長(zhǎng)鋼煤氣發(fā)電鍋爐熱平衡計(jì)算及節(jié)能降耗措施

孫道華，孫又權(quán)

（馬鋼集團(tuán)安徽長(zhǎng)江鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山243100）

長(zhǎng)鋼發(fā)電車間1#、2#鍋爐已經(jīng)運(yùn)行5 年半左右，為了解1#鍋爐熱平衡情況，特抽取2018 年12 月11日零點(diǎn)至17 日24 點(diǎn)的鍋爐參數(shù)平均值進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

1 車間內(nèi)外部生產(chǎn)運(yùn)行情況

公司2#高爐檢修，發(fā)電車間煤氣發(fā)電2#、3#機(jī)組（含鍋爐檢修），只有1#鍋爐正常運(yùn)行。1#鍋爐12月11 日零點(diǎn)至17 日的參數(shù)如表1 所示。

2 熱平衡計(jì)算

2.1 數(shù)值取值

混合煤氣成分見表2。

2.2 熱平衡計(jì)算

2.2.1 按反平衡法計(jì)算

因是氣體燃料，機(jī)械不完全燃燒損失q4=0，灰渣物理熱損失q6=0。

（1）化學(xué)未完全燃燒熱損失q3=0（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煙氣尾氣測(cè)算）。

表1 1#鍋爐七日熱工參數(shù)

表2 混合煤氣成分

（2）機(jī)械不完全燃燒損失q4=0。

（3）散熱損失按《冶金動(dòng)力設(shè)備》圖2-3 得q5=0.7×130/121.66=0.75[1]。

（4）灰渣物理熱損失q6=0。

（5）排煙熱損失q2 按完全燃燒及空氣過剩系數(shù)為1.0、1.265、1.365、1.47 計(jì)算，結(jié)果見表3、表4[2]。

根據(jù)原始參數(shù)，選取150 ℃，α=1.365 作為排煙焓計(jì)算。

2.2.2 鍋爐熱平衡計(jì)算表

1#鍋爐熱平衡計(jì)算見表5。

與初始參數(shù)的110 000 m3/h 基本一致，可以認(rèn)為計(jì)算正確。

3 降低燃料消耗的措施

由上述計(jì)算過程可得，降低燃料消耗，提高鍋爐熱效率的方法有以下幾點(diǎn)。

表3 按排煙溫度150 ℃計(jì)算所得結(jié)果

表4 按排煙溫度174.5 ℃計(jì)算所得結(jié)果

表5 1#鍋爐熱平衡計(jì)算

3.1 降低排煙熱損失

3.1.1 降低空氣過剩系數(shù)（空煤比）

按煤氣流量為100 000 m3/h，則完全燃燒需要空氣量為78 000 m3/h，假設(shè)進(jìn)入鍋爐的空氣過剩系數(shù)為1.23，因爐膛壓力要控制在-50～-20 Pa，漏風(fēng)率很小，考慮火檢冷卻風(fēng)量2 714.5 m3/h，到上級(jí)省煤器處的空氣過剩系數(shù)為1.27。一般來(lái)說，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，氣體燃料的空氣過剩系數(shù)在1.05～1.2 之間，1#爐的助燃風(fēng)量略大，需要調(diào)小。

從上級(jí)省煤器處到引風(fēng)機(jī)入口為負(fù)壓區(qū)，是長(zhǎng)度約30 m 的鋼制煙道，中間有空預(yù)器，按照每10 m煙道漏風(fēng)0.01 及空預(yù)器漏風(fēng)0.03 計(jì)算，到煙道引風(fēng)機(jī)入口空氣過剩系數(shù)為1.33，煙道引風(fēng)機(jī)出口到脫硫入口為正壓區(qū)，應(yīng)該沒有漏風(fēng)，考慮到脫硫密閉風(fēng)機(jī)8 400 m3/h，空氣過剩系數(shù)為1.44，而實(shí)際通過脫硫入口含氧量反算的氣過剩系數(shù)為1.474，所以空預(yù)器漏風(fēng)在0.074 以上，即1#爐空預(yù)器需要更換。（在3月份檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，1#空預(yù)器下部位置管道腐蝕嚴(yán)重，有多處漏點(diǎn)。）

3.1.2 降低排煙溫度

由計(jì)算可知，排煙溫度降低可以提高鍋爐熱效率。一般鍋爐通過低壓省煤器在保證一定水量的前提下，通過改變凝結(jié)水出口溫度來(lái)降低排煙溫度?？紤]露點(diǎn)腐蝕，一般來(lái)說，排煙溫度不低于150 ℃。

3.1.3 燃料的影響

按排煙溫度150 ℃時(shí)，高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣在空氣過剩系數(shù)為1.0～1.5 時(shí)，完全燃燒的情況下排煙損失及煤氣用量見表6、表7。

高爐煤氣100%熱值3 750 kJ/m3。

表6 全燒高爐煤氣排煙熱損失及煤氣用量

表7 全燒轉(zhuǎn)爐煤氣排煙熱損失及煤氣用量

轉(zhuǎn)爐煤氣100%熱值5 500 kJ/m3。

根據(jù)計(jì)算可以看出，在相同的條件下，采用高熱值燃料，排煙熱損失會(huì)降低，但是高熱值燃料隨著空氣過剩系數(shù)的上升，殘氧量上升較快，需要控制空氣過剩系數(shù)在1.3 內(nèi)為宜。

3.2 降低化學(xué)未完全燃燒熱損失

因高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣混合后的熱值相對(duì)較低，可能會(huì)出現(xiàn)因與助燃風(fēng)混合不好而出現(xiàn)化學(xué)未完全燃燒的情況，未完全燃燒熱損失應(yīng)通過煙氣的CO 殘留量測(cè)定。根據(jù)一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)電車間的煙氣基本沒有CO，可以認(rèn)定為完全燃燒。化學(xué)未完全燃燒主要跟燒嘴形式、燃燒方式、配風(fēng)量、燒嘴堵塞程度有關(guān)，合理的配風(fēng)量、停爐后定期清理燒嘴可以降低化學(xué)未完全燃燒及排煙熱損失。

為此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CO 殘留量和過熱器后氧含量（煙氣殘氧量）進(jìn)行了抽測(cè)，典型數(shù)據(jù)見表8。

以按殘氧量2 作為主要運(yùn)行控制數(shù)據(jù)，殘氧量1作為參考數(shù)據(jù)，根據(jù)上表的數(shù)據(jù)可以得出以下推論。

表8 1#鍋爐煙氣殘氧量與CO 含量表

1#鍋爐的殘氧量2 在0.35%~0.94%均有不完全燃燒現(xiàn)象發(fā)生，產(chǎn)生殘余CO，CO 的濃度與該段時(shí)間內(nèi)最低殘氧量成一定的關(guān)聯(lián)。殘氧量0.35%~0.50%，煙氣中大約0.1%～1%的CO 未燃燒完全； 殘氧量0.5%~0.94%，煙氣中大約7×10-6~0.1%的CO 未燃燒完全。圖1、圖2 為1#鍋爐6 月26 日殘氧量曲線與CO 的曲線。

圖1 1#鍋爐6 月26 日殘氧量曲線圖

圖2 1#鍋爐6 月26 日煙氣CO 含量折線圖

從1#鍋爐的情況來(lái)看，最佳燃燒區(qū)域可能發(fā)生在殘氧量為0.7%~1%時(shí)，燃料煤氣中CO 基本燃燒完成；殘氧量低于0.7%以后，燃料發(fā)生不完全燃燒，很快會(huì)造成較高的不完全燃燒損失。根據(jù)燃燒計(jì)算反推，初始的空氣過剩系數(shù)大約為1.07～1.1。

所以我們可以得出以下結(jié)論：

（1）為了節(jié)能，考慮到燃料完全燃燒，鍋爐的殘氧量控制在1%（對(duì)應(yīng)空煤比約1.1）以上為宜。但是考慮到現(xiàn)場(chǎng)煤氣的壓力波動(dòng)和人員操作帶來(lái)的不及時(shí)性和滯后，平常操作控制在2%左右為宜。

（2）在150 ℃煙氣殘氧量每升高1%，排煙熱損失大約增加0.4%，為了達(dá)到節(jié)能效果最大化，降低鍋爐工人操作強(qiáng)度和操作滯后、 不及時(shí)帶來(lái)的熱損失，如能在兩臺(tái)鍋爐尾部煙道上安裝CO 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并增設(shè)燃燒智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，理論上還能給鍋爐帶來(lái)0.4%以上節(jié)能效果。

3.3 提高鍋爐主給水溫度

在130 t 煤氣鍋爐運(yùn)行規(guī)程中，正常運(yùn)行的給水溫度為215 ℃，而實(shí)際主給水溫度為145 ℃，提高主給水溫度可以有效降低鍋爐燃料消耗。提高主給水溫度的方法是投運(yùn)高加。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)1#鍋爐熱平衡的計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)的情況，我們可以看出鍋爐節(jié)能降耗的主要措施有：通過智能操作合理降低空氣過剩系數(shù)、更換空預(yù)器減少漏風(fēng)損失、控制排煙溫度及提高燃料熱值實(shí)現(xiàn)降低排煙熱損失和降低化學(xué)未完全燃燒損失，另外可以通過投運(yùn)高加提高給水溫度。