含氧氣30%的富氧空氣則只需要9.78m，所產生的氮氧化合物也減少40%左右。這大大提高鍋爐效率並減輕了污染。為此，日本政府已決定在各種工業鍋爐、取暖鍋爐和船舶動力裝置中廣泛使用富氧空氣。

富氧空氣燃燒在降低污染物排放及節能方面具有顯著的社會效益，該技術能否在企業廣泛使用，取決於製取富氧空氣的成本。如果其成本低於所節約能源的價格，則易於推廣。相信隨着科學技術的進步，製取富氧空氣的成本將會不斷降低，富氧空氣燃燒技術也將在節能環保中發揮重要的作用。

（2）磁化節能技術

燃油磁化後，燃油分子的聚集度降低，造成了燃油流體粒子的細化，因而霧化程度好，火焰温度高，燃燒完全。相對分子質量越大的燃油磁化率越高，節能效果也更顯著。對汽油、煤油、重油等不同燃油來説，磁化對重油、柴油等高餾分的燃油效果更明顯。

磁化裝置還可以除垢防垢，提高鍋爐效率，節約能源並延長設備使用壽命。可在各種鍋爐、水套爐、冷卻器使用磁化器除垢防垢效果顯著。各種磁化消煙節油器在油爐、內燃機車、各種柴油機和汽車上使用皆起到消除黑煙、降低油耗作用。據國內某企業在165台汽油車和8台柴油車上安裝了磁化消煙節油器，經過一年多時間的運行，汽油車百公里油耗量下降4.2%，柴油車百公里油耗量下降9.9%，且排出的CO和煙塵量顯著降低，黑煙消失。

磁化節能技術在國內外已有很多成功經驗和相關產品問世，對推進節能工作起到顯著作用。磁化節能裝置安裝簡單，不需要操作和經常維護，對原生產工藝流程和設備不需更換，不消耗額外能源，也無須投放任何化學藥品，對環境無污染，且投資少，見效快，收益高。一般來説，消煙節能效果與設備的新舊程度有關，舊的比新的效果好，帶負荷比空載效果好，重負荷比輕負荷效果好。磁化節能技術具有高功效、低造價的明顯優勢，很快就得到推廣使用，在節能領域發揮了很大的作用。

（3）燃料添加劑節能

燃料添加劑種類很多，如爐渣改良劑、腐蝕抑制劑和煙霧抑制劑、防塵劑和節油添加劑等。常見的燃料添加劑如下：

①　長虹牌汽油節能添加劑。上海交通大學研製的長虹牌汽油節能添加劑，由霧化劑、助燃劑、催化劑、活性劑、抗氧劑和穩定劑等多種原料構成，可完全溶於汽油。此添加劑無副作用，不增加汽油毒性，並具有抗蝕、抗氧化、防積炭、延長髮動機壽命、提高動力性能等優點。根據有關部門實測，每噸汽油扣除添加劑費用後，可淨節約40kg汽油。此外，對汽車發動機保養也起到良好作用。

②　HPE高效節能素。HPE高效節能素適用於燃燒重油的鍋爐和工業爐窯。重油摻水加高效節能素製成乳化油使用可取得3%～13%的節油效果。同時，還具有升温速度快、穩定性好、不積炭、不結焦、可延長噴嘴使用壽命、減輕環境污染等優點。節油效果受運行設備、摻水量和節能素配比等多種因素影響。使用時可根據設備情況，變化配比進行觀察以找出最佳摻水量和節能素配比量。採用HPE高效節能素配製乳化重油，需增添注水設備及水錶、乳化器、水箱、計量油表等輔助設備，約需投資6000～15000元。一般情況此項投入可在幾個月到半年時間由節約燃料費中收回。因此，此項技術很有推廣價值。

③　PKD添加劑。PKD添加劑是近年來研製出來的內燃機節油添加劑。在汽油中按其質量的1%加入PKD添加劑後製得混合汽油，可大幅提高汽車的動力性能，並能溶解供油系統和燃燒過程中的黏性膠質沉澱物，清除積炭，促進汽油充分燃燒，節油效果顯著。根據某些汽車運輸公司近兩年的測定結果，用PKD汽油後，節油率一般在5%～10%之間。PKD添加劑具有一定的毒性，運輸和使用過程中要防止破損漏液，避開熱源。

④　SMH重油摻水添加劑。SMH重油摻水添加劑是上海材料研究所研製的產品，適用於燃油的各種鍋爐和工業爐窯。經上海高壓容器廠、江南造船廠及馬鞍山鋼鐵公司等20餘家工礦企業應用，均取得很好的經濟效果，可節油3%～12%（摻水量13%～14%左右）。其他優點和HPE高效節能素近似。

鍋爐是能源轉換設備，它將煤、油、氣等一次能源轉換成蒸汽、熱水等載熱體二次能源。鍋爐經濟運行目的是要降低煤耗，節約能源，並使鍋爐綜合運行費用盡量降低。影響鍋爐經濟運行的因素是多方面的，既有技術問題也有管理問題。

我國鍋爐以中小型居多，運行機械化程度低，平均效率只有60%左右，比發達國家一般低10%，節能潛力巨大。當前還有相當一部分鍋爐（主要是小型的）未採取有效的除塵措施，或所採用者實效不佳，使工業鍋爐排放的煙塵和有害氣體成為我國當前的主要大氣污染源。工業鍋爐消耗的煤炭佔據耗煤總量的1/3以上，很多工業鍋爐的熱效率低於國家標準的要求，僅此一項每年多消耗能源2000多萬噸標煤，並每年排塵量多達107t，佔全國總排塵量一半以上。可見，抓好工業鍋爐節能，對國民經濟和環境保護有重要意義。

熱泵是一種將熱能從較低温度系統轉移到較高温度系統的裝置。換熱器只能回收高温餘熱，對冷卻水等低於50℃的餘熱則無能為力，而熱泵具有從低温熱源處回收熱量傳送給高温用熱設備的功能，雖然在回收餘熱過程中需補充一定數量的高品位能量，如電能或機械能等，但其回收的熱能可達此補充能量的3～6倍。可見熱泵是效率極高的設備，具有顯著的節能功效。 ^[2]