工業(yè)鍋爐熱損失分析及節(jié)能降耗措施

何鏡章

【摘 要】工業(yè)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中作為主要熱能動(dòng)力設(shè)備，其供能效率直接影響工業(yè)生產(chǎn)的效益，為降低能源的高耗和污染物的排放，文章對(duì)如何降低工業(yè)鍋爐的熱量損失以及能源消耗進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出相關(guān)節(jié)能改造方案。

【關(guān)鍵詞】熱損失；排煙；未完全燃燒；節(jié)能；效益提高

由于工業(yè)鍋爐的燃燒熱效率不高，導(dǎo)致了能源消耗巨大，并產(chǎn)生過(guò)多的污染氣體。本文通過(guò)以正平衡法對(duì)鍋爐熱效率進(jìn)行測(cè)試評(píng)定，并以反平衡法測(cè)出鍋爐各項(xiàng)熱損失確定鍋爐熱效率情況，相互檢驗(yàn)兩種方法來(lái)分析熱效率降低的原因，從而對(duì)應(yīng)的提出降低熱損的相關(guān)措施，得到節(jié)約燃料和減輕廢氣排放的效果。

工業(yè)鍋爐為工業(yè)生產(chǎn)提供工藝蒸汽，是工業(yè)生產(chǎn)的必須品。工業(yè)鍋爐能源消耗和污染排放量都很高，所以我們必須結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、操作流程、輔助設(shè)備、水質(zhì)、煤種等各方面，做好工業(yè)鍋爐節(jié)能減排工作，減少熱損失，提高鍋爐熱效率，促使鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.工業(yè)鍋爐（煤粉、層燃）熱損失的分析

為了提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際企業(yè)鍋爐運(yùn)行中主要考慮鍋爐熱損失，從性質(zhì)上講以兩類熱損失為主，及未完全燃燒熱損失和傳熱熱損失。未完全燃燒熱損失又為機(jī)械未完全燃燒熱損失q4和化學(xué)未完全燃燒熱損失q3，對(duì)于燃煤鍋爐中排煙熱損失及機(jī)械未完全燃燒熱損失兩項(xiàng)，占鍋爐熱損失90%以上。鍋爐排煙溫度是由于高于外界空氣溫度而造成的熱損失，在室燃爐的各項(xiàng)熱損失中q2約為4%～8%，q2在排煙溫度每增加15℃～20℃時(shí)q2增加1%左右，即鍋爐熱效率降低1%左右。機(jī)械不完全燃燒熱損失，由于灰中含有未燃盡的碳造成的熱損失，通常以降低飛灰含碳量和灰渣含碳量來(lái)衡量損失情況。

1.1排煙熱損失分析q2（排煙熱損失）

理論上對(duì)于一定的煤種排煙熱損失與排煙空氣過(guò)剩系數(shù)α及排煙溫度差有關(guān)，并隨著排煙溫差和過(guò)剩系數(shù)α增大而增大，空氣過(guò)剩系數(shù)α過(guò)大，是由于一次風(fēng)量過(guò)大。

對(duì)于層燃鍋爐影響排煙溫度的因素大致由于鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)單，煤層的厚度不勻，局部燃燒工況不合理，燃燒不完全，煤粉顆料不均勻，風(fēng)量調(diào)節(jié)失控等原因造成的。

對(duì)于煤粉爐影響排煙溫度的因素大致包括以下幾種情況：（a）受熱面積飛灰會(huì)引起受熱面吸熱量下降傳熱下降，吹灰對(duì)降低煤粉爐中空預(yù)器內(nèi)風(fēng)量減少；（b）空預(yù)器傳熱量下降，導(dǎo)致排煙溫度升高。對(duì)于受熱面積灰的影響，爐膛出口溫度正常，而排煙溫度明顯偏高產(chǎn)生的原因，大致由于下管式空預(yù)器積灰和省煤器積灰引起；（c）系統(tǒng)漏風(fēng)產(chǎn)生的溫度效應(yīng)不同對(duì)過(guò)剩系數(shù)α產(chǎn)生影響。爐膛和制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)，會(huì)導(dǎo)致排煙溫度上升，另一方面爐膛漏風(fēng)部位，越接近爐底，會(huì)使傳熱下降。對(duì)于水平煙道和尾部煙道漏風(fēng)，由于對(duì)流傳熱的比例的增大，漏風(fēng)產(chǎn)生的溫度效應(yīng)不同，最終導(dǎo)致排煙溫度下降，產(chǎn)生溫降效應(yīng)。因此，可認(rèn)為漏風(fēng)產(chǎn)生的綜合影響為排煙溫度相對(duì)未漏風(fēng)不變或輕微下降，另一方面漏風(fēng)由于風(fēng)室串風(fēng)、爐門不嚴(yán)、煙道、煙箱、出渣門、吹灰器、煤斗、爐排等情況會(huì)造成空氣過(guò)剩系數(shù)α增大；（d）燃料的種類燃燒的配風(fēng)方式，對(duì)提高燃燒效率，是燃料盡可能燃燒完全，對(duì)排煙溫度的影響也很大。如低負(fù)荷時(shí)采取集中燃燒的方式，減少一次風(fēng)速，采用煤粉濃淡分離，改變爐內(nèi)切圓過(guò)小，三次風(fēng)帶粉過(guò)多等配合上下層燃燒器熱負(fù)荷比例等因素，從而降低排煙溫度。在高負(fù)荷運(yùn)行，爐膛出口溫度偏高或燃燒中心上移產(chǎn)生的排煙溫度過(guò)高，多屬于燃燒原因造成。通常燃燒產(chǎn)生的煙氣總?cè)莘e只與空氣過(guò)剩系數(shù)α有關(guān)，隨著α增大而增大。爐膛容積熱負(fù)荷Q隨著α增大而減小，隨著爐膛平均溫度的增加而減小，但燃燒時(shí)間越短，爐膛容積熱負(fù)荷Q越大，爐膛壓力越大，爐膛容積熱負(fù)荷Q越大。此時(shí)風(fēng)量、風(fēng)速增加、帶粉增加，煙氣量增加，煙氣流速增加，爐內(nèi)各項(xiàng)熱力特性參數(shù)增大。對(duì)于負(fù)荷過(guò)大，一般通過(guò)一級(jí)減溫水，流量監(jiān)控措施，同時(shí)爐膛負(fù)壓過(guò)高時(shí)，也會(huì)造成空氣過(guò)剩系數(shù)α過(guò)大。

1.2機(jī)械不完全燃燒熱損失q4分析（固體不完全燃燒損失）

對(duì)于一定的煤種，q4熱損失完全取決于飛灰含碳量，灰渣含碳量，降低灰飛含碳量及爐渣含碳量，是減少熱損失的一項(xiàng)有效途徑。對(duì)于煤粉爐而言，影響飛灰含碳量，灰渣含碳量的主要因素有，改善著火燃燒條件，如提高熱風(fēng)溫度、風(fēng)量、煤粉顆粒大小，風(fēng)煤比系數(shù)，煤粉濃度等。煤的揮發(fā)分高，著火溫度低，著火距離近，燃燒過(guò)度和完全燃燒，但容易結(jié)焦，揮發(fā)性低的煤種，燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性下降，但是同時(shí)揮發(fā)分增加，灰飛含碳量明顯下降。煤粉越細(xì)，燃燒時(shí)燃盡時(shí)間越短，飛灰可燃物含量越小，燃燒越完全。通常煤粉細(xì)度R90<10%，細(xì)度對(duì)飛灰可燃物影響不大，當(dāng)R90>15%時(shí)，飛灰可燃物迅速增大。煤粉濃度（煤粉與空氣質(zhì)量之比），對(duì)著火穩(wěn)定的影響，試驗(yàn)表明煤粉的濃度增加，著火容易，特別是對(duì)劣質(zhì)煤著火總是有利的。煤粉爐中增加一次風(fēng)量、煤粉濃度、氣流溫度，在一次風(fēng)量20℃升至300℃時(shí)，著火熱可減少60%，升至400℃時(shí)，著火熱可減少80%。此時(shí)，對(duì)降低飛灰含碳量和穩(wěn)定燃燒非常有利。固體（機(jī)械）不完全燃燒熱損失q4與飛灰比a的關(guān)系是飛灰比增加q4增加。

空氣動(dòng)力場(chǎng)的影響，包括入爐總量，氧濃度的分布，均勻度，在實(shí)際運(yùn)行操作中，煙氣含氧量一般在3.5%，如果此時(shí)空氣過(guò)剩系數(shù)α能低于1.05，及含氧量控制在1%以下，能保證燃燒，此時(shí)屬于低氧燃燒，低氧燃燒的優(yōu)點(diǎn)，減少送風(fēng)量和煙氣量，排煙量下降，金屬高溫氧化的可能性下降，SO2、NO2等的下降，采用合理的穩(wěn)定的燃燒工況，配分一、二、三次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)率及均勻性，對(duì)于燃燒波動(dòng)和穩(wěn)定，可減少燃燒熱損失，同時(shí)對(duì)于排煙溫度和排煙量影響很大，同時(shí)影響飛灰含碳量，實(shí)際運(yùn)行表明，爐膛負(fù)壓增大，會(huì)造成飛灰含碳量增加。

1.3傳熱熱損失分析

水垢厚度與浪費(fèi)燃料，對(duì)于中小型鍋爐水垢厚度增加鍋爐熱效率下降。鍋爐運(yùn)行空氣過(guò)剩系數(shù)α的最佳值，才能保證燃燒最大可能燃盡，最大限度提高鍋爐燃燒效率。鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行、煤層增厚、爐排速度加快，造成灰渣含碳量增加；低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤層過(guò)薄、煤層阻力不均勻，大量空氣從煤層中流失，造成燃燒不完全，也會(huì)造成灰渣含碳量增加?？諝饬窟^(guò)大過(guò)小都無(wú)益，空氣過(guò)剩系數(shù)α過(guò)高，火焰溫度就會(huì)過(guò)低，燃燒速度減慢，結(jié)果導(dǎo)致傳熱量減少，同時(shí)，煙氣量增大，排煙溫度增大。

2.綜合以上熱損失分析對(duì)于工業(yè)燃煤鍋爐

可采取以下措施達(dá)到節(jié)能降耗的要求：

（a）降低鍋爐排煙溫度，杜絕漏風(fēng)減少造成排煙量，合理組織燃燒方式減少燃燒損失，保證鍋爐給水品質(zhì)，改進(jìn)操作水平，加強(qiáng)管理。

（b）加強(qiáng)絕熱保溫減少散熱損失鍋爐對(duì)于q2在散熱損失中是最大的，大約在6%～20%左右，當(dāng)排煙溫度降低12℃～15℃，散熱損失可降低1%左右，對(duì)此采取的措施有：避免或減少失熱面上的結(jié)渣、結(jié)灰、堵灰現(xiàn)象。增加或改進(jìn)尾部受熱面，降低排煙溫度?；以臒嶙璐蠹s為鋼鐵的400倍，一般受熱面上結(jié)灰渣1mm時(shí)，需多耗燃料2%～3%，因此，對(duì)于松散狀結(jié)灰可定期吹灰，如長(zhǎng)時(shí)間對(duì)附在管子上的緊密狀結(jié)灰，由于吸附在煙氣中SO2、SO3、水蒸氣等硫酸鹽和亞硫酸鹽等原因，造成不易清理。

（c）避免鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行，減少起停次數(shù)，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煙氣的流數(shù)低，容易造成結(jié)灰。減少排煙量，取決于空氣過(guò)剩系數(shù)α和沿程各煙道的漏風(fēng)量的大小，空氣過(guò)剩系數(shù)α不僅影響q2，且對(duì)爐內(nèi)燃燒q3和q4都有影響，在一定限度內(nèi)，降低空氣過(guò)剩系數(shù)α，將使q2降低，但q3和q4會(huì)增加，所以采取最佳的空氣過(guò)剩系數(shù)α的條件，是使q2+q3+q4的和值為最小時(shí)的值。對(duì)于中小型鏈條層燃爐，可改造爐內(nèi)結(jié)構(gòu)，爐膛布置情況，爐內(nèi)氣流組織，燃燒方式，煤種等。如采用合理的爐拱，將爐膛的后部空氣過(guò)剩系數(shù)α推向前步，在由前后拱形成的“喉口”處與爐膛前部的空氣過(guò)剩系數(shù)α和揮發(fā)分混和，促使可燃?xì)怏w完全燃燒，同時(shí)由于后拱低而長(zhǎng)可減少燃料層對(duì)受熱面的直接輻射，保持燃盡階段的所需要的溫度，減少機(jī)械不完全燃燒的損失及飛灰量。采用二次風(fēng)，在爐排上方的爐墻噴入二次風(fēng)，強(qiáng)化爐內(nèi)氣流擾動(dòng)和混合，促進(jìn)燃料及時(shí)著火，增加未燃盡顆粒充分燃燒，減少氣體飛灰的不完全燃燒損失。優(yōu)化鍋爐燃燒方式，對(duì)于煤粉爐如采用低氧燃燒技術(shù)，在降低氧含量燃燒時(shí)，需要調(diào)整熱風(fēng)風(fēng)壓、風(fēng)量，控制燃燒器燃料混合均勻，使火焰燃燒正常，防止發(fā)生煤氣脫火現(xiàn)象和回火現(xiàn)象，控制爐內(nèi)燃燒平衡，降低燃燒速度，提高燃燒溫度，達(dá)到最佳的工藝操作燃燒效果。通過(guò)含氧量操作調(diào)整，保持燃料不變的情況下，提高鍋爐熱效率，減少燃料浪費(fèi)和廢氣排發(fā)。對(duì)于鏈條爐采用分層燃燒技術(shù)，使煤粉顆粒分層均勻，燃燒時(shí)燃燒面積增大，熱強(qiáng)度提高，改善著火性能和燃燒性能，燃料更加充分燃燒，有效降低爐渣含碳量。改造鏈條爐為沸騰爐，沸騰爐具有燃燒強(qiáng)度高，傳熱效果好，每種適應(yīng)廣，脫硫效果好，減少大氣污染減排效果好等優(yōu)點(diǎn)。解決了鏈條爐中燃燒不完全，煤耗高熱效率低出力不足，煤質(zhì)適應(yīng)性差，機(jī)械故障多等問(wèn)題。對(duì)于鍋爐輔機(jī)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)，水泵等采用節(jié)能技術(shù)。對(duì)于送、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、給水、除塵系統(tǒng)，采用調(diào)速控制流量的變頻技術(shù)進(jìn)行綜合節(jié)能改造。

3.結(jié)語(yǔ)

工業(yè)鍋爐是人們生活生產(chǎn)活動(dòng)中的重要設(shè)備，在如今講究低耗環(huán)保的新理念下，必須積極研究工業(yè)鍋爐的使用，通過(guò)新的研究理念，不斷實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，降低能源消耗，減少環(huán)境污染。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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