工業(yè)鍋爐燃燒的安全與節(jié)能

工業(yè)鍋爐燃燒的安全與節(jié)能

節(jié)能是人類面臨的一項重要任務之一。雖然太陽能、核能、地熱能、風能等可再生能源可以為人類提供大量的能源,但是目前這些新的能源還不能大規(guī)模地開發(fā)利用,人類近期只能以化石燃料(煤、石油、天然氣等)為主要能源。我國現(xiàn)有鍋爐50多萬臺,年耗煤量約5億t,其耗煤量、煙塵和CO2排放量約占全國總量的1/3,因此工業(yè)鍋爐的安全、節(jié)能、環(huán)保對我國的經濟發(fā)展有著重要意義。鍋爐節(jié)能的途徑很多,但總體上可從兩方面入手,其一是熱能轉換過程;其二是熱能利用過程。熱能轉換過程是指燃料從化學能轉變?yōu)闊崮艿娜紵^程,這一過程涉及燃燒的設備與技術;熱能利用過程是指通過一定的裝置和專門的系統(tǒng)及技術將燃燒放出的熱量有效地傳遞并被工質吸收,產生要求參數(shù)的蒸汽和熱水。通常采用先進的傳熱材料和工藝技術來實現(xiàn)高效傳熱,達到節(jié)能目的。1工業(yè)設備的燃燒節(jié)能技術1.1燃用高揮發(fā)分煙煤的工藝設計工業(yè)鍋爐爐拱的作用有兩個:一是能夠加強爐膛內氣流的混合;二是能夠合理組織爐內的熱輻射和熱煙氣流動。然而,當燃煤的種類及特性不同時,爐拱作用的側重面也有不同。當燃用揮發(fā)分很低的無煙煤時,最大的困難是燃料不宜著火,這時的拱形設計及布置應以保證燃料的及時著火為主;當燃用高揮發(fā)分的煙煤時,由于大量揮發(fā)分的集中析出,使爐膛內氣體分布的不均勻性更加突出,這時的拱形設計及布置應以加強氣流混合為主,以有利于揮發(fā)分的充分燃燒與燃盡。目前工業(yè)鍋爐使用的煤種往往變化較大,而且與設計煤種有較大差異,因此在實際使用中,往往要對爐拱進行必要的改造以適應煤種的需要。1.2燃燒特性對鍋爐空氣的影響在機械化鍋爐如鏈條爐、振動爐、往復爐中,根據(jù)燃燒的特點,合理送風,對促進爐內燃燒是很重要的。在鏈條爐中,燃料隨爐排不停地運行,依次發(fā)生著火、燃燒、燃盡階段,沿爐排長度方向所需的空氣量不同。在爐排頭部的預熱區(qū)和尾部燃盡階段,空氣需要量小;在爐排中部的燃燒階段,空氣需要量大。根據(jù)這一特點必須分段送風以滿足燃燒的需要。目前國內生產的鍋爐雖然都考慮這一特性,采用了分段風室,并裝有調節(jié)風門,但據(jù)調查,某些企業(yè)在鍋爐實際運行中沒有按照燃燒特性進行風量調節(jié),使燃燒所需的空氣量與實際供風量沒有很好地配合,不完全燃燒損失增大。因此,在鍋爐燃燒調整中,要根據(jù)燃燒需要對供給空氣量及時調節(jié),以降低熱損失,提高熱效率。1.3面顆粒不均勻分層給煤裝置與均勻分層燃燒技術具有節(jié)能與環(huán)保的雙重效益,它由四項技術組成。一是用均勻給煤技術解決煤倉顆粒不均而導致的爐排上煤層橫斷面顆粒不均勻影響燃燒的問題;二是用均勻分層給煤技術使煤層顆粒按下大上小逐級均勻排列,使煤層任何斷面上的分層顆粒一致,解決了原始密實煤層通風不良缺氧燃燒的問題;三是能使煤層上面小顆粒煤,在火床上跳躍起來半沸騰燃燒;四是使燃煤中的煤粉在火床上方空間,類似煤粉爐懸浮燃燒。實踐證明,這項燃燒技術提高煤的燃燒效率,提高了鍋爐煤種適應性。消除了局部溫度高、燒毀爐排密封件、老鷹鐵和爐排膨脹不均的問題。1.4次風方面的作用二次風對強化氣流燃燒是很有效的。二次風有以下作用:a.加強爐內氣流的擾動和混合,使爐內的氧氣和可燃氣體均勻混合,使化學不完全燃燒損失和爐膛過剩空氣系數(shù)降低。b.二次風在爐內形成煙氣漩渦,一方面延長了懸浮細煤粒在爐內的停留時間,使其充分燃燒,使不完全燃燒損失降低;另一方面由于氣流旋渦的分離作用,使煤粒、灰粒甩回爐內,減少了飛灰溢出量,使機械不完全燃燒損失降低。c.二次風使爐內高溫煙氣的充滿度得到改善,提高了爐內受熱面的利用率。二次風如能和爐拱配合,效果會更加明顯。據(jù)統(tǒng)計,工業(yè)鍋爐正確使用二次風可使鍋爐熱效率提高4%～10%,鍋爐容量越大,使用二次風節(jié)能效果越明顯。1.5煙氣量的影響a1過低,燃料燃燒缺乏空氣,使化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失加大。a1過高,一方面使煙氣量增加,使排煙熱損失q2加大;另一方面使爐內溫度降低、燃燒惡化,使機械不完全燃燒損失q4和化學不完全燃燒q3增大。目前在工業(yè)鍋爐實際運行中,普遍存在a1過大,這是由于操作人員缺乏燃燒知識,使鍋爐送、引風門處于全開狀態(tài),爐膛漏風,使a1值達到2.0以上,a1正常值為1.3～1.5。1.6鍋爐燃燒操作技術在鍋爐運行中,為適應鍋爐負荷變化,常需要進行必要的燃燒調整。鏈條爐常需要進行煤層厚度、分段送風、爐排速度、二次風量和a1的調整。鍋爐的燃燒好壞與運行操作技術有很大的關系。為了減少由于操作不當對燃燒的影響,便于迅速根據(jù)負荷變化進行燃燒調整,提高鍋爐熱效率,只有實現(xiàn)燃燒自動化。燃燒自動化一般以蒸汽壓力為調整參數(shù),根據(jù)蒸汽壓力的高低來調整爐排速度及進風和引風量。2水處理能的經濟效益2.1熱水的導熱系數(shù)一般鍋爐給水中含有大量的溶解氣體和鹽類,如果給水未經處理或處理不當,會造成鍋爐受熱面腐蝕和結垢現(xiàn)象。鍋爐受熱面結水垢時,受熱面熱阻增大,傳熱性能變差,燃料燃燒所放出的熱量不能迅速地傳遞到爐水中。在這種情況,為了保持鍋爐的額定參數(shù),就必須更多地投加燃料,提高爐膛和煙氣溫度,因此,造成能源的浪費。水垢的導熱系數(shù)很小,約為鋼板導熱系數(shù)的1/30～1/50。經測定,鍋爐受熱面結1mm水垢,燃料消耗要增加8%～10%。2.2脫堿去鹽處理降低鍋爐排污熱損失的途徑有兩條:一是鍋爐給水處理,對給水進行脫堿去鹽處理,使鍋爐排污量減少。二是對排污水進行回收和利用,如設置定期排污膨脹器或連續(xù)排污膨脹器,二次蒸汽用來加熱除氧器給水,高溫排污水通過換熱器預熱給水。3節(jié)能技術的應用和維護3.1機械不完全燃燒損失鍋爐超負荷運行時,燃煤量增大,鍋爐煤層加厚,爐排速度加快,才能滿足負荷增大的需要。煤層加厚和爐排速度加快使機械不完全燃燒損失加大,燃煤量增加使爐內溫度升高、排煙溫度增加、排煙損失加大。鍋爐負荷降低運行時,燃煤量減少,爐內溫度降低,使燃燒工況變差、化學不完全燃燒損失加大。因此,應使鍋爐按額定負荷運行以獲得最經濟工況。3.2清除鍋爐熱面積灰積灰對鍋爐熱效率的影響是很明顯的。灰垢導熱系數(shù)為水垢導熱系數(shù)的1/15,為鋼板的1/450～1/750,因此及時而有效地清除鍋爐受熱面的積灰,提高了鍋爐熱效率。3.3加強鍋爐爐墻和管道的保溫a.保溫。由于鍋爐爐墻、汽水熱力管道系統(tǒng)的溫度總是比周圍的溫度高,所以爐墻和汽水管道系統(tǒng)的部分熱量要通過輻射和對流方式散發(fā)到周圍空氣中,造成鍋爐的散熱損失q5,同時使爐膛溫度降低,影響燃燒,使化學不完全燃燒損失q3增加,造成鍋爐熱效率下降。因此,要重視并加強鍋爐爐墻和管道的保溫,采用先進的保溫材料,減少熱損失,提高鍋爐熱效率。b.堵漏風。中小型工業(yè)鍋爐爐膛和尾部漏風現(xiàn)象很普遍。漏風既使煙氣量增加,還使爐膛溫度降低,對燃燒影響很大。因此,一旦發(fā)現(xiàn)爐膛和尾部煙道漏風,要盡快設法堵漏。c.防泄、防冒。鍋爐房內熱力管道及法蘭、閥門填料處蒸汽和熱水的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象普遍存在,這使鍋爐有效利用熱量減少,補充水量增加,降低鍋爐的熱效率。因此,要及時維修,減少這項熱損失。4采用新節(jié)能工藝和設備4.1增加鍋爐水的節(jié)能目前國內有不少企業(yè)將熱管技術用于工業(yè)鍋爐的煙氣余熱回收,把熱管換熱器安裝在鍋爐煙道內,利用煙氣余熱加熱鍋爐給水,節(jié)能效果顯著,既提高了給水溫度,又降低了排煙溫度。因此這種熱管換熱器是中小型工業(yè)鍋爐房回收煙氣余熱的理想設備。4.2提高凝結水回收率提高凝結水和廢蒸汽的回收率是鍋爐節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。提高凝結水回收率不僅使鍋爐軟化水補充量減少,減輕了水處理系統(tǒng)的負荷,同時使給水溫度提高,達到節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)約軟水和提高用汽設備交換能力的目的。4.3高壓飽和水蒸汽蓄熱器的工作原理:當鍋爐負荷減少時,將鍋爐多余蒸汽供入蒸汽蓄熱器內,使蒸汽在一定壓力下變?yōu)楦邏猴柡退?當供熱負荷增加、鍋爐蒸發(fā)量供不應求時,降低蓄熱器中壓力,高壓飽和水即分離為蒸汽和低壓飽和水,產生的蒸汽供用戶使用。工業(yè)鍋爐房設置蓄熱器后,使鍋爐處于正常負荷下運行,消除了負荷波動對鍋爐燃燒和熱效率的影響,提高了鍋爐的熱效率。4.4加熱除氧法真空除氧是一種省能型除氧方法。目前大型工業(yè)鍋爐給水除氧一般采用大氣熱力除氧。這種方法要把給水加熱到大氣壓力下的沸點溫度,才能排走水中的氧。當采用真空除氧時,真空度維持在7998Pa時,給水溫度只要加熱到60℃就能達到除氧目的。這樣既節(jié)約了蒸汽,又減少了排煙損失,從而提高了鍋爐熱效率。5高效節(jié)能型鍋爐鼓、引風機和給水泵鍋爐的鼓、引風機和給水泵是鍋爐房的主要耗能設備,約占鍋爐房耗電量的80%～90%。因此,研究鼓、引風機和給水泵的節(jié)能方法是提高鍋爐凈效率的關鍵。近10年來,國內電泵制造業(yè)已陸續(xù)生產出一些高效節(jié)能型鍋爐鼓、引風機和給水泵。耗能大的鼓、引風機和給水泵,應通過各種途徑予以改造,以提高其效率。同一臺風機和水泵在不同轉速下的運行工況,其流量(Q)與轉速(n),功率(N)與轉速(n)之間的關系可以用比例定律來表示:Q1Q2=n1n2Q1Q2=n1n2;N1N2=n31n32Ν1Ν2=n13n23可見風量與轉速成正比,功率與轉速的立方成正比,因此調節(jié)風機或水泵的轉速對于節(jié)能有重大的意義。6改配鍋爐為低密度鍋爐從節(jié)約能源消耗、提高能源轉換利用效率的角度看,工業(yè)鍋爐用戶區(qū)應實行集中供熱的方式,從而提高鍋爐的容量和參數(shù),提高鍋爐運行的自動化程度,節(jié)約能源消耗。在熱用戶比較集中的區(qū)域,把分散的、舊式小型鍋爐替換下來,改用效率高、機械化程度較好的中等容量鍋爐。集中供熱可以有效地減少城市環(huán)境污染、能源消耗。熱能與電能是國民經濟中能量利用的重要方式。如果采用熱電聯(lián)合生產方式,例如在電廠采用背壓式汽輪機發(fā)電,利用其排汽供熱,把熱與電的生產有