蒸汽推動(dòng)在鍋爐上的應(yīng)用

摘 要：通過(guò)技術(shù)改造，在老爐上安裝蒸汽推動(dòng)裝置，使用蒸汽推動(dòng)啟爐，可帶來(lái)比較可觀的經(jīng)濟(jì)效益.同時(shí)還可以改善啟爐過(guò)程的安全性。

關(guān)鍵詞：蒸汽推動(dòng)；鍋爐；應(yīng)用

華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠有八臺(tái)鍋爐，其中1～6號(hào)鍋爐是在上世紀(jì)50年代和60年代安裝投產(chǎn)運(yùn)行，7、8號(hào)鍋爐是在上世紀(jì)90年代安裝投產(chǎn)運(yùn)行，其中，#7、#8爐原始安裝時(shí)已安裝了啟爐蒸汽推動(dòng)裝置。由于1～6號(hào)鍋爐設(shè)計(jì)定型年代較早，原設(shè)計(jì)無(wú)啟爐蒸汽推動(dòng)裝置，啟爐過(guò)程是直接用點(diǎn)火油槍進(jìn)行緩慢升溫升壓。

隨著企業(yè)節(jié)能降耗工作的深入開(kāi)展，特別是近年來(lái)燃油價(jià)格的大幅度上漲，蒸汽推動(dòng)這一啟爐前的輔助裝置得到了高度重視。所謂蒸汽推動(dòng)，就是在啟爐前先用汽機(jī)的工業(yè)抽汽加熱爐水，達(dá)到一定參數(shù)后鍋爐再投入點(diǎn)火油槍，這樣，再整個(gè)啟爐過(guò)程中，使用了一些做過(guò)功的廉價(jià)蒸汽，取代了部分價(jià)格昂貴的燃油，降低了啟爐成本。如果1～6號(hào)鍋爐都安裝上蒸汽推動(dòng)裝置，那么每年在啟爐這一項(xiàng)上就可以 顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。由于蒸汽推動(dòng)裝置安裝在鍋爐水冷壁下聯(lián)箱內(nèi)，其對(duì)爐水的加熱比用油槍點(diǎn)火加熱更均勻，使受熱面金屬的膨脹也更加均勻，從而使啟爐過(guò)程的安全性也相應(yīng)提高。

1～6號(hào)鍋爐簡(jiǎn)介

1～6號(hào)鍋爐是采用分散式下降管、光管式水冷壁、雙汽包結(jié)構(gòu)，循環(huán)方式為自然循環(huán)。其主要額定參數(shù)如下：

1 蒸汽推動(dòng)的工作原理

蒸汽推動(dòng)裝置實(shí)質(zhì)上就是安裝在鍋爐水冷壁下聯(lián)箱內(nèi)的蒸汽加熱設(shè)備。主要結(jié)構(gòu)包括：水冷壁下聯(lián)箱內(nèi)部帶有均汽孔的加熱蒸汽管、水冷壁下聯(lián)箱外部蒸汽連接管和控制閥門(mén)等。帶均汽孔的蒸汽管布置在下聯(lián)箱內(nèi)部，與下聯(lián)箱軸向平行。均汽孔是在加熱管上沿軸向均勻鉆的小孔，它的作用是使?fàn)t水在下聯(lián)箱內(nèi)沿聯(lián)箱長(zhǎng)度方向均勻加熱。

在啟爐前，開(kāi)啟蒸汽控制閥門(mén)投入加熱蒸汽，蒸汽經(jīng)下聯(lián)箱外部連接管進(jìn)入聯(lián)箱內(nèi)部蒸汽管，加熱蒸汽通過(guò)蒸汽管上的均汽孔噴入爐水中，以混合方式加熱下聯(lián)箱內(nèi)的爐水。爐水在下聯(lián)箱內(nèi)受熱后，通過(guò)大汽包、水冷壁、下降管和下聯(lián)箱產(chǎn)生自然循環(huán)，爐水逐漸被加熱，溫度和壓力逐漸升高。當(dāng)爐水的溫度和壓力接近加熱蒸汽的參數(shù)時(shí)，蒸汽推動(dòng)結(jié)束，即可關(guān)閉加熱蒸汽控制閥門(mén)，投入點(diǎn)火油槍繼續(xù)升溫升壓。

下聯(lián)箱處于鍋爐水水循環(huán)回路的最低點(diǎn)，當(dāng)下聯(lián)箱內(nèi)的爐水被蒸汽加熱后，其密度減小，與上部汽包、水冷壁和下降管內(nèi)的爐水產(chǎn)生密度差，爐水在這個(gè)密度差的作用下，下聯(lián)箱內(nèi)被加熱的爐水沿水冷壁和下降管上升，汽包、水冷壁和下降管內(nèi)的溫度較低的爐水通過(guò)水冷壁和下降管向下聯(lián)箱沉降，在下聯(lián)箱內(nèi)再被加熱。這樣循環(huán)往復(fù)，爐水以自然對(duì)流傳熱的方式使整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的爐水逐步被加熱。當(dāng)爐水達(dá)到一定的溫度和壓力后，再啟動(dòng)鍋爐燃燒系統(tǒng)繼續(xù)升溫升壓。

2 采用蒸汽推動(dòng)啟爐的優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)約燃油

富拉爾基熱電廠鍋爐采用母管制運(yùn)行方式，冷態(tài)啟爐，鍋爐啟爐至并汽需4個(gè)小時(shí)，若無(wú)蒸汽推動(dòng)，鍋爐從點(diǎn)火升壓到并汽，一直需要投油燃燒。若啟爐前投入蒸汽推動(dòng)，那么在冷態(tài)啟爐時(shí)，可縮短鍋爐點(diǎn)火到并汽的時(shí)間，節(jié)省一部分燃油。冷態(tài)啟爐初始的爐水參數(shù)為：壓力0MPa，溫度90℃左右。蒸汽推動(dòng)的加熱蒸汽采用汽機(jī)0.8～1.3 MPa抽汽，蒸汽推動(dòng)結(jié)束時(shí)的爐水參數(shù)按0.6 MPa溫度163℃來(lái)計(jì)算，根據(jù)啟爐升壓時(shí)間表，投入燃燒系統(tǒng)升到此參數(shù)需要1小時(shí)45分鐘。由此看來(lái)，使用蒸汽推動(dòng)裝置，對(duì)應(yīng)此時(shí)間段的燃油被節(jié)省下來(lái)。

2.2 減少工質(zhì)損失

在沒(méi)有有使用蒸汽推動(dòng)的情況下冷態(tài)啟爐時(shí)，由于鍋爐點(diǎn)火初期投入的油槍少，火焰在爐膛內(nèi)的分布并不均勻，從而使得水冷壁受熱不均，若不采取措施，將使水冷壁等受熱面金屬膨脹不均，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，危害設(shè)備的安全。為了使設(shè)備金屬均勻膨脹，一般采用下聯(lián)箱放水的方法，使各循環(huán)回路的爐水溫度接近，放水多取決于各下聯(lián)箱之間的溫差。

采用蒸汽推動(dòng)后，使啟爐初期的金屬膨脹問(wèn)題得到改善。因?yàn)槊總€(gè)下聯(lián)箱內(nèi)都安裝了蒸汽加熱裝置，而下聯(lián)箱又處于爐水循環(huán)回路的最低點(diǎn)，使?fàn)t水各循環(huán)回路的對(duì)流傳熱效果更佳。因此爐水循環(huán)系統(tǒng)金屬受熱膨脹更均勻，在蒸汽推動(dòng)階段基本不用進(jìn)行下聯(lián)箱放水，使工質(zhì)損失減少。

另外，在蒸汽推動(dòng)階段不開(kāi)過(guò)熱器疏水，也相應(yīng)減少了工質(zhì)損失。

2.3 改善了啟爐過(guò)程的金屬設(shè)備安全

啟爐升壓過(guò)程需要一定的時(shí)間，就是為了保證鍋爐汽水系統(tǒng)金屬設(shè)備均勻受熱，使金屬自由均勻地膨脹，減小金屬的熱應(yīng)力，確保設(shè)備的安全。如果盲目地縮短啟爐時(shí)間，雖然可以提高啟爐過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，但是會(huì)給汽包等設(shè)備的金屬安全及設(shè)備結(jié)構(gòu)安全造成危害，影響設(shè)備的安全運(yùn)行和使用壽命。

在啟爐前使用蒸汽推動(dòng)，可以縮短鍋爐點(diǎn)火到并汽的時(shí)間，而在蒸汽推動(dòng)的時(shí)間段內(nèi)，鍋爐汽包、水冷壁、下降管、下聯(lián)箱熱膨脹的均勻性要比爐內(nèi)燃料加熱更好。這是因?yàn)檎羝訜嵫b置分布在每個(gè)下聯(lián)箱內(nèi)，而下聯(lián)箱又是爐水循環(huán)回路的最低點(diǎn)，在下聯(lián)箱內(nèi)加熱爐水，對(duì)流傳熱效果更好，下聯(lián)箱、水冷壁、下降管的金屬熱膨脹均勻，熱應(yīng)力小。

若不采用蒸汽推動(dòng)，鍋爐點(diǎn)火初期一般投入一支油槍，爐內(nèi)火焰充滿度較差，爐內(nèi)水冷壁受熱很不均勻，受熱強(qiáng)的循環(huán)回路金屬膨脹速度快，而受熱弱的循環(huán)回路不易建立穩(wěn)定的自然循環(huán)，金屬膨脹速度慢，若不采取下聯(lián)箱放水等措施，就會(huì)給金屬和設(shè)備結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的應(yīng)力，甚至損壞設(shè)備。對(duì)于大汽包，由于各循環(huán)回路進(jìn)入汽包的水溫溫差大，也會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，影響汽包的金屬安全和使用壽命。

由此可見(jiàn)，啟爐采用蒸汽推動(dòng)，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)金屬受熱更均勻合理，產(chǎn)生的熱應(yīng)力相對(duì)較小。因此，采用蒸汽推動(dòng)啟爐，可以提高啟爐過(guò)程的安全性。

3 采用蒸汽推動(dòng)啟爐產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

3.1 加熱前后蒸汽和爐水參數(shù)的變化

加熱蒸汽采用汽機(jī)0.8～1.3MPa抽汽母管蒸汽，蒸汽溫度為290℃。鍋爐啟爐前的初始狀態(tài)為冷態(tài)。蒸汽推動(dòng)投入后，爐水溫度逐步升高，當(dāng)爐水溫度上升到汽包壓力下的飽和溫度之后，則汽包壓力隨爐水溫度的升高而升高，這時(shí)爐水的溫度和壓力，就是飽和溫度和飽和壓力。當(dāng)汽包壓力與加熱蒸汽壓力達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)，加熱自動(dòng)停止。這時(shí)的汽包壓力比加熱蒸汽壓力約低0.2MPa，這是由爐水循環(huán)回路的高度差決定的。

加熱前爐水參數(shù)為：壓力：0MPa；溫度：80℃；焓：335kj/kg。

加熱后爐水參數(shù)為：壓力：0.6MPa；溫度：163℃；焓：689.1kj/kg。

加熱蒸汽參數(shù)： 壓力：0.8MPa；溫度：290℃；焓：3032.6kj/kg。

3.2 啟爐過(guò)程產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

3.2.1 使用油槍升壓付出的代價(jià)

由上述可知，蒸汽推動(dòng)加熱結(jié)束時(shí)，鍋爐汽包壓力是0.6MPa，爐水溫度是163℃。若用油槍點(diǎn)火升壓達(dá)到上述參數(shù)，按鍋爐運(yùn)行規(guī)程的啟爐時(shí)間表計(jì)算，需要1小時(shí)45分，這段時(shí)間要耗燃油2.5噸。燃油按5000元/噸計(jì)，價(jià)值12500元。

3.2.2 使用蒸汽推動(dòng)付出的代價(jià)

大汽包按零水位計(jì)，爐水初始?jí)毫?MPa，初始溫度80℃。水循環(huán)系統(tǒng)爐水所占容積為34m3，爐水的密度ρ=903.6kg/m3。大小汽包、水冷壁、下降管、下聯(lián)箱的金屬總重量為181噸（按圖紙尺寸計(jì)算）。

3.2.3 采用蒸汽推動(dòng)啟爐的年經(jīng)濟(jì)效益

由以上數(shù)據(jù)可知，采用蒸汽推動(dòng)每次啟爐可節(jié)省費(fèi)用12500-470=12030元。公司每年每臺(tái)爐平均啟停4.5次，照此計(jì)算，每臺(tái)爐的年平均經(jīng)濟(jì)效益為54000元。若1～6號(hào)爐都使用蒸汽推動(dòng)，那么公司每年在啟爐方面的經(jīng)濟(jì)效益就有324000元。

以上只是從燃油和加熱蒸汽的價(jià)值對(duì)比得到的經(jīng)濟(jì)效益，若把減少的工質(zhì)損失和增加的輔機(jī)耗電考慮在內(nèi)，實(shí)際效益比上述計(jì)算結(jié)果還要大。由此可見(jiàn)，采用蒸汽推動(dòng)啟爐，不僅可以改善啟爐過(guò)程的安全性，還可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：張立成（1977年11月-）男，遼寧省遼陽(yáng)人，技師，華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠鍋爐檢修車間技術(shù)員，研究方向：熱力專業(yè)。