工業(yè)鍋爐低負(fù)荷工況節(jié)能分析與對(duì)策(精)

1、工業(yè)鍋爐低負(fù)荷工況節(jié)能分析與對(duì)策陳志剛，毛富杰，張旭，王方(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院天津300192摘要:工業(yè)鍋爐作為一種重要的熱能動(dòng)力設(shè)備被廣泛運(yùn)用，但其存在大量低負(fù) 荷運(yùn)行，偏離最優(yōu)運(yùn)行負(fù)荷的情況，這造成鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率較低，造成了大量能源浪費(fèi)。重點(diǎn)論述了在鏈條爐排工業(yè)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下影響鍋爐效率的因素 并提出了相應(yīng)對(duì)策，以達(dá)到改善熱 效率的目的。關(guān)鍵詞：低負(fù)荷；工業(yè)鍋爐；熱效率中圖分類(lèi)號(hào):TK229. 6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào):1009- 3230(2011 09- 0022 04 Coun termeasures of In dustrial Boilers Low-loa

2、d Con diti ons En ergy-efficie ntCHEN Zhi-ga ng , MAO Fu-jie , ZHANG Xu , WANG Fang(Tianjin Sp ecial Equipment Inspection In stitute of Tech no logy , Tianjia n 300192,Chi naAbstract :ln dustrial boilers as an imp orta nt device thermal po wer is widely used , but there are a lot of its low load , l

3、oad con diti ons deviate from the op timal op erati on ,this is caused a large waste of energy This paper focuses on the in dustrial cha in grate boiler in the low load op erati ng con diti ons affect the boiler efficie ncy factor , and prop osed coun termeasures , in order to achieve the purp ose o

4、f improving the thermal efficie ncy.Key words :Low load ; I ndustrial boiler ; Thermal efficie ncy0引言煤是我國(guó)目前可利用能源型式中的主要能源，在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占70%以上的份額。工業(yè)鍋爐是我國(guó)耗能最多的設(shè)備之一，每年消耗的能源約占整 個(gè)國(guó)家能源消耗的1/3。全國(guó)在用工業(yè)鍋爐保有量約50多萬(wàn)臺(tái)，約180萬(wàn)t /h。其中燃煤鍋爐約48萬(wàn)臺(tái),占工業(yè)鍋爐總?cè)萘康?5%左右,平均容量約3. 4t /h,其中容量在20t /h以下占80%以上,煤炭消耗量占全年煤炭產(chǎn)量的 23%。在工業(yè)鍋爐中大部分為

5、鏈條燃煤工業(yè)鍋爐。鏈條爐往往需要燃燒優(yōu)質(zhì)煤，而熱能的低效率利用 卻浪費(fèi)了大量能源。從全國(guó)來(lái)看，我國(guó)燃收稿日期：2011 06-05修訂日期:2011 -06- 11作者簡(jiǎn)介：陳志剛,男,碩士研究生，鍋爐、壓力管道檢驗(yàn)員，主要從事鍋爐、壓力管道檢驗(yàn)、節(jié)能減排等工 作。煤工業(yè)鍋爐效率低，污染重，工業(yè)國(guó)家平均水平為80%以上，而我國(guó)工業(yè)鍋爐 平均實(shí)際熱效率僅為60% 65%,小容量的工業(yè)鍋爐熱效率只有 50% 60%,節(jié)能潛力巨大1。鏈條爐排工業(yè)鍋爐長(zhǎng)期存在的低負(fù)荷運(yùn)行工況是造成我國(guó)鏈條鍋爐熱效率低 下的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)工業(yè)鍋爐的一般平均運(yùn)行負(fù)荷 只有額定負(fù)荷的30% 70%左右，鍋爐容量

6、越 小，平均負(fù)荷率越低。一般來(lái)說(shuō)，只有在80% 95%額定負(fù)荷下工業(yè)鍋爐才能達(dá)到最佳運(yùn)行熱效率。但由于某些用戶購(gòu)買(mǎi)鍋爐時(shí)的盲目 性，或?qū)ξ磥?lái)可能的熱量需求的考慮，我國(guó)工業(yè)鍋爐運(yùn)行 的實(shí)踐中，使得工業(yè)鍋爐 運(yùn)行中普遍存在低負(fù)荷 運(yùn)行，即 大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。此外，低負(fù)荷運(yùn) 行時(shí) 送、引風(fēng)機(jī)擋板均要關(guān)小，造成節(jié)流損失，消ChinaAll rights reserved.Publishing House* ki .net 1994-2012Academic Journal ElectronicA?；*理 ri- 耗能源。給水泵也存在負(fù)荷不足的現(xiàn)象，這樣就增加了損失，由于輔機(jī)損失 增大，從而使鍋爐機(jī)組

7、 凈效率下降。因此,鏈條式燃煤工業(yè)鍋爐在低負(fù)荷條件下的運(yùn)行熱效率需要重點(diǎn)關(guān)注。新頒布的鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行了限制，對(duì)燃煤工 業(yè)鍋爐的熱效率 規(guī)定了限定值和目標(biāo)值，尤其明確了對(duì)在用鍋爐 實(shí)際運(yùn)行熱效率 進(jìn)行定期檢測(cè)的要求。2低負(fù)荷運(yùn)行各參數(shù)分析反平衡熱效率測(cè)試是通過(guò)測(cè)定鍋爐各項(xiàng)熱損失的方法來(lái)確定鍋爐熱效率。雖然測(cè)試誤差高于正平衡測(cè)試方法，但能夠清 除地標(biāo)明鍋爐各項(xiàng)熱損失，為分析影響鍋爐熱效率的因素，提出改善熱效率措施提 供了依據(jù)。工業(yè)鍋爐反平衡熱效率計(jì)算的熱損失包括：排煙熱損失q 2、氣體不完全燃 燒熱損失q 3、固體不完全燃燒熱損失q 4、散熱損失q 5、灰渣物理

8、熱損 失q 6。對(duì)于在額定工況下運(yùn)行的鏈條爐排燃煤工業(yè)鍋爐，在鍋爐運(yùn)行條件較好的 情況下，排煙熱損失q2和固體不完全燃燒熱 損失q4這兩項(xiàng)之和，占到鍋爐熱損失的 80%以上,不完全燃燒熱損失q 3、q 4往往占到熱損失的10% 15%。由此可見(jiàn), 此時(shí)排煙熱損失q 2是影響鍋爐熱效率的最重要參數(shù)對(duì)于低負(fù)荷運(yùn)行的鍋爐，各項(xiàng)損失在鍋爐反平衡熱效率計(jì)算中的影響相類(lèi)似， 但由于運(yùn)行參 數(shù)的差異，使得各項(xiàng)損失的比重不同于額定負(fù)荷 運(yùn)行情況，改善鏈條 爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的熱效率的途徑也應(yīng)有所不同。2. 1排煙熱損失q2對(duì)熱效率影響排煙熱損失q2在鍋爐反平衡熱效率計(jì)算中 所占的比重相對(duì)較大，而該項(xiàng)損失 主要受排

9、煙處過(guò)量空氣系數(shù)和排煙溫度影響，因此降低鍋爐排 煙溫度和過(guò)量空氣系數(shù)成為提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵。圖2為 按照簡(jiǎn)單計(jì)算得到的排煙溫度和過(guò)量 空氣系數(shù)與q 2關(guān)系圖ChinaAll rights reserved.Publishing House. Ici met 1994 2012Academic Journal Electronic圖2排煙溫度和過(guò)量空氣系數(shù)與排煙熱損失 q 2關(guān)系圖作為鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，q 2與a py直接相關(guān),隨著a py的增加，q 2增加的速度大于a py的增加速度，這在排煙溫度較高時(shí)尤為明顯。排煙溫 度越高,q 2正比于a py的曲線斜率越大,相應(yīng)的q 2增加速率就

10、越大。如t py =300?時(shí),a py從1. 5升高到2. 5時(shí),q 2從14. 87%升高到了 24. 11%,增加了約9. 2%,為t py =150?時(shí)的2倍多。當(dāng)排煙溫度增大時(shí)，q 2正比于a py的曲線斜率也越大，相應(yīng)的q 2隨a py增加的速率也就越大。因此，為了提高鍋爐運(yùn)行效率，排煙 溫度越高越要嚴(yán)格控制a py。當(dāng)排煙溫度tpy定時(shí),q 2與a py大致線性關(guān)系,q 2隨a py的增加而增加。如當(dāng)t py =150?時(shí),apy為 1. 5, q 2為 6. 612%,當(dāng) a py 為 2. 5 時(shí)，q 2 為10. 176%,即 apy增加1. 0, q 2增加約3. 5%,

11、相應(yīng)的鍋爐效率下降約3. 5%。常用的降低鍋爐排煙熱損失的技術(shù)措施主要是增加尾部受熱面，改善煙道的密 圭寸狀況等，這對(duì)于在額定負(fù)荷情況下運(yùn)行的鍋爐是有效的措施。低負(fù)荷運(yùn)行條件 下，排煙溫度往往已經(jīng)偏低，理論上不是造成排煙熱損失q 2以及鍋爐熱效率 降低 的主要原因，為了保證鍋爐尾部受熱面安全運(yùn)行，也不宜一味降低鍋爐排煙溫度。相對(duì)于額 定負(fù)荷運(yùn)行，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于燃燒需要的空氣量減少，空氣入爐的速度不足，為了達(dá)到相同的爐 膛深度或擾動(dòng)程度，只能人為加大給風(fēng)量，增大過(guò)量空氣 系數(shù)。這就是為什么低負(fù)荷運(yùn)行鍋爐排煙溫度較低的同時(shí)，q 2熱損失仍然占據(jù)很高比例的原因2。2. 2不完全燃燒熱損失q 3、q

12、對(duì)熱效率影響不完全燃燒熱損失q 3、q 4主要受燃燒狀況影響。對(duì)于額定負(fù)荷運(yùn)行的鍋 爐，如果燃燒效率能達(dá)到90%,那么該項(xiàng)損失的影響往往在10% 15%之間，其中q對(duì)于鏈條爐來(lái)說(shuō)一般在0. 2% 2%之間。對(duì)于額定負(fù)荷運(yùn)行的鍋爐降低該項(xiàng)損失時(shí)，要注意避免過(guò)量空氣系數(shù)的增加帶來(lái)的 q 2的顯著增大，因此這需要對(duì)這 兩項(xiàng)（q 2和q 4損失進(jìn)行綜合分析，選擇最佳的過(guò)量空氣系數(shù)。低負(fù)荷運(yùn)行致使 一些鍋爐運(yùn)行參數(shù)難以控制在合理范圍內(nèi)，如爐膛溫度、給風(fēng)量、漏風(fēng)系數(shù) 等。過(guò)高的爐膛過(guò)量空氣系數(shù)，造成火床和爐膛溫度 偏低，燃燒速度明顯減慢，燃 煤量減少，爐內(nèi)溫度 降低，使燃燒工況變壞，煤中的固定碳燃燒變得更

13、 加困難，爐 渣含碳量增加，這樣就使得不完全燃燒 熱損失q 3、q 4增大，運(yùn)行效率下降。低負(fù)荷下鍋爐壓力降低使汽水混合物的飽和溫度降低，導(dǎo)致燃料消耗量的減少，過(guò)量空氣系數(shù) 增大，最終使?fàn)t膛溫度降低，爐膛溫度降低對(duì)燃料 的燃燼不利。爐膛溫度降低，輻射換熱系數(shù)下降，造成鍋爐整體傳熱系數(shù)的降低，也造成鍋爐熱 效率降低。低負(fù)荷下較高的過(guò)量空氣系數(shù)和爐膛水冷 度，影響了爐內(nèi)煤的點(diǎn)燃和燃燒，并 最終影響了煤 的燃燒效率。2. 3散熱損失q、灰渣物理熱損失q對(duì)熱效率影響散熱損失q 5對(duì)于鍋爐的效率影響相對(duì)較小,約占1% 3%, 一般不超過(guò)2%。在 工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則的測(cè)試方法中，該項(xiàng)僅給出了參考范

14、圍。改善該項(xiàng)損失的方法也相對(duì)簡(jiǎn) 單，無(wú)外乎加強(qiáng)鍋爐的絕熱工作?；以锢頍釗p失q 6是最為穩(wěn)定的一項(xiàng)損失，計(jì)算中只與灰渣量 有關(guān)系，而且數(shù)值是最小的。在低負(fù) 荷下兩者的數(shù)值的增大是在絕對(duì)值未發(fā)生變化下相對(duì)值的增 大，實(shí)際上無(wú)論鍋爐的運(yùn)行狀況如何，負(fù)荷如何，對(duì)于同一臺(tái)鍋爐其q5和q6損失的絕對(duì)值是變化 不 大的。在實(shí)際運(yùn)行的鍋爐當(dāng)中存在鍋爐保溫較差的情況，測(cè)試處最高溫度會(huì)超過(guò) 規(guī)程的上限值，那么該情況下q5的損失顯然過(guò)大，需要加強(qiáng)保溫工作。3改善低負(fù)荷運(yùn)行熱效率措施3. 1蓄熱式爐拱改善燃燒工況工業(yè)鍋爐爐拱對(duì)于組織燃料燃燒，提高燃燒效率至關(guān)重要。新煤，后拱側(cè)重于強(qiáng)化主燃區(qū)和烤渣燃盡。提高爐拱溫度能

15、夠加前拱側(cè)重于引燃強(qiáng)對(duì)煤的點(diǎn)燃作用，提高燃燒區(qū)煤層溫度，進(jìn)一步改善煤的燃燒3 0爐內(nèi)輻射換熱公式和煤煙衰 減系數(shù)公式為：E = A(T (T 4e k e (14300 P(TD 2/3卩a P ? 5(2式中E為輻射換熱量；為爐內(nèi)材料發(fā)射率,為斯忒藩一玻耳 茲曼常數(shù)；P為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密 度；D為煤煙粒子平均尺寸,單位為卩m ; T為定 性溫度(絕對(duì)溫度，取為爐膛出口溫度；P通常取為1/3;卩為粒子濃度。爐膛內(nèi)其他參數(shù)相對(duì)固定，那么不同爐拱溫度輻射熱量之比為：(3可見(jiàn)，輻射熱量的大小與輻射體絕對(duì)溫度的 4次方成一定的正比關(guān)系。采用蓄熱輻射式爐拱 時(shí),爐拱溫度能夠提高100? 200?,其輻射

16、熱 量比值提高了 3 8倍。高溫的功能材料形成對(duì)新煤層強(qiáng)烈的熱輻射，在點(diǎn)燃區(qū)形成劇烈燃燒，提高 了對(duì)不同煤種、煤質(zhì)變化的適應(yīng)性，達(dá)到新煤快 速著火，不再發(fā)生斷火現(xiàn)象，在爐 膛溫度降低的條件下，有效提高煤層處的溫度。由于起火線提前，延長(zhǎng)了燃煤在 爐內(nèi)的燃燒時(shí)間，為整個(gè)后面強(qiáng)化 燃燒過(guò)程打下了基礎(chǔ)。3. 2蒸汽二次風(fēng)改善爐內(nèi)流場(chǎng)蒸汽二次風(fēng)有利于小容量鍋爐在低負(fù)荷下保持爐溫水平以及一定的鍋爐熱效率。這主要是由于蒸汽二次風(fēng)在造成爐內(nèi)流場(chǎng)形成湍流的同時(shí)，蒸汽本身對(duì)煤還有一定的助燃作用。在鍋爐正常 燃燒過(guò)程中，由于鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的作用，燃燒 室中存有較多的懸浮碳粒，這些懸浮碳粒實(shí)際上相當(dāng)于一種強(qiáng)有力的還原

17、劑，它不 僅從一次風(fēng)中吸 收氧，而目也從現(xiàn)存的氧化物中奪取氧而成為碳 的氧化物，在熾熱 的蒸汽風(fēng)進(jìn)入燃燒室和高溫碳粒接觸時(shí)，立即發(fā)生如下的反應(yīng)：H 2 O +C +1I7932KJ =CO +H(4反應(yīng)所生成的CO和H 2又馬上和爐膛內(nèi)的 氧氣發(fā)生，燃燒并且放出大量的熱2C0 +O 2 =2CO+565I36KJ (52H 2 +0=2HO +48I53KJ (62整理可知 C +0 2+H 20 =CO 2+40546KJ (7 即 C +0 2=CO 2+40546KJ (8 煙氣中的CO 2與水蒸汽混合后能大大提高 火焰的黑度，產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射作用，可以有效 地提高爐膛的燃燒程度，強(qiáng)化燃燒

18、，降低爐渣可燃物含 量,提高燃燒效率4。蒸汽二次風(fēng)的噴射速度為該處煙氣流速的6- 8倍。蒸汽二次風(fēng)的風(fēng)量不易太多，一般為一次風(fēng)空氣量6%左右，要根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情 況、負(fù)荷情況及燃 燒等情況進(jìn)行調(diào)整。蒸汽二次風(fēng)的汽壓一般情況下可選0. 4Mpa。3. 3控制過(guò)量空氣系數(shù)的措施過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)于低負(fù)荷運(yùn)行鍋爐熱效率意義重大，各種運(yùn)行負(fù)荷均存在最佳 過(guò)量空氣系數(shù) 值。過(guò)量空氣系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為 a k =a +(7 +D /Ded。但低負(fù)荷運(yùn)行鍋爐的實(shí)際過(guò)量空氣系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最佳過(guò)量空氣系數(shù)目前，大部分鍋爐所采用的風(fēng)機(jī)不具備變頻 調(diào)速功能，風(fēng)量的調(diào)節(jié)只能通過(guò)司 爐工經(jīng)驗(yàn)，人為改變進(jìn)風(fēng)擋板的位置來(lái)調(diào)節(jié)，這種落后的調(diào)節(jié)方 式，不僅浪費(fèi)了寶 貴的能源，而且調(diào)節(jié)精度差。變頻器技術(shù)與鍋爐控制系統(tǒng)相結(jié)合，具有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié) 和高控制精度的特點(diǎn)，有利于綜合控制爐膛壓力，防止正壓或負(fù)壓過(guò)大運(yùn)行，合理 調(diào)節(jié)鍋爐通風(fēng)狀 況。此外，和一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)控制風(fēng)量的方 法比較，很好的 解決鼓引風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，造成電機(jī)實(shí)際效率低下的問(wèn)題，提高了鍋爐的凈效率。4結(jié)論鍋爐的熱效率與負(fù)荷之間有一定的關(guān)系，超負(fù)荷和低負(fù)荷運(yùn)行將使運(yùn)行效率降 低。新建鍋爐房一定要科學(xué)規(guī)劃發(fā)展步驟，合理配置鍋爐裝機(jī)容量。鍋爐容 量、參數(shù)的合理配置是使鍋爐設(shè)備 實(shí)現(xiàn)高效率的前提