应用热管技术提高锅炉热效率

2010-06-21上海铁路局杭州北车辆段

上海铁道增刊 2010年2期

龚旻上海铁路局杭州北车辆段

随着生产的发展，锅炉设备日益广泛地应用于现代工业的各部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一。目前，由于我国经济持续快速发展，我国能源的增长已经大大落后于生产的增长。能源资源的加速开采和消耗，产生了诸如人类实现持久生存和发展的"可持续发展"的问题。这就要求我们必须通过节能措施，提高能源的有效利用率，来弥补能源供应方面的缺口，这是一项非常迫切的任务。显然，面对量大、面广的工业锅炉，如何挖掘潜力，提高它们的热效率，有着极为重要的现实意义。

1 概况

我段锅炉房使用的锅炉是KZL4-13型链条炉排卧式快装锅炉（见图1）。

图1 系统布置图

此锅炉是芜湖锅炉厂于1984年制造，时间较长，存在不少问题。经锅炉热平衡测试，各项主要性能指标如：锅炉的蒸发量、热效率和耗煤量等均远低于原设计标准，能源浪费严重。因此，为了提高能源的有效利用，节约能源，根据我段的实际情况，把降低排烟温度、改善燃料的着火和燃烧过程，作为提高锅炉热效率、降低耗煤量的一个突破口。

2 原因分析

如果排烟温度较高而炉膛进风温度太低，就会影响锅炉的热效率和耗煤量。这是因为：由于锅炉炉膛的进风温度是锅炉房外的冷空气温度，这使得燃料的着火和燃烧过程相对延长，化学不完全燃烧损失增大，从而降低燃烧效率和传热效果，这对燃烧难以着火的燃料，如多水分、多灰分以及低挥发物等一类燃料影响更为突出。还有，锅炉的排烟温度较高，造成了排烟损失增大。这就使得锅炉在使用时热效率大为降低，耗煤量大大增加。

3 利用锅炉排烟余热，提高锅炉热效率的实现

为解决这个问题，我查阅了大量有关资料，又到本市几家厂、矿参观，进行实地考察，吸取较好的可行性意见，最后选定了在锅炉省煤器后加装热管式空气预热器的方法来解决这一难题。

3.1 热管式空气预热器的工作原理及特点

水重力热管式空气预热器的传热元件是热管，它是由管壳、工质-水所组成。管内部具有0.087MPa～0.096MPa左右的真空度，在较小的温度梯度下，靠管内工质的蒸发和冷凝，从而不断吸收和释放出热能，将热量从加热段传到冷凝段。这种潜热要比常见的对流传热大几个数量级（如图2所示）。

图2 热管式空气预热器系统布置图

烟气自锅炉本体的排烟口出来，经省煤器后便进入热管式空气预热器下箱体的加热段。烟气冲刷热管进行对流传热，将热量传给管内工质-水，在一定真空度下，由于水的沸点较低，便能很快达到沸点后蒸发，将热量迅速向冷却器（上箱体）传递。进入热管式空气预热器冷却管的常温冷空气吸收加热段传来的热量后，被逐渐加热，而加热后的空气再由鼓风机连续不断地送入锅炉，从而使炉膛的燃烧情况得到改善。

这种空气预热器具有许多显著优点。由于采用了高导热元件-热管，在同等工况下交换相同的热量，其体积和重量比常规换热量要小得多，因而烟气流动阻力较小，仅为常规空气预热器的1/5左右，故不需要增加引风机的功率。而在冷却段其压降也只有常规管式空气预热器的1/3～1/4，鼓风机的功率也可以不改变。此外，这种空气预热器的另一种优点是：运行安全性能好。即使某根管子被损坏，可很方便地拆卸更换。

3.2 利用理论公式分析在锅炉省煤器后的烟道上加装热管式空气预热器对锅炉热效率的提高

低位发热量Qgd--即燃料完全燃烧所放出的热量：

其中，

Q1--有效利用热，即工质所吸收的热量。

Q2--排烟损失。

Q3--化学不完全燃烧损失。

Q4--机械不完全燃烧损失。

Q5--炉体散热损失。

Q6--灰渣损失。

在锅炉省煤器后的烟道上加装热管式空气预热器，其目的就是为了降低锅炉的排烟温度（即降低排烟损失）和降低化学不完全燃烧的损失，以增加有效利用热。从上述〈1〉式中也可看出：当 Qgd和 Q4、Q5、Q6都不变时，Q2、Q3减少，则 Q1增大。

从〈2〉式中可知，当Qgd固定不变、Q1增大时，则锅炉效率η也增大。

由公式〈1〉、〈2〉可得，当 Qgd和 Q4、Q5、Q6都不变时，Q2、Q3减少，Q1增大，这锅炉效率η也将增大。即降低锅炉排烟损失的化学不完全燃烧的损失，锅炉的热效率就会增加。因此，在排烟系统采用热管式空气预热器对锅炉热效率的提高是有较大帮助的。

4锅炉热效率的测定

2005年，我们对一台能耗较高的KZL4-13型锅炉进行了改造。在省煤器后的烟道上加装了一台热管式空气预热器，使锅炉的送风温度从12℃ 左右上升到75℃～80℃ （三月份测试），排烟温度由178℃降到132℃，热效率由原来的66.46%提高到69.86%，耗煤量只占原耗煤量的95.17%，节煤率为4.83%。2006年共节约标准煤约80t左右。

我们可以用正平衡测定法来测定锅炉的热效率η