第二章鍋爐和熱流加熱器

第二章鍋爐和熱流加熱器2.1簡介本章簡單介紹鍋爐和鍋爐間內(nèi)的各種輔助設(shè)備。鍋爐是將燃燒熱傳遞給水，使水變成熱水或蒸汽的封閉式的容器。然后熱水或加壓蒸汽就可以用來將熱能傳遞到工藝中。水是一種有用而廉價的將熱傳遞給工藝的媒介。水沸騰之后，體積將膨脹約1600倍，產(chǎn)生的力幾乎相當(dāng)于炸藥的爆炸力那么大。因此，對待鍋爐必須極度地小心。鍋爐系統(tǒng)由以下部分組成：給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)。給水系統(tǒng)為鍋爐提供水，并根據(jù)蒸汽的需求量自動調(diào)節(jié)給水量。蒸汽系統(tǒng)收集并控制鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。蒸汽通過一套管道系統(tǒng)引導(dǎo)到用汽點(diǎn)。在整個蒸汽系統(tǒng)中，蒸汽壓力通過閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過蒸汽壓力計進(jìn)行檢測。燃料系統(tǒng)包括所有用于提供產(chǎn)生熱量所需的燃料的設(shè)備。燃料系統(tǒng)所需的設(shè)備取決于系統(tǒng)所用的燃料類型。供給鍋爐轉(zhuǎn)化為蒸汽的水叫做給水。給水的兩個來源是：(1)回流到工藝的冷凝水或冷凝水蒸氣；(2)補(bǔ)充水(經(jīng)過處理的生水)。補(bǔ)充水一定來自鍋爐間和電站工藝之外。為提高鍋爐效率，通常先通過省煤器用煙氣中的廢熱預(yù)熱給水。圖2-1鍋爐間原理圖2.2鍋爐類型本節(jié)介紹各種類型的鍋爐：火管鍋爐，水管鍋爐，整裝式鍋爐，流化床燃燒鍋爐，常壓流化床燃燒鍋爐，正壓流化床燃燒鍋爐，循環(huán)流化床燃燒鍋爐，機(jī)械加煤鍋爐，粉狀燃料鍋爐，廢熱鍋爐和熱流加熱器。2.2.1火管鍋爐在火管鍋爐中，熱氣體通過火管，將鍋殼內(nèi)的鍋爐給水轉(zhuǎn)化為蒸汽?；鸸苠仩t通常用于生產(chǎn)容量較小、低壓到中壓的蒸汽。通常，火管鍋爐的蒸汽容量最高可到12,000kg/小時，蒸汽壓力最高可達(dá)18kg/cm2?；鸸苠仩t可以使用油、氣或固體燃料。由于經(jīng)濟(jì)的原因，大多數(shù)火管鍋爐都是“整裝”的(也就是由制造商負(fù)責(zé)安裝)，可以使用任何燃料。圖2-2火管鍋爐剖面圖2.2.2水管鍋爐在水管鍋爐中，鍋爐給水流經(jīng)管道，進(jìn)入鍋爐包。循環(huán)水被燃燒氣體加熱，在鍋爐包內(nèi)的蒸汽空間轉(zhuǎn)化為蒸汽。水管鍋爐適用于蒸汽消耗量和壓力需求較高的情況，如同時提供工藝用汽和發(fā)電用汽的鍋爐。大部分現(xiàn)代水管鍋爐的設(shè)計蒸汽容量都在4,500–120,000kg/小時，產(chǎn)生的蒸汽壓力都很高。很多燃油和/或燃?xì)馊剂系乃苠仩t都采用“整裝”方式。固體燃料水管鍋爐也可以設(shè)計，但采用整裝式?jīng)]有燃油或燃?xì)忮仩t普遍。水管鍋爐主要有以下特點(diǎn)：強(qiáng)制、誘導(dǎo)和平衡送風(fēng)，有利于提高燃燒效率。對水質(zhì)的耐受性較差，需要配套建立水處理工廠。熱效率水平可能更高。圖2-3水管鍋爐示意圖2.2.3整裝式鍋爐這種鍋爐之所以稱為“整裝式鍋爐”，是因為它是一整套設(shè)備提供和安裝的。整裝鍋爐運(yùn)抵現(xiàn)場后，只需要與蒸汽、水和燃料管線以及電力線路對接好就可以開始運(yùn)轉(zhuǎn)。整裝式鍋爐通常都是鍋殼式火管鍋爐，以便達(dá)到最高的輻射和對流熱量傳輸率。整裝式鍋爐的特點(diǎn)有：燃燒空間小，放熱率高，從而使蒸發(fā)更迅速。大量小直徑管道使對流熱交換更充分。強(qiáng)制或誘導(dǎo)送風(fēng)系統(tǒng)使燃燒效率更高。煙道的數(shù)量使總傳熱效率更高。與其他鍋爐相比，整裝式鍋爐的熱效率更高。這類鍋爐是根據(jù)煙道的數(shù)量——熾熱燃燒氣體通過鍋爐的次數(shù)——來分類的。燃燒室被視為第一個煙道，在其后可能還有一至三套火管。此類鍋爐中最常見的鍋爐是3通型機(jī)組，有兩套火管，廢氣從鍋爐尾部排出。圖2-4典型3煙道燃油整改鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.4流化床燃燒(FBC)鍋爐流化床燃燒(FBC)是近年出現(xiàn)的一個可行的替代方案，它與傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)相比有很大的優(yōu)勢，并且能夠帶來多方面的效益——鍋爐設(shè)計緊湊，燃料選擇靈活，燃燒效率更高，SOx和NOx等有毒污染物排放量更小。這類鍋爐可以用煤、洗滌廢物、稻殼、甘蔗渣以及其他農(nóng)業(yè)廢物做燃料。流化床燃燒鍋爐的蒸汽容量范圍很寬，小至0.5噸/小時，大到100噸/小時以上。當(dāng)均勻分布的空氣或氣體以低速通過一個細(xì)孔篩上的極細(xì)的固體顆粒，如沙粒，固體顆粒靜止不動。當(dāng)空氣流速逐漸增大到某種程度，每一個固體顆粒都懸浮在空氣流中，這時這個沙粒床就成為“流化”了。隨著空氣流速進(jìn)一步增大，就會形成氣泡，激烈湍流，迅速混合，并形成密度一定的床面。這個固體顆粒床的性質(zhì)近似沸騰的液體，并呈現(xiàn)出流體的外觀——“鼓泡流化床”。當(dāng)流化狀態(tài)下的沙粒被加熱到煤的著火溫度，將煤連續(xù)噴射進(jìn)流化床，煤將迅速燃燒，流化床將達(dá)到一個均勻的溫度。流化床燃燒(FBC)在840℃到950℃之間發(fā)生。由于這個溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于灰熔點(diǎn)，煤灰熔化及其相關(guān)問題可以避免。由于在流化床中，煤粉和空氣混合充分，且通過床內(nèi)的傳熱管和床壁抽出熱量的效率更高，因此流化床的傳熱系數(shù)較高，從而使燃燒溫度更低。氣體速度維持在最低流化速度和將顆粒帶走的速度之間。這既能保證流化床的穩(wěn)定運(yùn)行，又能避免顆粒被氣體流帶走。2.2.5常壓流化床燃燒(AFBC)鍋爐此類鍋爐中最實(shí)用的鍋爐是常壓流化床燃燒鍋爐(AFBC)。在傳統(tǒng)的鍋殼式鍋爐內(nèi)加裝一個流化床燃燒器即可改裝成這種鍋爐。在傳統(tǒng)的水管鍋爐內(nèi)也可以安裝類似的系統(tǒng)。根據(jù)煤的品級以及加入燃燒室的燃料類型，煤被粉碎為粒徑1～10mm的顆粒。作為流化和燃燒空氣的常壓空氣被燃料廢氣預(yù)熱后，在一定的壓力下輸送到燃燒室。流化床內(nèi)的輸水管道通常擔(dān)當(dāng)蒸發(fā)器的作用。燃燒的氣體產(chǎn)物(鍋爐過熱段忽略不計)流經(jīng)省煤器、集塵器和空氣預(yù)熱器，然后被排放到大氣中。2.2.6正壓流化床燃燒(PFBC)鍋爐在正壓流化床燃燒(PFBC)鍋爐中，壓縮機(jī)提供正壓送風(fēng)空氣，燃燒器是一個壓力容器。流化床的放熱率和其壓力成比例，因此使用厚層流化床來抽出大量的熱。這將提高流化床的燃燒效率和二氧化硫吸收率。蒸汽在兩組管束中產(chǎn)生，一組在流化床中，一組在流化床的上方。熱煙氣驅(qū)動動力燃?xì)廨啓C(jī)。PFBC系統(tǒng)可以用于熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)(蒸汽和電力)或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。聯(lián)合循環(huán)(燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī))可使總體轉(zhuǎn)換效率提高5至8個百分點(diǎn)。2.2.7常壓循環(huán)流化床燃燒鍋爐(CFBC)在循環(huán)系統(tǒng)中，通過控制流化床的參數(shù)，促進(jìn)固體顆粒的楊析。固體顆粒以一個較稀的狀態(tài)從固體上升管中被提升，而裝配了一臺旋風(fēng)器的下降管則為固體提供了一條返回路徑。在常壓循環(huán)流化床中沒有埋設(shè)蒸汽發(fā)生管。蒸汽的發(fā)生和過熱發(fā)生在上升管出口處的對流段，即水冷壁。在用汽量75～100噸/小時的工業(yè)應(yīng)用中，常壓循環(huán)流化床燃燒(CFBC)鍋爐通常比常壓流化床燃燒(AFBC)鍋爐經(jīng)濟(jì)性更高。對于大型機(jī)組，CFBC鍋爐更大的鍋爐能夠提供更高的空間利用率，更長的燃料顆粒和吸著劑駐留時間，有利于高效燃燒和SO2捕獲，而且比AFBC蒸汽發(fā)電機(jī)更易于應(yīng)用分級燃燒技術(shù)從而控制NOx。圖2-5CFBC鍋爐2.2.8機(jī)械加煤鍋爐加煤器根據(jù)向鍋爐中添加燃料的方法和爐排的類型進(jìn)行分類。爐排的類型主要有拋煤機(jī)爐排和鏈條爐排。2.2.8.1拋煤機(jī)爐排加煤器拋煤機(jī)爐排采用火室燃燒和爐排燃燒兩種燃燒方式。煤從燃燒層的上方連續(xù)送入爐膛。煤的細(xì)小顆粒呈懸浮狀燃燒；大的煤顆粒則落到爐排上，以一層薄的快速燃燒煤層進(jìn)行燃燒。這種燃燒方式為滿足負(fù)荷變化提供了很好的靈活性，因為當(dāng)燃燒速度升高時點(diǎn)火幾乎是瞬時完成的。因此，在很多工業(yè)應(yīng)用中，拋煤機(jī)爐排比其他類型的加煤器應(yīng)用得更加廣泛。圖2-6拋煤機(jī)爐排鍋爐2.2.8.2鏈條爐排加煤器在鏈條爐排加煤器中，煤被加入運(yùn)動的鐵制爐排一端。當(dāng)爐排沿爐膛運(yùn)動時，煤進(jìn)行完全燃燒，剩余的煤灰從爐排末端排出。鏈條爐排加煤器需要一定程度的技術(shù)，特別是在設(shè)定爐排、節(jié)氣門和擋板，以確保清潔燃燒，使煤灰中殘留的未燃燒的碳維持在最少的水平。給煤斗在鍋爐的整個給煤端運(yùn)動。為了控制給鍋爐加煤的速度，需要用一個給煤閘門來控制燃料床的厚度。煤的顆粒大小必須統(tǒng)一，因為大的塊煤可能在到達(dá)爐排末端時還沒有燃燒完全。圖2-7鏈條爐排鍋爐簡圖2.2.9粉狀燃料鍋爐大部分以煤為燃料的電站鍋爐都用煤粉做燃料，很多大型工業(yè)用水管鍋爐也采用這種粉狀燃料。該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在全世界有幾千臺機(jī)組，占全世界煤發(fā)電裝機(jī)容量的90%多。煤被研磨成細(xì)粉狀，對于煙煤，2%的顆粒粒徑在300微米(μm)以上，70%到75%的顆粒粒徑在75微米以下。需要注意的是，如果煤粉研磨過細(xì)，則會使磨煤機(jī)浪費(fèi)電能。另一方面，如果研磨得過于粗糙，那么煤粉在燃燒室中則不能完全燃燒，從而造成較高的煤粉損失。煤粉通過一系列的噴嘴，隨著一部分燃燒空氣噴入鍋爐裝置。此外，可能還需要加入二級和三級空氣。燃燒在1300-1700℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，主要取決于煤的品級。煤顆粒在鍋爐內(nèi)的駐留時間通常在2至5秒，因此顆粒必須足夠小，以確保在這段時間內(nèi)能夠完全燃燒。此系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，例如能夠適應(yīng)的煤的品級范圍廣，對荷載變化反應(yīng)迅速，利用預(yù)熱空氣的高溫等等。采用煤粉燃料最流行的系統(tǒng)之一是切圓燃燒，它在鍋爐的四個角上布置四臺燃燒器，從而在鍋爐的中央形成一個火球。圖2-8粉狀燃料切圓燃燒2.2.10廢熱鍋爐只要有高溫或中溫的廢熱的地方，就可以安裝廢熱鍋爐，安裝的成本也不是很高。當(dāng)廢熱產(chǎn)生的蒸汽量不能滿足蒸汽需求時，還可以使用替代燃料燃燒器。如果不需要直接使用蒸汽，則可將蒸汽用于蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生電能。廢熱鍋爐廣泛用于從燃?xì)廨啓C(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的廢氣中回收廢熱。圖2-9廢熱鍋爐簡圖2.2.11熱流加熱器近年來，熱流加熱器在間接工藝加熱上應(yīng)用很廣泛。這種加熱器采用石油基流體為傳熱介質(zhì)，能夠為用戶設(shè)備提供穩(wěn)定不變的溫度。熱流加熱器的燃燒系統(tǒng)由固定式爐排和機(jī)械通風(fēng)裝置組成。現(xiàn)代的燃油熱流加熱器采用雙環(huán)流、三煙道架構(gòu)，并安裝了一套可調(diào)式壓力噴油系統(tǒng)。作為導(dǎo)熱體的熱流體在加熱器中被加熱后，在用戶設(shè)備中循環(huán)。在用戶設(shè)備中，熱流體通過換熱器將熱量傳給工藝過程，然后返回加熱器。熱流體在用戶端的流動由氣動控制閥根據(jù)運(yùn)行溫度進(jìn)行控制。返回加熱器的油的溫度隨系統(tǒng)荷載的變化而變化，它決定加熱器以低火還是高火運(yùn)行。圖2-10熱流加熱器的典型結(jié)構(gòu)熱流加熱器的優(yōu)點(diǎn)有：閉合回路運(yùn)行，與蒸汽鍋爐相比，熱損耗極低。即使在250℃左右的溫度下，也能夠常壓運(yùn)行，而在相似的蒸汽系統(tǒng)中，則需要40kg/cm2的蒸汽壓力。自動控制調(diào)試，操縱靈活。較高的熱效率，因為由排污、冷凝排水和擴(kuò)容蒸汽造成的損耗在熱流加熱器系統(tǒng)中都不存在。熱流加熱器的總體經(jīng)濟(jì)性取決于具體的用途和參照基準(zhǔn)。以煤為燃料的、熱效率在55-65％之間的熱流加熱器與大部分鍋爐相比都具有優(yōu)勢。在煙道中安裝熱量回收裝置可以進(jìn)一步提高熱效率。2.3對鍋爐的評估本節(jié)介紹對鍋爐(通過直接或間接方法，包括用于效率計算的實(shí)例)、鍋爐排污和鍋爐水處理的性能評估。2.3.1鍋爐性能評估由于燃燒不充分、傳熱面結(jié)垢、操作和維護(hù)不當(dāng)?shù)仍?，鍋爐的性能參數(shù)，如效率和蒸發(fā)率，會隨著時間的推移而衰減。即使是新鍋爐，不斷下降的燃料品質(zhì)和水質(zhì)等原因也會造成鍋爐性能低下。熱平衡能夠幫助我們確定可以避免和不可避免的熱損耗。鍋爐效率測試可以幫助我們找出鍋爐效率與最佳效率的偏差，并為改進(jìn)確定問題的區(qū)域。2.3.1.1熱平衡鍋爐中的燃燒過程可以用一個能流圖來描述。該圖以圖形表示來自燃料的能量輸入，是如何轉(zhuǎn)化為各種有用的能量流以及熱與能的損失流的。箭頭的寬度表示相應(yīng)的能量流中的能量總量。圖2-11鍋爐能量平衡熱量平衡描述進(jìn)入鍋爐的總能量和以各種形式離開鍋爐的總能量的平衡。下圖描述了在蒸汽產(chǎn)生過程中發(fā)生的各種能量損失。圖2-12燃煤鍋爐典型的熱量損失鍋爐的能量損失可以分為不可避免和可避免的損失。清潔生產(chǎn)和/或能源評估的目的就是要減少可避免的損失，也就是提高能源效率。以下?lián)p失是可以避免或降低的：煙氣損失：過量空氣(依靠燃燒器技術(shù)、運(yùn)行、操作(即控制)和維護(hù)，將過量空氣降低到必須的最低水平)。煙氣溫度(通過優(yōu)化維護(hù)(清理)和荷載，改進(jìn)燃燒器和鍋爐技術(shù)降低煙氣溫度)。煙氣和煤灰中未完全燃燒的燃料造成的損失(優(yōu)化操作和維護(hù)，改進(jìn)燃燒器技術(shù))。排污損失(處理鍋爐給水，回收冷凝水)。冷凝水損失(最大限度地回收冷凝水)。對流和輻射損失(改進(jìn)鍋爐保溫)。2.3.1.2鍋爐效率鍋爐熱效率的定義是“能夠有效用于產(chǎn)生蒸汽的熱能占總能量的百分比”。評估鍋爐效率有兩個方法：直接法：比較工作流體(水和蒸汽)獲得的能量與鍋爐燃料的含能量。間接法：鍋爐效率即鍋爐能量損失和能量輸入量的差值。2.3.1.3直接法確定鍋爐效率方法此方法也可稱為“輸入-輸出法”，因為它只需要有效輸出(蒸汽)和熱量輸入(即燃料)即可計算鍋爐效率。鍋爐效率可用下面的公式計算：直接法計算鍋爐效率需要檢測的幾個參數(shù)是：每小時產(chǎn)生的蒸汽量(Q)，單位kg/hr。每小時消耗的燃料量(q)，單位kg/hr。工作壓力(單位kg/cm2(g))和過熱溫度(℃)，如果有過熱溫度。鍋爐給水溫度(℃)燃料的類型以及燃料的總熱值(GCV)，單位kcal/kg燃料。其中hg–飽和蒸汽的焓，單位kcal/kg蒸汽。hf–給水的焓，單位kcal/kg給水。實(shí)例根據(jù)以下數(shù)據(jù)，用直接法計算鍋爐的效率：鍋爐類型：燃煤鍋爐蒸汽(干燥)發(fā)生量：10TPH蒸汽壓力(壓力表)/溫度：10kg/cm2(g)/180℃煤炭消耗量：2.25TPH給水溫度：850C煤的總熱值(GCV)：3200kcal/kg10kg/cm2壓力蒸汽的焓:665kcal/kg(飽和)給水的焓：85kcal/kg直接法的優(yōu)點(diǎn)：電站工人可以迅速計算出鍋爐效率用于計算的參數(shù)很少需要用于監(jiān)測的儀器很少易于將蒸發(fā)率與基準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較直接法的缺點(diǎn)：無法給操作員提供確定系統(tǒng)效率變低的原因的依據(jù)無法計算造成各種效率水平的各種損失量2.3.1.4間接法確定鍋爐效率方法用間接法測試鍋爐的參考標(biāo)準(zhǔn)是英國標(biāo)準(zhǔn)BS845:1987和美國標(biāo)準(zhǔn)ASMEPTC-4-1動力試驗規(guī)程蒸汽發(fā)生單元。間接法也稱為熱損失法。鍋爐的效率可以通過用100減去熱損失比率進(jìn)行計算，即：鍋爐效率(n)=100-(i+ii+iii+iv+v+vi+vii)其中，鍋爐中發(fā)生的本質(zhì)性的損失是由于以下原因造成的熱量損失：干煙氣燃料中的H2形成的水的蒸發(fā)燃料中水分的蒸發(fā)燃燒空氣中存在的水分飛灰中未完全燃燒的燃料爐底渣中未完全燃燒的燃料熱輻射以及其他無法計算的損失燃料中的水分和氫氣燃燒造成的損失是由燃料的性質(zhì)造成的，無法通過鍋爐設(shè)計來控制。用間接法計算鍋爐效率需要的數(shù)據(jù)有：燃料元素分析(H2,O2,S,C,水分,灰分)煙氣中的氧氣或CO2百分比煙氣溫度，單位℃(Tf)環(huán)境溫度，單位℃(Ta)，以及空氣濕度，單位kg/kg干燥空氣燃料總熱值，單位kcal/kg煤灰中的可燃物百分比(使用固體燃料的情況下)煤灰總熱值，單位kcal/kg(使用固體燃料的情況下)下面給出用間接法計算鍋爐效率的詳細(xì)步驟。不過，工業(yè)能源管理者在實(shí)際操作中通常傾向于更簡單的計算方法。步驟1：計算理論空氣需求量=[(11.43×C)+{34.5×(H2-O2/8)}+(4.32xS)]/100kg/kg燃料步驟2：計算提供的過量空氣的百分比(EA)=O2百分比x100/(21-O2百分比)步驟3：計算為每千克燃料提供的空氣的實(shí)際質(zhì)量(AAS)={1+EA/100}x空氣的理論質(zhì)量步驟4：估算所有的熱量損失由干煙氣損失的熱量的比例=mxCpx(Tf-Ta)x100/燃料總熱值其中， m=干煙氣的質(zhì)量，單位kg/kg燃料m=(每1kg燃料燃燒產(chǎn)生的干燥產(chǎn)物質(zhì)量)+(每1kg燃料中的N2質(zhì)量)+(工給的空氣實(shí)際質(zhì)量中的N2質(zhì)量).Cp=煙氣的比熱(0.23kcal/kg)由燃料中的H2形成的水蒸發(fā)所造成的熱量損失所占的比例=9xH2{584+Cp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，H2=1kg燃料中H2的比例Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)燃料中的水分蒸發(fā)所造成的熱量損失所占的比例=M{584+Cp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，M=1kg燃料中水分的比例Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)空氣中的水分造成的熱量損失所占的比例=AASx濕度系數(shù)xCp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)飛灰中未燃燒的燃料造成的熱量損失所占的比例=每燃燒1kg燃料收集到的飛灰×飛灰的總熱值×100/燃料總熱值爐底渣中未燃燒的燃料造成的熱量損失所占的比例=每燃燒1kg燃料收集到的爐底渣×爐底渣的總熱值×100/燃料總熱值由于熱輻射造成的熱損失和其他無法計算的熱損失所占的比例由于不同表面的熱輻射系數(shù)、傾斜度和空氣流類型等不同，實(shí)際的輻射和對流熱損失很難計算。在一臺容量為10MW的較小的鍋爐中，由輻射造成的損失和其他無法計算的損失一般占燃料總熱值的1%到2%，而在一臺500MW的鍋爐中，這部分損失一般占燃料總熱值的1%到2%。輻射損失可以根據(jù)表面的情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓浪?。步驟5：計算鍋爐效率和鍋爐蒸發(fā)率鍋爐效率(n)=100-(i+ii+iii+iv+v+vi+vii)蒸發(fā)率=用于產(chǎn)生蒸汽的熱量/供給蒸汽的熱量蒸發(fā)率表示每消耗1kg燃料所產(chǎn)生的蒸汽的質(zhì)量。一些典型的蒸發(fā)率：燃煤鍋爐：6(即1kg煤可以產(chǎn)生6kg蒸汽)燃油鍋爐：13(即1kg油可以產(chǎn)生13kg蒸汽)不過，蒸發(fā)率還受鍋爐的類型、燃料的熱值和相關(guān)的效率影響。實(shí)例鍋爐具體情況如下：鍋爐類型：燃油鍋爐油的元素分析C:84%H2:12.0%S:3.0%O2:1%油的總熱值：10200kcal/kg氧氣的比例：7%CO2的比例：11percent煙氣溫度(Tf)：220℃環(huán)境溫度(Ta)：27℃空氣濕度：0.018kg/kg干燥空氣步驟1：計算理論空氣需求量=[(11.43xC)+[{34.5x(H2–O2/8)}+(4.32xS)]/100kg/kg油=[(11.43x84)+[{34.5x(12–1/8)}+(4.32x3)]/100kg/kg油=13.82kg空氣/kg油步驟2：計算供給的過量空氣比例(EA)供給的過量空氣(EA)=(O2x100)/(21-O2)=(7x100)/(21-7)=50%步驟3：計算為每1kg燃料供給的空氣的實(shí)際質(zhì)量(AAS)AAS/kg燃料=[1+EA/100]x理論空氣質(zhì)量(AAS)=[1+50/100]x13.82=1.5x13.82=20.74kg空氣/kg油步驟4：估算總的熱量損失由干煙氣損失的熱量的比例=mxCpx(Tf-Ta)x100/燃料總熱值其中，m=干煙氣的質(zhì)量，單位kg/kg燃料m=(每1kg燃料燃燒產(chǎn)生的干燥產(chǎn)物質(zhì)量)+(每1kg燃料中的N2質(zhì)量)+(工給的空氣實(shí)際質(zhì)量中的N2質(zhì)量).Cp=煙氣的比熱(0.23kcal/kg)由燃料中的H2形成的水蒸發(fā)所造成的熱量損失所占的比例=9xH2{584+Cp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，H2=1kg燃料中H2的比例Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)燃料中的水分蒸發(fā)所造成的熱量損失所占的比例=M{584+Cp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，M=1kg燃料中水分的比例Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)空氣中的水分造成的熱量損失所占的比例=AASx濕度系數(shù)xCp(Tf-Ta)}x100/燃料總熱值其中，Cp=過熱蒸汽的比熱(0.45kcal/kg)飛灰中未燃燒的燃料造成的熱量損失所占的比例=每燃燒1kg燃料收集到的飛灰×飛灰的總熱值×100/燃料總熱值爐底渣中未燃燒的燃料造成的熱量損失所占的比例=每燃燒1kg燃料收集到的爐底渣×爐底渣的總熱值×100/燃料總熱值由于熱輻射造成的熱損失和其他無法計算的熱損失所占的比例由于不同表面的熱輻射系數(shù)、傾斜度和空氣流類型等不同，實(shí)際的輻射和對流熱損失很難計算。在一臺容量為10MW的較小的鍋爐中，由輻射造成的損失和其他無法計算的損失一般占燃料總熱值的1%到2%，而在一臺500MW的鍋爐中，這部分損失一般占燃料總熱值的1%到2%。輻射損失可以根據(jù)表面的情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓浪?。步驟5：計算鍋爐效率和鍋爐蒸發(fā)率鍋爐效率(n)=100-(i+ii+iii+iv+v+vi+vii)干煙氣造成的熱量損失:9.29%燃料中的H2形成的水蒸發(fā)造成的熱量損失:7.10%空氣中的水分造成的熱量損失:0.317%熱輻射造成的損失和其他無法計算的損失:2%=100-[9.29+7.10+0.317+2]=100–17.024=83%(大約)蒸發(fā)率=用于產(chǎn)生蒸汽的熱量/供給蒸汽的熱量=10200x0.83/(660-60)=14.11(典型的燃油鍋爐的蒸發(fā)率是13)間接法的優(yōu)點(diǎn)可以得出每一個能量流的完整的質(zhì)量和能量平衡，因此更容易確定提高鍋爐效率的方案間接法的缺點(diǎn)比較耗時間需要有用于分析的實(shí)驗室設(shè)施2.3.2鍋爐排污當(dāng)水沸騰產(chǎn)生蒸汽以后，水中溶解的所有固體物質(zhì)都會殘留在鍋爐中。如果更多的固體物質(zhì)隨鍋爐給水被添加到鍋爐中，它們的濃度就會增大，并且可能最終超過它們在水中的溶解度，它們就會從溶液中沉積出來。濃度超過了一定的水平，這些固體就會造成發(fā)泡并造成水被蒸汽帶走。沉積物還會使鍋爐內(nèi)結(jié)垢，造成局部過熱并最終使鍋爐管破裂。因此，必須控制鍋爐水中懸浮和溶解的固體物質(zhì)的濃縮度。這是通過“排污”過程來實(shí)現(xiàn)的。在排污過程中，一定量的水被排掉，并由鍋爐給水自動替換——從而將鍋爐水中的總?cè)芙夤腆w量(TDS)維持在最佳水平，并除掉已經(jīng)從溶液中析出，將要沉積在鍋爐內(nèi)表面的固體物質(zhì)。鍋爐排污是必須的，它能夠保護(hù)鍋爐內(nèi)的換熱器表面。不過，如果實(shí)施不當(dāng)，鍋爐排污可能成為一個重要的熱量損失源。鍋爐水采樣鍋爐水樣只有在能夠反應(yīng)鍋爐內(nèi)部的情況時才是有用的。因此，從玻璃管液面計、外置水位控制室或給水入口連接處附近取的水樣都可能很不準(zhǔn)確。從鍋爐筒取的水樣既不安全也不準(zhǔn)確，因為那里的水承受著壓力，很大一部分會擴(kuò)容為蒸汽。因此由水樣測量出的總?cè)芙夤腆w量會比從鍋爐內(nèi)部測量的值高?；谶@些水樣分析結(jié)果，通常會排放比必須的量更多的鍋爐水。這個問題的解決辦法是用水樣冷卻器從鍋爐中取水。水樣冷卻器是一個小型換熱器，它用冷水來冷卻正在被取出的水樣，從而消除一切擴(kuò)容，提高操作員的安全度和水樣的準(zhǔn)確度。在一些自動化系統(tǒng)中，直接在鍋爐筒中安裝了一個電導(dǎo)傳感器，以便連續(xù)監(jiān)控總?cè)芙夤腆w量(TDS)。使用自動TDS控制系統(tǒng)的另一個目的是避免蒸汽荷載變化、冷凝水回收率和補(bǔ)給水質(zhì)量對取樣結(jié)果的影響。3.3.2.1電導(dǎo)率，鍋爐水質(zhì)的指示器由于測量鍋爐水中的總?cè)芙夤腆w量是一項非常繁雜和耗時的工作，我們可以通過測量電導(dǎo)率來檢測鍋爐水中的總?cè)芙夤腆w量。電導(dǎo)率升高表示鍋爐給水的“污染物”增多。傳統(tǒng)的鍋爐排污方法有兩個：間歇排污和連續(xù)排污。間歇排污間歇排污是通過手工操作安裝在鍋爐筒最低點(diǎn)的排污管上的一個閥門，使各種參數(shù)(總?cè)芙夤腆w量或電導(dǎo)率，pH值，硅酸鹽和磷酸鹽濃度)降低到規(guī)定的范圍內(nèi)，從而使蒸汽質(zhì)量不至于受到影響。這種排污方法對于除掉已從溶液中析出并沉積在火管和鍋筒內(nèi)表面的固體也是有效的。在間歇排污中，需要短時間開啟一個大的徑向線路，開啟的時間由一個總的規(guī)則，如“每2分鐘一次”，確定。間歇排污需要鍋爐給水量在短時間內(nèi)大量增加，因此，可能必須安裝比用連續(xù)排污法時更大的給水泵。此外，總?cè)芙夤腆w量也會變化，從而造成鍋爐內(nèi)水位變化，因為蒸汽泡尺寸和分布會隨著固體溶液濃度的變化而變化。另外，大量的熱能會隨著間歇排污而損失掉。連續(xù)排污采用連續(xù)排污的鍋爐，溶解物濃度較高的鍋爐水以小水流連續(xù)穩(wěn)定地排出鍋爐，并被連續(xù)穩(wěn)定地流入鍋爐的補(bǔ)給水替代。此方法確保了在一定的蒸汽荷載下，總?cè)芙夤腆w量和蒸汽純度保持恒定。根據(jù)特定的狀態(tài)設(shè)定好排污閥后，就不需要操作員進(jìn)行定期調(diào)節(jié)。盡管連續(xù)排污使大量的熱能被排出鍋爐，可以通過將怕水噴入擴(kuò)容器產(chǎn)生擴(kuò)容蒸汽，從而回收熱量。擴(kuò)容蒸汽可以用于預(yù)熱鍋爐給水。這種排污方式在高壓鍋爐中很常見。從擴(kuò)容器排出的剩余的鍋爐排污水仍然含有大量的熱能，其中很大一部分還可以通過換熱器來加熱冷的鍋爐補(bǔ)給水，從而進(jìn)行回收。完整的鍋爐排污水熱量回收系統(tǒng)，如下圖所示，通過提取擴(kuò)容蒸汽和剩余排污水的能量，可以回收排污水中蘊(yùn)涵的80%的能量。此系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何尺寸的蒸汽鍋爐。這樣一套系統(tǒng)的通常在短短幾個月之內(nèi)就可以回收。圖2-13從鍋爐排污水中回收熱量圖解2.3.2.2鍋爐排污計算控制鍋爐水溶解固體濃度所需的排污量用下面的公式計算：若整裝式鍋爐允許的最大總?cè)芙夤腆w量為3000ppm，補(bǔ)給水占總水量的比例為10%，補(bǔ)給水的總?cè)芙夤腆w量為300ppm，則排污比例為：=300x10/3000=1%若鍋爐蒸發(fā)率為3000kg/小時，則需要的排污率為：=3000x1/100=30kg/小時2.3.2.3排污控制的好處良好的鍋爐排污控制能夠大大降低水處理和運(yùn)行成本，包括：預(yù)處理成本更低補(bǔ)給水消耗量更少維護(hù)停機(jī)時間更短鍋爐壽命更長水處理化學(xué)制劑消耗量更低2.3.3鍋爐給水處理為了產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的蒸汽，需對水處理進(jìn)行良好的管理，以控制蒸汽純度，沉積物和腐蝕度。鍋爐是鍋爐系統(tǒng)的積垢器。它基本上收納了鍋爐前所有的雜質(zhì)。選擇和控制鍋爐給水質(zhì)量直接影響到鍋爐性能，效率和運(yùn)行時間。當(dāng)給水進(jìn)入到鍋爐中時，增加的溫度和壓力致使水中的不同成分行動不一。給水中的絕大成分是可溶的。然而，在高溫高壓下大多數(shù)可溶成分從溶液中分離出來，變成固體微粒，有時以結(jié)晶形式出現(xiàn)，有時以非晶態(tài)顆粒形式出現(xiàn)。當(dāng)某一成分含量超過其在水中的溶解度時，水垢和沉積物就產(chǎn)生了。必須有效地保證鍋爐給水不產(chǎn)生固體沉積物，以保證快速有效的熱傳遞，并且必須保證給水對鍋爐金屬無腐蝕。2.3.3.1控制沉積物鍋爐中的沉積物是由于給水的硬度污染和凝結(jié)水以及給水系統(tǒng)中的污染物引起的。給水的硬度污染是可能是由水軟化系統(tǒng)效率低下引起的。沉積物和腐蝕物質(zhì)會導(dǎo)致能量損失，并可能導(dǎo)致鍋爐管道失效進(jìn)而無法產(chǎn)生蒸汽。沉積物就像絕熱體一樣可減緩熱傳遞。鍋爐內(nèi)大量的沉積物可急劇的降低熱傳遞從而明顯的降低鍋爐效率。不同類型的沉積物對鍋爐效率的影響是不同的。因此有必要分析沉積物的特性。沉積物的絕熱保溫效應(yīng)會導(dǎo)致鍋爐進(jìn)上溫度上升，從而導(dǎo)致管道過熱而失效。2.3.3.2雜質(zhì)產(chǎn)生沉積物在鍋爐中最能影響沉積物形成的水中的化學(xué)物質(zhì)是鈣鹽和鎂鹽，這兩者被稱為硬鹽。鈣和鎂的重碳酸鹽溶解在水里以形成堿性溶液，這些鹽類具有堿性硬度。它們遇熱會分解，釋放出二氧化碳并沉淀后形成軟泥。這些由鈣鎂重碳酸鹽引起的硬度被稱為暫時硬度－硬度，因為水煮沸后，這些物質(zhì)就會分解消失。鈣和鎂的硫酸鹽，氯化物和硝酸鹽等溶解在水里，呈化學(xué)中性，是非堿性硬度。這些物質(zhì)被稱為永久性硬度化學(xué)物質(zhì)，能在鍋爐表面形成堅硬的水垢，這些水垢很難去除掉。非堿性硬度的化學(xué)物質(zhì)在溫度上升后，溶解度下降，使得它們從溶液中凝結(jié)出來，在鍋爐中由于蒸發(fā)的作用而濃縮起來，或是產(chǎn)生化學(xué)變化而變成更難溶的化合物。2.3.3.3硅鍋爐給水中的硅可導(dǎo)致形成堅硬的硅垢。硅也可以和鈣鹽和鎂鹽反應(yīng)，生產(chǎn)導(dǎo)熱率很低的鈣和鎂的硅酸鹽。硅由蒸汽中的小水滴運(yùn)送或在高壓蒸汽中以揮發(fā)分形式進(jìn)入汽機(jī)后，可在汽機(jī)的葉片上形成沉積物。鍋爐給水處理的兩大方式是內(nèi)部水處理和外部水處理。2.3.3.4內(nèi)部水處理內(nèi)部處理包括鍋爐加藥以阻止水垢的形成。形成水垢的化合物被轉(zhuǎn)化為可自由流動的軟泥，通過排污去除掉。該方法只限于鍋爐在給水的硬度鹽分較低，可允許較低的給水壓力和較高的TDS含量，并只有少量的水需要處理的情況下使用。如果不能滿足以上條件，就需要大量的排污以去除軟泥。從熱損失和水損失的角度來看，這是不經(jīng)濟(jì)的。不同的水源需要不同化學(xué)劑?？墒褂玫幕瘜W(xué)劑有碳酸鈉，鋁酸鈉，磷酸鈉，亞硫酸鈉和植物化合物和無機(jī)化合物。有各種專利化學(xué)品適用于不同的水況。在每個工況下，都必須咨詢專家以決定哪些是最適用的化學(xué)劑。僅僅只采用內(nèi)部水處理是不可取的。2.3.3.5外部水處理外部水處理是用來去除懸浮顆粒，溶解固體（特別是形成水垢的罪魁禍?zhǔn)祝}鎂離子）以及溶解氣體（氧氣和二氧化碳）。外部水處理過程分為：離子交換除氧（機(jī)械除氧和化學(xué)除氧）反滲透除鹽在進(jìn)行以上任何步驟之前，必須去除水中的懸浮物質(zhì)和色素，因為這些物質(zhì)可能會使接下來的處理過程中使用的樹脂中毒。預(yù)處理方式包括在澄清池里簡單的沉淀一下，或在凈化池里加入凝結(jié)劑和凝聚劑后澄清。帶有噴射通風(fēng)的可去除二氧化碳和鐵的壓力砂濾池可用來去除井水中的金屬鹽。水處理的第一階段是去除硬度鹽和可能的非硬度鹽。僅去除硬度鹽稱為軟化，將溶液中的鹽類全部去掉稱為除鹽。外部水處理過程表述如下。離子交換過程（軟化車間）在離子交換過程中，當(dāng)水通過天然沸石床或合成樹脂床時，硬度被消除了，并不會產(chǎn)生任何沉淀物。這種最簡單的方式是“堿離子交換法”，在該交換中，鈣鎂離子被交換為鈉離子。在之后的飽和再生過程中，鈣鎂離子又與氯化鈉反應(yīng)。鈉鹽是可溶的，在鍋爐中不會產(chǎn)生水垢。由于堿性離子交換器只是用鈉取代鈣和鎂，因此它沒有降低TDS含量和鍋爐排污量，也沒有降低堿度。除鹽是將所有的鹽類去除掉。這是通過使用“陽離子”樹脂達(dá)到的，它通過在水中用氫離子交換陽離子，生成鹽酸，硫酸和碳酸。在除氣塔中，通過在酸液中鼓風(fēng)將碳酸去掉。之后，水通過一個“陰離子”樹脂，使得陰離子和無機(jī)酸交換（如硫酸），并生成水。不時的需要進(jìn)行陽離子和陰離子的再生，再生過程主要分別使用無機(jī)酸和燒堿?？梢酝ㄟ^正確的選擇陰離子樹脂來達(dá)到完全去除硅的目的。如果需要的話，離子交換過程可以達(dá)到幾乎完全除鹽的目的，正如現(xiàn)在大型電站的鍋爐需要的情況一樣。除氧在除氧過程中，通過在鍋爐之前預(yù)熱給水來去除溶解的氣體，如氧氣和二氧化碳。所有的天然水都溶解有氣體。一些氣體可急劇地加快腐蝕，如二氧化碳和氧氣。當(dāng)在鍋爐系統(tǒng)中加熱時，二氧化碳(CO2)和氧氣(O2)作為氣體釋放出來，并與水(H2O)結(jié)合形成碳酸(H2CO3)。將鍋爐給水中的氧氣，二氧化碳和其它不可壓縮的氣體去掉對鍋爐設(shè)備的壽命和安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。碳酸腐蝕金屬，降低設(shè)備和管道的壽命。它也溶解鐵(Fe)，使得給水回到鍋爐后會沉淀下來并在鍋爐和管道上形成水垢。該水垢不僅會減少設(shè)備壽命，同時也使熱傳遞所需要的能量增多。除氧可用機(jī)械除氧，化學(xué)除氧，或兩者皆用。機(jī)械除氧用機(jī)械除氧的方式除去溶解的氣體，該方式經(jīng)常在加入化學(xué)除氧劑之前使用。機(jī)械除氧的依據(jù)是查理定律和亨利定律。大概來說，這些定律表明可通過加熱給水來除去氧氣和二氧化碳，因為加熱給水可降低給水周圍大氣的氧氣和二氧化碳的濃度。機(jī)械除氧是最經(jīng)濟(jì)的，是在除氧器壓力對應(yīng)的沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行。機(jī)械除氧可以為真空式或壓力式。真空式除氧器運(yùn)行壓力低于大氣壓力，運(yùn)行溫度為82℃，能將水中的氧氣含量減少到0.02mg/升。需要運(yùn)行真空泵或蒸汽噴射器來維持其真空度。壓力式除氧器運(yùn)行時，蒸汽通過一個壓力控制閥進(jìn)入給水中，以維持需要的運(yùn)行壓力，因此最低的運(yùn)行溫度為105℃。通過蒸汽將給水溫度升高，從而釋放O2和CO2氣體并排放出去。該方式可將含氧量降低到0.005mg/升。當(dāng)可以得到多余的低壓蒸汽時，可以通過選擇運(yùn)行壓力來利用這些蒸汽，從而節(jié)約燃料。在鍋爐系統(tǒng)中，更多的是利用蒸汽來除氧，這是因為：蒸汽中完全不含O2和CO2。蒸汽容易得到。蒸汽提供了整個反應(yīng)所需要的熱量。圖2-14機(jī)械除氧化學(xué)除氧即使最有效的機(jī)械除氧器只能將含氧量降低到一個較低的水平(0.005mg/升)，而很微小的含氧量也可能對系統(tǒng)造成腐蝕損害。因此，為了達(dá)到良好的運(yùn)行狀況，需要用化學(xué)除氧劑將那點(diǎn)微小的含氧量去除掉，如使用亞硫酸鈉或聯(lián)氨等。亞硫酸鈉與氧氣反應(yīng)形成硫酸鈉，增加了鍋爐給水中的TDS含量，從而增加了排污的需求，提高了補(bǔ)給水的質(zhì)量。聯(lián)氨與氧氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退Ｔ诟邏哄仩t中總是使用聯(lián)氨，因為此時鍋爐給水的固體量必須較低，而聯(lián)氨不會增加給水中的TDS含量。反滲透反滲透是利用以下原理：當(dāng)兩種不同濃度的溶液被一個半滲透的隔膜分開時，低濃度的溶液的水就會通過隔膜去稀釋高濃度的溶液。而如果高濃度的溶液被加壓后，該過程就反過來了，水就會從高濃度的溶液流向低濃度的溶液。這就是所謂的反滲透。產(chǎn)生的水的質(zhì)量取決于高壓側(cè)的溶液的濃度和隔膜兩邊的壓差。該過程適合于TDS含量很高的水，如海水。2.3.3.6推薦鍋爐和給水質(zhì)量在鍋爐水中發(fā)現(xiàn)的雜質(zhì)多少取決于給水處理前的質(zhì)量，水處理過程以及鍋爐運(yùn)行程序?？傮w來說，鍋爐運(yùn)行的壓力越高，對雜質(zhì)的敏感度就越強(qiáng)。2.4提高能源效率的可能性本節(jié)包括關(guān)于燃燒，熱傳遞，可避免的損失，廠用電，用水質(zhì)量和排污方面的提高能源效率的契機(jī)。能效與能量損失有關(guān)，因此鍋爐中的能夠提高能源效率的契機(jī)與燃燒，熱傳遞，可避免的損失，大量的廠用電，用水質(zhì)量和排污密切相關(guān)。鍋爐系統(tǒng)中各種各樣的提高能源效率的契機(jī)為：控制煙囪的溫度用省煤器預(yù)熱鍋爐給水預(yù)熱燃燒空氣將不完全燃燒降到最小控制過量空氣避免輻射和對流熱損失自動排污控制減少結(jié)垢和飛灰損失降低鍋爐蒸汽壓力風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和水泵的變速控制控制鍋爐負(fù)荷恰當(dāng)?shù)腻仩t運(yùn)行程序替換鍋爐以下的章節(jié)將對此進(jìn)行詳細(xì)的解釋。2.4.1控制煙囪的溫度煙囪的溫度應(yīng)該盡可能的低。然而，又不能過低而致使水蒸汽在煙囪管道上凝結(jié)下來。這一點(diǎn)是非常重要的，因為燃料中包含有大量的硫分，溫度過低會導(dǎo)致硫的露點(diǎn)腐蝕。煙囪的溫度若高于了200℃就表明有回收廢熱的可能。此外還表明了熱傳遞/回收的設(shè)備將會結(jié)垢，因此很有必要及早停機(jī)來清洗水側(cè)/煙氣側(cè)。2.4.2用省煤器預(yù)熱鍋爐給水大體來說，煙氣離開現(xiàn)代的3煙道筒式鍋爐的溫度為200到300℃。因此，可以從這些煙氣中回收熱量。一般情況下煙氣離開鍋爐的溫度維持在最小溫度為200℃，從而煙氣中的氧化硫不會凝結(jié)下來對熱傳遞表面造成腐蝕。當(dāng)使用清潔燃料諸如天然氣，LPG或氣體油時，回收廢熱的經(jīng)濟(jì)性就體現(xiàn)出來了，因為此時煙氣溫度可以遠(yuǎn)小于200℃。節(jié)約能量的可能性依靠于鍋爐的安裝方式和使用的燃料。對于一個典型的老式筒式鍋爐來說，鍋爐出口的煙溫為260℃，此時就可以使用一個省煤器將煙溫降低到200℃，將給水溫度提高15℃?？蓪⒖傮w的熱效率提高3個百分點(diǎn)。對于現(xiàn)代的3煙道的燃燒天然氣的殼狀鍋爐，其鍋爐出口煙溫為140℃，采用了省煤器后可將出口煙溫降低到65℃，將熱效率提高5個百分點(diǎn)。2.4.3預(yù)熱燃燒空氣預(yù)熱燃燒空氣是預(yù)熱給水的另一種方式。為了將熱效率提高1個百分點(diǎn)，燃燒空氣的溫度必須提高20℃。大多數(shù)在鍋爐廠使用的氣體和油燃燒器并不適應(yīng)高預(yù)熱溫度的燃燒空氣?，F(xiàn)代的燃燒器能承受更高預(yù)熱溫度的燃燒空氣，因此當(dāng)不管從空間上還是較高給水循環(huán)溫度來看都可行時，可以考慮在煙氣出口部分安裝類似熱交換器之類的設(shè)備，作為省煤器的替代品。2.4.4不完全燃燒不完全燃燒可能是由于空氣不足，燃料過?；蛉剂戏峙涮钜鸬?。不完全燃燒明顯的反應(yīng)在顏色和煙氣上，并必須立即改正。在燃油和燃?xì)庀到y(tǒng)中，CO或煙氣中與適量或過高的空氣共存（只針對燃油系統(tǒng)而言）表明燃燒器系統(tǒng)出了問題。另一個經(jīng)常造成不完全燃燒的原因是在燃燒器區(qū)域燃料和空氣的混合狀況很差。不適當(dāng)?shù)恼承?，噴嘴磨損，噴嘴炭化和擴(kuò)散器損壞或旋轉(zhuǎn)器扁平都可導(dǎo)致較差的燃油效果。當(dāng)燃煤時，不完全燃燒的碳能造成大損失。它存在于爐渣或飛灰之中，數(shù)量可達(dá)到鍋爐供熱量的2個多個百分點(diǎn)。燃料大小不一是造成不完全燃燒的原因之一。在鏈條式爐排中，大塊的煤不能完全燃燼，而小塊和小顆粒的煤可能堵塞空氣通道，從而導(dǎo)致空氣分布較差。在噴灑加煤機(jī)中，加煤機(jī)爐排的狀況，燃料分配器，風(fēng)箱空氣管理和燃燼系統(tǒng)均可影響碳的損失。提高煤粉的細(xì)度也將導(dǎo)致碳損失的增加。2.4.5控制過量空氣下表表示了燃燒不同燃料所需要的理論空氣量。在所有實(shí)際情況中都需要過量空氣以保證完全燃燒，保證燃燒正常的變動和確保燃燒某些燃料時煙囪的正常工作狀況。當(dāng)由于不完全燃燒損失和煙氣熱損失達(dá)到最小時，達(dá)到最大鍋爐效率所需要的最佳過量空氣水平就達(dá)到了。該水平與爐膛設(shè)計，燃燒器類型，燃料和過程變量有關(guān)。可以通過開展不同的風(fēng)煤比的試驗來確定該水平值。將過量空氣控制在最優(yōu)的水平總是可以減少煙氣損失。過量空氣每減少1個百分點(diǎn)，效率可增加約0.6個百分點(diǎn)。可采用各種方法來控制過量空氣：便攜式氧氣分析儀和通風(fēng)計可以用來顯示一些周期的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)操作員手動調(diào)節(jié)空氣流量以達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)?？蓪⑦^量空氣降低20個百分點(diǎn)。最常用的方法是采用裝有就地可讀數(shù)的通風(fēng)計的連續(xù)氧氣分析儀，通過它操作員可以調(diào)節(jié)空氣流量。該系統(tǒng)可在先前分析的系統(tǒng)基礎(chǔ)上將過量空氣再降10－15個百分點(diǎn)。相同的連續(xù)氧氣分析儀可以安裝一個遠(yuǎn)程控制的氣動擋板位置調(diào)節(jié)器，儀器讀數(shù)可以在控制室里顯示出來。這使得操作員可以同時遠(yuǎn)程控制多個燃燒系統(tǒng)。最先進(jìn)的系統(tǒng)是煙囪閘板自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本較高，僅適用于大型系統(tǒng)。2.4.6將輻射和對流熱損失減少到最小筒式鍋爐的外表面的溫度遠(yuǎn)高于周邊環(huán)境溫度。鍋爐外表面向環(huán)境散發(fā)的熱量由外表面的面積和外表面與環(huán)境之間的溫差決定。鍋爐殼體的熱損失一般是一個固定值，與鍋爐出力無關(guān)。然而在現(xiàn)代鍋爐的設(shè)計中，殼體的熱損失在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時只占總熱量的1.5%，而鍋爐運(yùn)行在25%的負(fù)荷時，該熱損失上升到約占總熱量的6%。修理和增加隔熱面可以降低鍋爐表面和管道的熱損失。2.4.7自動排污控制無控制的連續(xù)排污是非常浪費(fèi)的?？梢园惭b自動排污控制來探測和響應(yīng)鍋爐水的傳導(dǎo)性和pH值。一個15kg/cm2的鍋爐的10%的排污量可造成3%的效率損失。2.4.8減少結(jié)垢和飛灰損失對于燃油和燃煤鍋爐，飛灰積累在管道上后，就像一個絕熱器一樣阻止熱傳遞。任何這樣的沉積物都必須定期清除掉。煙囪溫度的提高可能表明有更多的飛灰形成，同時也可能是由于水側(cè)結(jié)垢所致。在正常的過量空氣下，出口煙氣溫度過高表明熱傳遞性能很差。逐漸積累的煙氣側(cè)和煙氣側(cè)的沉積物能導(dǎo)致發(fā)生該現(xiàn)象。水側(cè)的沉積物需要通過水處理和管道清洗來去除掉。預(yù)計損失1%的效率可使煙囪的溫度上升22℃。應(yīng)該定期檢查和記錄煙囪的溫度，使之作為一個飛灰沉積的指示器。當(dāng)煙氣的溫度比一個剛清洗好的鍋爐的煙氣溫度高20℃時，就應(yīng)該去除這些飛灰沉積物了。因此推薦在煙囪底部安裝一個表盤式熱電偶來監(jiān)控排出的煙氣溫度。預(yù)計灰層為3mm時，由于煙氣溫度會上升，燃料消耗將增加2.5個百分點(diǎn)。為了去除頑固沉積物，須定期離線清洗爐膛輻射表面，鍋爐管束，省煤器和空預(yù)器。2.4.9降低鍋爐蒸汽壓力如何可能的話，這是一個有效的降低燃料消耗的方法，可降低燃料消耗量1到2個百分點(diǎn)。較低的蒸汽壓力使得飽和蒸汽的溫度降低，并在不采用煙囪熱回收的情況下，煙氣的溫度也隨之降低。正常情況下生產(chǎn)出的蒸汽具備一定的壓力，以滿足特別過程的高壓/高溫的需求。在某些情況下，并不是一直都運(yùn)行高溫高壓的過程，因此有些時候可以降低鍋爐壓力。但是必須謹(jǐn)記任何降低鍋爐壓力都會減少鍋爐中蒸汽的比容，從而有力的降低鍋爐出力。如果蒸汽負(fù)荷超過了降低了的鍋爐出力，就會產(chǎn)生帶水現(xiàn)象。因此能源經(jīng)理在發(fā)施號令前必須仔細(xì)的考慮降低壓力后的可能結(jié)果。應(yīng)分段降低壓力，并且降低量不得超過20%。2.4.10風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和水泵的變速控制變速控制是節(jié)約能源的一個重要的方法。一般來說，燃燒空氣的調(diào)節(jié)裝置受送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)上的節(jié)流擋板所影響?？墒菗醢逯皇呛唵蔚目刂品椒?，它們?nèi)狈_性，運(yùn)行范圍的上限和下限的控制特性很差?？偟膩碚f，如果鍋爐的負(fù)荷特性是可變的，那么用VSD替代擋板是可行的。2.4.11控制鍋爐負(fù)荷鍋爐的最大效率并不出現(xiàn)在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時，而是出現(xiàn)在約三分之二負(fù)荷時。如果鍋爐負(fù)荷進(jìn)一步降低，效率也會降低。在零負(fù)荷輸出時，鍋爐的效率為零，此時燃燒的任何燃料都僅僅是用來補(bǔ)充損失。影響鍋爐效率的因素有：當(dāng)負(fù)荷下降時，通過管道的煙氣的質(zhì)量流量值也會下降。同一熱傳遞區(qū)域的煙氣流量降低，使得出口煙溫降低少許，也降低了可察熱損失。在半負(fù)荷以下時，大多數(shù)燃燒設(shè)備需要更多的過量空氣來使得燃料完全燃燒，這增加了可察熱損失?？偠灾?，鍋爐在低于25%額定負(fù)荷運(yùn)行時，效率會急劇下降，應(yīng)盡量避免鍋爐在這個水平以下運(yùn)行。2.4.12恰當(dāng)?shù)腻仩t運(yùn)行程序由于鍋爐的最大效率出現(xiàn)在滿負(fù)荷的65％-85％之間，因此從整體上來說，使少量鍋爐運(yùn)行較高的負(fù)荷比大量鍋爐運(yùn)行較低的負(fù)荷更有效。2.4.13替換鍋爐替換鍋爐可得到的潛在節(jié)約成本由總體效率的預(yù)期變化決定。如果現(xiàn)有鍋爐是以下狀況，那么改變鍋爐后的經(jīng)濟(jì)效益是很有吸引性的：鍋爐老舊，效率低下不能夠燃燒廉價的替代燃料相對于現(xiàn)在的需求來講容量過大或過小設(shè)計不符合理想負(fù)荷條件可行性研究應(yīng)該調(diào)查所有的長期使用燃料的可用性和公司的發(fā)展規(guī)劃。應(yīng)考慮所有的經(jīng)濟(jì)和工程因素。由于鍋爐的一般使用壽命會超過25年，因此替換方案必須得以認(rèn)真研究。2.5方案清單本節(jié)介紹提高鍋爐能源效率最流行的方案。2.5.1定期任務(wù)和鍋爐外部檢查所有檢修門和鍋爐板必須用有效的密封墊圈保持氣密。煙氣系統(tǒng)的所有連接處必須有效密封，適當(dāng)?shù)牟课恍枰M(jìn)行保溫。鍋爐筒和各段必須有效保溫。現(xiàn)有的保溫層是否充分？如果鍋爐、管道和熱水缸的保溫層是多年以前安裝的，那么幾乎可以肯定這些保溫層已經(jīng)很薄了，及時它們看起來狀態(tài)還不錯。記住，這些保溫層是在人了成本低很多的時候安裝的。增加保溫層厚度是很有必要的。在供熱季結(jié)束時，鍋爐必須進(jìn)行徹底密封，內(nèi)表面應(yīng)當(dāng)在夏季自然通風(fēng)或用托盤放入干燥劑進(jìn)行徹底密封。(僅適用于在供熱季之間停止運(yùn)轉(zhuǎn)的鍋爐)2.5.2鍋爐：針對蒸汽和熱水鍋爐的額外項目定期檢查鍋爐內(nèi)水垢或淤渣的形成，或每個工作班檢查一次鍋爐水的總?cè)芙夤腆w量，但不得少于每天一次。鍋爐水中的雜質(zhì)會在鍋爐內(nèi)被濃縮，但濃度根據(jù)鍋爐的類型和荷載的不同是有不同的限度的。應(yīng)當(dāng)盡量減少鍋爐排污，但應(yīng)與維持正確的鍋爐水濃度一致。要從鍋爐排污水中回收熱量。對于蒸汽鍋爐：水處理是否足以防止發(fā)泡和汽水共騰以及由此引發(fā)的過量的水和化學(xué)物質(zhì)被帶入蒸汽系統(tǒng)？對于蒸汽鍋爐：自動水位控制器是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常？互連管的存在可能是非常危險的。各檢修門周圍或鍋爐與煙囪之間是否定期進(jìn)行了空氣泄漏檢查？檢修門的空氣泄漏現(xiàn)象會降低鍋爐效率；鍋爐與煙囪之間的泄漏會造成濃縮、腐蝕和污跡。每個供熱季必須用煙氣分析器檢查燃燒狀況兩次以上，如需要，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)煙氣/空氣比例。檢查和實(shí)際控制都應(yīng)當(dāng)有效地進(jìn)行標(biāo)注和定期檢查。安全防護(hù)功能必須有手動重置和報警功能。油燃燒器必須由測試點(diǎn)或永久指示器，以提供運(yùn)行壓力/溫度狀態(tài)。對于燃油或燃?xì)忮仩t，如果火災(zāi)和過熱保護(hù)熔斷系統(tǒng)的電纜需要經(jīng)過任何員工能夠通過的通道，它們安裝的位置必須高于人的頭頂。緊急停機(jī)裝置必須安裝在鍋爐間的出口處。為了減少腐蝕，應(yīng)當(dāng)采取措施盡量減少回水溫度降到露點(diǎn)以下的時間，特別是對燃油鍋爐和燃煤鍋爐。很大的燃料用戶可能有自己的地秤，因此可以對供應(yīng)商的交貨進(jìn)行直接檢查。如果沒有地秤，作為檢查，是否可以偶爾要求供應(yīng)商用公共地秤(或關(guān)系較好的相鄰企業(yè)的地秤)進(jìn)行稱量？如果是液體燃料供應(yīng)商，是否可以檢查運(yùn)油車車輛的量油尺？對于鍋爐裝置，要確保所用燃料符合要求。對于固體燃料，正確的品級和尺寸是很重要的，而灰分和水分裝置設(shè)計者最初就應(yīng)當(dāng)考慮到。對于油類燃料，要確保油的年度滿足燃燒器的要求，并檢查燃油溫度。對燃料用量的監(jiān)測應(yīng)當(dāng)盡量準(zhǔn)確。燃料庫存量劑量必須符合實(shí)際。對于油燃燒器，要檢查部件和維修情況。噴油嘴應(yīng)當(dāng)定期更換并仔細(xì)清洗，以避免損壞燃燒器噴尖。維護(hù)和維修程序必須審查，特別是對燃燒器設(shè)備、控制和監(jiān)測設(shè)備。定期清洗傳熱面，將熱效率維持在所能達(dá)到的最高水平。確保鍋爐操作員熟悉操作規(guī)程，特別是那些新的控制設(shè)備的操作規(guī)程。您研究過從鍋爐排氣中回收熱量的可能性嗎？現(xiàn)代的換熱器能夠用于大部分類型和尺寸的鍋爐。您是否會檢查供水箱和集水箱，是否有給水閥存在泄漏？保溫是否合理？排水裝置是否存在水損失？制造商可能最初為鍋爐裝置提供了保溫層。在現(xiàn)在的燃料成本下，當(dāng)初的保溫層是否足夠？請進(jìn)行檢查，確定最佳的保溫層厚度。如果產(chǎn)生的蒸汽量很大，投資安裝一個蒸汽流量計。測量蒸汽輸出量和燃料輸入量。蒸汽和燃料的比值是鍋爐效率的主要度量依據(jù)。使用現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)：這將暴露任何損壞的跡象。要定期檢查鍋爐給水的水質(zhì)和純度。蒸汽流量計要不時地進(jìn)行檢查，因為隨著時間的推移它們會由于測流口或?qū)б^被腐蝕而損壞。需要注意的是蒸汽流量計只有在標(biāo)準(zhǔn)蒸汽壓力下給出的讀數(shù)才是正確的?？赡苄枰M(jìn)行重校準(zhǔn)。檢查所有管道系統(tǒng)、連接件和蒸汽疏水器是否有泄漏，即使是在不可進(jìn)入的區(qū)域。不使用的管道應(yīng)當(dāng)隔離，多余的管道要要拆離。是否安排了人員負(fù)責(zé)安裝工作的組織和總體指導(dǎo)工作?這項工作應(yīng)當(dāng)包含到他們的工作規(guī)定中。圖紙、操作規(guī)程和維護(hù)細(xì)則等基本記錄是否已提供給此人？是否保留了值班簿，以便記錄進(jìn)行的維護(hù)工作的詳情、實(shí)際燃燒煙氣的讀數(shù)、每周或每月的燃料消耗量以及意見和投訴等？要確保蒸汽壓力不高于設(shè)備運(yùn)行的需要。當(dāng)夜間荷載比日間荷載小很多時，考慮安裝一個壓力開關(guān)，使蒸汽壓力在夜間能夠在更大的范圍內(nèi)變化，從而降低燃燒器關(guān)閉的頻率，或限制燃燒器的最大燃燒速度。研究以下是否有必要在鍋