煤粉工業(yè)鍋爐的節(jié)能增效技術(shù)改造措施

侯小平(陜西煤化咸陽新型熱能有限公司，陜西 咸陽 713100)

0 引言

雖然我國在大力開發(fā)新能源，積極推廣清潔能源的應(yīng)用，但是目前供暖和發(fā)電最主要的還是采用鍋爐的方式。從相應(yīng)參考文獻中可知，2018年我國在用鍋爐數(shù)量達到了65 萬臺，近90%的工業(yè)鍋爐為燃煤工業(yè)鍋爐。但是受到鍋爐本身結(jié)構(gòu)、所用煤種、人為操作等多方因素影響，鍋爐在實際運行中還是會產(chǎn)生某些污染并且運行效率不高，需要對其進行必要的技術(shù)改造來實現(xiàn)節(jié)能增效的目的。

1 案例基本概況

某煤粉工業(yè)鍋爐集中供氣項目所用的煤粉工業(yè)鍋爐具體參數(shù)如表1 所示。

表1 煤粉工業(yè)鍋爐參數(shù)

此鍋爐系統(tǒng)屬于國內(nèi)自主研發(fā)的高效煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)，自動化程度較高，具有較好的節(jié)能優(yōu)勢。此項目所用的2 臺鍋爐系統(tǒng)配置包括不同的設(shè)備單元，例如壓縮空氣站、惰性氣體保護站、燃燒器單元、煤粉儲供單元、除塵單元、熱力單元、自控單元等。該煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的具體配置如表2 所示。但是此系統(tǒng)在試運行中發(fā)現(xiàn)還存在某些需要改進的問題。本文針對這些問題實施技術(shù)改造，以便進一步提升整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

表2 煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)配置情況

2 煤粉工業(yè)鍋爐節(jié)能增效技術(shù)改造方案分析

2.1 煤粉工業(yè)鍋爐運行問題分析

2.1.1 給粉系統(tǒng)存在的問題

從實際運行情況來看，存在煤粉下料不均的問題，這就會造成爐膛出口壓力不夠穩(wěn)定。雖然給料螺旋內(nèi)部設(shè)置了機械密封的方式，但是因為煤粉的粒徑相對較小并且容易受到卸料沖擊的影響，所以密封效果相對有限，煤粉容易滲入到軸承內(nèi)部，影響其正常運行。另外，螺旋也存在卡死的問題，一旦此種情況發(fā)生只能停止鍋爐運行，無法確保其連續(xù)穩(wěn)定供汽。

2.1.2 水位調(diào)節(jié)存在的問題

該鍋爐汽包是按照水位反饋情況通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來進行水位調(diào)節(jié)的，在水位較低的情況下需要將頻率上升到最大值，在水位較高的情況下需要將頻率下降到最小值，流量存在較大的波動，并且水位穩(wěn)定性相對較差。

2.1.3 鍋爐部分裝置存在的問題

燃燒器煤粉管發(fā)生變形、彎曲以及開裂等問題，同時預(yù)燃室的上封頭容易發(fā)生變形以及鼓包開裂的問題，另外點火油槍的油嘴在實際應(yīng)用過程中常常會發(fā)生脫落的問題。

2.1.4 鍋爐的受熱面結(jié)構(gòu)設(shè)置不夠合理

在尾部缺少足夠多的受熱面，會造成排煙溫度相對較高，從而引發(fā)熱量的損失。另外，排渣系統(tǒng)不夠合理而造成排渣不夠順暢，除此之外，除渣機的刮板位置不夠準(zhǔn)確，無法進行有效的除渣。

2.1.5 給水流量表存在的問題

該鍋爐的給水流量表只可以顯示瞬時流量，無法反映出累積量，很難以此來判定汽水平衡和水耗的情況。一旦鍋爐的受熱面出現(xiàn)泄漏問題就缺少判定參照，給水量供應(yīng)不足，很難實施精細化管理。

2.2 煤粉工業(yè)鍋爐改造方案設(shè)計

為了確保鍋爐燃燒的充分性，需要對供粉系統(tǒng)以及燃燒系統(tǒng)實施完全、徹底的改造，可以將供粉系統(tǒng)調(diào)整為電站鍋爐標(biāo)準(zhǔn)配置內(nèi)閉式圓盤給料機，給料機的型號具體為GF-6，此型號給料機的功率為4.0kW，供粉量為4500kg/h。

對于煤粉工業(yè)鍋爐來說，想要有效提升運行效率、節(jié)約能源，最主要的就是確保燃燒器以及相應(yīng)燃燒系統(tǒng)的合理性，這是確保煤粉鍋爐高效清潔燃燒的基礎(chǔ)，所以加強燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化升級是非常必要的。針對此鍋爐來說，可以采用全自動高效低氮燃燒器來代替舊有燃燒系統(tǒng)，同時將原有的燃燒器以及預(yù)燃室拆除掉，對給粉管、二次風(fēng)道、點火系統(tǒng)、火檢系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)進行改造。

為了便于灰渣的順利排出，需要將原有矩形的下灰管更改為喇叭口的形式。同時由于尾部缺少足夠多的受熱面而造成排煙溫度相對較高，從而引發(fā)熱量的損失，針對此問題可以通過增設(shè)空氣預(yù)熱器的方式來增強尾部的換熱效率，以此來降低排煙溫度。

為了能夠準(zhǔn)確判定汽水平衡和水耗的情況，需要對給水流量、平衡容器以及蒸汽流量儀表等增設(shè)自控反饋調(diào)節(jié)程序，通過三沖量的方式進行調(diào)節(jié)，以此來確保鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，為了反映出累積量，需要在給水管路上增設(shè)給水累積流量表。

3 煤粉工業(yè)鍋爐技術(shù)改造效果分析

為了能夠證明鍋爐系統(tǒng)在經(jīng)過技術(shù)改造之后取得的效果，本文主要設(shè)定80%額定負荷作為鍋爐系統(tǒng)的運行負荷，通過三參數(shù)運行曲線、系統(tǒng)處理參數(shù)運行曲線等方式對整個系統(tǒng)運行過程的情況進行比對分析，以此來判定工業(yè)鍋爐技術(shù)改造的效果。

3.1 運行參數(shù)的對比分析

本文主要采用爐膛出口壓力、爐膛溫度、排煙溫度等參數(shù)對鍋爐系統(tǒng)的運行參數(shù)實施對比分析，能夠得到整個系統(tǒng)連續(xù)運行70 小時的曲線，具體曲線如圖1 所示。

從圖1(a)的爐膛出口壓力曲線情況能夠得知，在進行技術(shù)改造之前爐膛出口壓力存在著較大的波動，穩(wěn)定性較差。造成此問題的主要原因是鍋爐供粉穩(wěn)定性較差，從而造成燃燒不夠穩(wěn)定，這就會引發(fā)爐膛內(nèi)部壓力產(chǎn)生較大波動。而對于鍋爐進行技術(shù)改造成為內(nèi)閉式圓盤給料機之后，整個系統(tǒng)的供粉穩(wěn)定性更好，可以將爐膛出口壓力穩(wěn)定控制在-100Pa 左右，從圖1(a)中能夠得知改造之后爐膛出口壓力波動范圍在±30Pa 左右。

從圖1(b)的爐膛溫度變化曲線情況能夠得知，主要選擇爐膛出口測點來測定爐膛的溫度情況。在進行鍋爐系統(tǒng)改造之前的爐膛溫度相對較低，從圖1(b)中可知其最高溫度在700℃以下。造成此問題的主要原因在于整個系統(tǒng)在設(shè)計方面存在問題，從而造成運行負荷相對較低，燃料的燃盡率相對較低，進而造成鍋爐熱效率較低。從相應(yīng)的測定結(jié)果可知，在進行改造之前飛灰殘?zhí)剂繛?8%，底渣含碳量在5%以上。經(jīng)過相應(yīng)的技術(shù)改造之后，從圖1(b)中能夠得知爐膛的溫度發(fā)生了較為顯著的提升，始終保持在880～1008℃范圍內(nèi)，溫度場區(qū)間相對穩(wěn)定，能夠得到比較好的換熱效果。從相應(yīng)的測定結(jié)果可知，在進行改造之后飛灰殘?zhí)剂吭?%以下，底渣含碳量在1%以下。

從圖1(c)的排煙溫度變化曲線情況能夠得知，在改造之前排煙的溫度始終在150℃以上，熱效率相對較低，具有較大的熱損失，并且在尾部煙道也容易發(fā)生損失。造成此問題的主要原因在于燃料的燃燒不夠充分，造成排煙溫度上升，并且尾部受熱面設(shè)置相對較少，從而造成排煙溫度很難下降。在進行必要的技術(shù)改造之后，特別是對燃燒器進行改造并且增設(shè)了空氣預(yù)熱器之后，排煙溫度始終保持在130～140℃的范圍，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時運行較為可靠。

圖1 鍋爐技術(shù)改造前后相應(yīng)參數(shù)曲線對比情況

3.2 鍋爐出力對比分析

本文主要將螺旋給料頻率設(shè)定在30-42Hz 范圍內(nèi)，在系統(tǒng)連續(xù)運行70h 之后得到圖2 所示的曲線。從圖2 可知，改造之前實際蒸汽流量在20t/h 以下，造成此問題的主要原因在于燃燒器的設(shè)計不夠合理并且給料穩(wěn)定性較差，從而造成燃燒效率相對較低，這就會造成出力很難達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在經(jīng)過技術(shù)改造(燃燒器、螺旋給料機等)之后有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及出力，改造之后蒸汽流量保持在22～25t/h 范圍內(nèi)，滿足運行負荷值的要求，實際的熱效率能夠達到近90%。

圖2 改造前后蒸汽流量對比

4 結(jié)語

本文主要以某煤粉工業(yè)鍋爐集中供氣項目為例提出了相應(yīng)的技術(shù)改造，通過技術(shù)改造能夠有效提升煤粉工業(yè)鍋爐的爐膛出口壓力、爐膛溫度、排煙溫度、鍋爐出力等參數(shù)，實現(xiàn)了鍋爐的節(jié)能增效。希望通過本文的介紹能夠給煤粉工業(yè)鍋爐節(jié)能增效提供一定的參考和幫助。