工业锅炉节能的途径和方法

2010-08-15周浩康

科技传播 2010年7期

周浩康

江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院，江苏苏州 215128

0 引言

工业锅炉容量一都比较小，蒸发量20t/h(供热量14mW)以下的占多数，这些锅炉的热效率比较低，通常在60%～85%之间，因此，通过调节送风方式，调整煤层厚度，改善锅炉燃烧，改进锅炉性能，提高司炉工的操作技能，加强维修管理，定期除渣、清灰，杜绝漏风，减少系统的能量损失，达到节约能源的目的，下面从原理上阐明主要节能途径和方法。

1 降低锅炉排烟温度

锅炉排烟损失q2是锅炉热损失中最大的一项，一般在4%～8%左右，最大可达12%，影响q2的主要因素是烟焓的大小。而影响排烟焓大小的又主要取决于排烟温度的高低及排烟量的多少，当排烟温度每增高12～15℃时，q2约增加1%，因此降低排烟温度是提高锅炉热效率的一项有效措施，降低锅炉排烟温度主要措施有如下几种途径。

1）避免或减少受热面上的结渣、积灰和堵灰

结渣现象多出现在高温受热面，如水冷壁、过热器等；积灰和墙灰现象则多出现在低温的尾部受热面上，灰渣的热阻大约是钢铁的400倍，一般受热面上结渣1mm厚时需多耗燃料2%～3%左右，减少受热面结渣、积灰和堵灰的主要措施有：

（1）定期吹灰。对于松散状积灰可用定期吹灰法来清除，若附在管子上的时间过长，则可能由松散状转化为紧密状。这是由于有的积灰可能吸附烟气中的SO2、SO3和水蒸气等，生成粘结性的硫酸盐和亚硫酸盐，使松散性积灰变成紧密性积灰，时间久了不易清理，吹灰介质可用过热蒸汽、压缩空气、惰性气体等。

（2）定期投入定量的锅炉清灰剂。锅炉的水冷壁管、省煤器和空气预热器等受热面受到烟气的冲刷，结成轻重不同的烟垢影响锅炉热效率。若在锅炉燃烧运行时，投入一定量的锅炉清灰剂，使进入炉膛的清灰剂在高温下发生升华分解，和锅炉受热面的结焦、结渣接触并渗透到受热面，发生微爆反应分解高温结渣，使其分解、脱落，可减少和防止烟垢的生成。清灰剂主要作用是除渣、除灰、催化、防腐，可使锅炉热效率提高 5～6%；清灰剂的用量约为每月用煤量的万分之一，小型锅炉可一次投入，大型锅炉分2～3次投入。

（3）避免锅炉在低负荷下运行并减少锅炉启停的次数。低负荷时烟气流速低，易形成积灰，启停炉时炉内燃烧工况不佳，易形成较多的碳黑和炭末，它们具有极强的粘附能力，不仅会粘附在受热面上形成紧密状积灰，同时还会捕捉烟气中的飞灰颗粒，使积灰快速的增长，从而降低热效率。又因启停炉时各处烟温低，受热面壁温也低，有可能产生低温结露，造成酸腐蚀。

2）增加或改进尾部受热面

许多中小型锅炉的排烟温度均高达250～300℃，此时宜适当增加锅炉尾部受热面即指省煤器和空气预热器，以降低排烟温度，但排烟温度并非越低越好。增加锅炉的尾部受热面，因而增大了锅炉的金属耗量和烟气的流动阻力；另一方面，烟温太低会引起锅炉尾部受热面的酸性腐蚀，因而也不允许排烟温度降的过低。特别在燃用含硫高的燃料时，排烟温度还应适当保持高一些。合理的排烟温度必须从金属与燃料的比价，运行维修费用的增加等方面进行技术经济比较来确定。

2 杜绝漏风和合理助燃空气减少排烟量

影响排烟热损失的另一个重要因素是排烟量，在同样排烟温度下，排烟量越大，q2也将越大。在燃料的成分确定后，排烟量的大小主要取决于助燃空气量的多少(通常以炉膛的过剩空气系数a1表示)和沿程各处烟道的漏风量的大小(以漏风系数△a表示)，炉膛过剩空气系数a1不仅影响q2，且影响炉内燃烧，即影响到化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4的大小，在一定限度内，降低a1将使q2降低，但q3和q4则会增加，最佳的a1应当是使q2+ q3+ q4值为最小时的值。

应设法杜绝或减少漏风，因漏风不仅会使排烟量增大，特别是炉膛漏风还会使排烟温度提高。这是因为当冷空气漏进烟道时，使漏风处的烟气温度降低，从而漏风点以后所有的受热面传热量减少，故排烟温度提高。而且漏风点越靠近炉膛影响越大。炉膛和烟道的漏风不仅会增大q2，还会增大烟道通风阻力和引风机的电耗，炉膛大量漏风会降低炉温，影响燃烧的正常进行。

3 合理组织燃烧减少燃烧损失

3.1 选购合适煤种和颗粒度

链条炉排适用于燃烧发热量不低于4500大卡/公斤的烟煤和无烟煤，以发热量在3000大卡/公斤以上的褐煤。煤的灰份不宜低于6%，且灰熔点要在1250℃以上，以防炉排烧坏。因受结构限制，人工拔火范围小，不适宜用强粘结性煤。煤的颗粒度应适中，3mm以下的碎屑含量不宜超过30%，最大颗粒也不应超过40mm。否则，由于通风不均，燃烧效率大为下降。

煤中要保持适当的水份，其在含屑量比较多时，能减少漏煤和飞灰，并使煤层松，有利通风。但水份过高，着火延迟，炉温下降，排烟热损失增大。一般水份应控制在8～12%。

若能燃用经过筛选而保持一定颗粒度的煤，则可避免因粒度不均而在煤斗中产生机械分，并使燃烧过程均衡、稳定、连续，从而大大提高燃烧效率。

3.2 合理配风

空气是保证燃烧不可缺少的物质，空气供应是否充足和合理对锅炉的安全、经济性和出力都有很大的影响。对链条炉沿炉排长度和宽度有不同的配风要求。

3.2.1 沿炉排长度方向应合理配风

由于煤炭在链条炉排上的燃烧是沿长度分阶段进行的，因此，炉排下供应的一次风必须分仓、分区调节，以使炉前燥着火区和炉后燃烬的风量要少，中间燃烧旺盛区的风量要大。一般链条炉排下分为5～6个风室，单用小风门调节，各个风室之间必须严密不漏，以防短路而失去调节作用。

3.2.2 沿炉排宽度方向应均匀配风

沿炉排宽度方向上的合理配风方法是均匀配风，以使燃烧均匀，防止出现火口等不正常燃烧现象。目前，改进的措施主要是从风室的结构上着手，如采用双面进风、采用等压风室等，尽量使水平风速保持不变，另外炉排上煤层厚度应均匀及煤粒大小要一致。

3.3 炉膛空气气流的合理组织

如前所述，从链条炉排各处上升的气体成分很不一致，在炉排头尾存在大量过剩空气。在炉排中部因燃料层上部存在还原区而存在许多CO、H2等气体。另外，大部分挥发分及被吹起的细煤末也是在炉膛中部空间燃烧，为使它们能够燃尽以减少不完全燃烧损失，需加强空间气流的混合和搅拌。这可由前、后拱的配合及二次风来完成。

后拱的作用是将炉膛后部的过剩空气及高温烟气推向前部，在由前、后拱形成的“喉口”处与炉膛前部的过剩空气和挥发分混合，促使可燃气体充分燃烧。同时由于后拱低而长，可减少燃料层对受热面的直接辐射，保持燃尽阶段所需要的温度，减少机械不完全燃烧损失及飞灰量。

二次风的作用是加强炉内气流的搅拌与混合，从而增加可燃物在炉内的行程，增加燃烧时间。二次风介质可用热空气、蒸汽或蒸汽引射空气，二次风量要小但风速要高，因流速（不低于40～50m/s）高才有强的穿透能力，才能起到搅拌和混合作用。

3.4 燃料层上燃烧的调节与控制

链条炉燃烧出力的调节可通过改变煤层厚度、送风量及炉排速度来实现，3个可调因素应合理配合以保证燃烧工况正常。好的燃烧工况是：在距煤闸门约300mm处开始着火，过早可能烧毁煤闸门，过迟则会使燃烧阶段推后，以致尚未燃尽就排入灰渣斗，在挡灰板(老鹰铁)前约300～500mm处燃烧完毕，灰渣呈暗色。

煤层厚度与煤层工作的稳定性及通风阻力有关。煤层过薄，细煤粒易被吹起，使煤层工作不稳定、不均匀；煤层过厚，通风阻力过大，燃尽区裹灰严重。煤层厚度随煤种而异：粘结性烟煤，煤层应较薄(约60～120mm)；不粘结烟煤为80～140mm，无烟煤和贫煤为100～160mm。易着火高挥发分燃料，煤层要薄些，炉排速度要快些，因煤层薄可减少煤层上方气体沿炉排长度的不均匀。对于高水分劣质煤，煤层应厚些，并适当降低炉排速度，以保证前部着火并稳定燃烧，减少后部未燃尽的灰渣数量。

在运行调整过程中，主要的调节对象是送风量和炉排速度。调节送风对适应负荷的变动最为敏感。在煤层里温度很高，燃烧得快慢取决于空气的供应量，当增加风量时，燃烧速度加快，锅炉出力马上增大。当然，为使燃烧能正常持续地进行，燃料量的调节必须与送风量的调节相配合。当锅炉负荷改变时，一般总是先调风再调炉排速度并使两者相匹配。

4 加强绝热保温减少散热损失

绝热保温的措施有：加厚保温材料和提高绝热材料的质量，在使用中要注意维护，避免受潮或损坏。锅炉散热损失的大小除与保温质量有关外，还与锅炉负荷大小有关。低负荷时，因散热面不变，散热量基本不变，而燃料耗量变小了，对应于每公斤燃料的散热损失将增加。因此，为减少散热损失(q5)，应尽量不要让锅炉在低负荷下运行。

5 保证锅炉给水品质

提高给水品质不仅是一项重要的节能措施，而且是一项重要的安全措施：锅炉受热面上结垢会极大降低传热能力(水垢的导热系数仅是钢的1/30～1/40)，使排烟温度升高，增加燃料消耗；水垢还会影响水循环的正常进行，造成管子过热甚至爆管。工业锅炉的给水必须按规程规范要求进行给水处理。司炉必须加强对水质的监察，及时清除水垢，以减少能源浪费。提高运行安全效果。

6 提高司炉工的操作水平，树立节能操作新观念

6.1 保持汽压、水位和汽温稳定

保持汽压稳定就是使锅炉的汽压维持在生产或生活规定的压力范围内，一般工业锅炉要求±0.1 MPa。保持水位稳定就是使锅炉水位保持在正常水位线 ±50 mm以内。这样，不仅可以保持锅炉的蒸汽量和蒸汽温度，而且还可以防止超压，缺水或满水事故的发生。保持汽压和水位稳定的操作方法，主要是通过调整燃烧和给水量来实现，当汽压低，水位高时，应先减少给水量或暂停给水，增加鼓引风量，调快炉排转速，增大给煤量；加强燃烧，蒸发量增大后，汽压就会上升到规定的压力。汽压保持后再注意调整给水量。当汽压高，水位低时，应加大给水量，使汽压降低；水位增高以后，再根据压变化的情况调整鼓、引风量和给煤量，使燃烧保持正常。

如果汽压低，水位也低时，应先增鼓、引风量，调炉排转速，增大给煤量，强化燃烧，提高蒸发量，在压上升过程中逐渐给水，使水位升至正常。