长钢煤气发电锅炉热平衡计算及节能降耗措施
2020-02-20孙道华孙又权
孙道华，孙又权
（马钢集团安徽长江钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山243100）
长钢发电车间1#、2#锅炉已经运行5 年半左右，为了解1#锅炉热平衡情况，特抽取2018 年12 月11日零点至17 日24 点的锅炉参数平均值进行热平衡计算。
1 车间内外部生产运行情况
公司2#高炉检修，发电车间煤气发电2#、3#机组（含锅炉检修），只有1#锅炉正常运行。1#锅炉12月11 日零点至17 日的参数如表1 所示。
2 热平衡计算
2.1 数值取值
混合煤气成分见表2。
2.2 热平衡计算
2.2.1 按反平衡法计算
因是气体燃料，机械不完全燃烧损失q4=0，灰渣物理热损失q6=0。
（1）化学未完全燃烧热损失q3=0（根据现场烟气尾气测算）。
表1 1#锅炉七日热工参数
表2 混合煤气成分
（2）机械不完全燃烧损失q4=0。
（3）散热损失按《冶金动力设备》图2-3 得q5=0.7×130/121.66=0.75[1]。
（4）灰渣物理热损失q6=0。
（5）排烟热损失q2 按完全燃烧及空气过剩系数为1.0、1.265、1.365、1.47 计算，结果见表3、表4[2]。
根据原始参数，选取150 ℃，α=1.365 作为排烟焓计算。
2.2.2 锅炉热平衡计算表
1#锅炉热平衡计算见表5。
与初始参数的110 000 m3/h 基本一致，可以认为计算正确。
3 降低燃料消耗的措施
由上述计算过程可得，降低燃料消耗，提高锅炉热效率的方法有以下几点。
表3 按排烟温度150 ℃计算所得结果
表4 按排烟温度174.5 ℃计算所得结果
表5 1#锅炉热平衡计算
3.1 降低排烟热损失
3.1.1 降低空气过剩系数（空煤比）
按煤气流量为100 000 m3/h，则完全燃烧需要空气量为78 000 m3/h，假设进入锅炉的空气过剩系数为1.23，因炉膛压力要控制在-50～-20 Pa，漏风率很小，考虑火检冷却风量2 714.5 m3/h，到上级省煤器处的空气过剩系数为1.27。一般来说，根据文献[3]，气体燃料的空气过剩系数在1.05～1.2 之间，1#炉的助燃风量略大，需要调小。
从上级省煤器处到引风机入口为负压区，是长度约30 m 的钢制烟道，中间有空预器，按照每10 m烟道漏风0.01 及空预器漏风0.03 计算，到烟道引风机入口空气过剩系数为1.33，烟道引风机出口到脱硫入口为正压区，应该没有漏风，考虑到脱硫密闭风机8 400 m3/h，空气过剩系数为1.44，而实际通过脱硫入口含氧量反算的气过剩系数为1.474，所以空预器漏风在0.074 以上，即1#炉空预器需要更换。（在3月份检修时发现，1#空预器下部位置管道腐蚀严重，有多处漏点。）
3.1.2 降低排烟温度
由计算可知，排烟温度降低可以提高锅炉热效率。一般锅炉通过低压省煤器在保证一定水量的前提下，通过改变凝结水出口温度来降低排烟温度。考虑露点腐蚀，一般来说，排烟温度不低于150 ℃。
3.1.3 燃料的影响
按排烟温度150 ℃时，高炉煤气、转炉煤气在空气过剩系数为1.0～1.5 时，完全燃烧的情况下排烟损失及煤气用量见表6、表7。
高炉煤气100%热值3 750 kJ/m3。
表6 全烧高炉煤气排烟热损失及煤气用量
表7 全烧转炉煤气排烟热损失及煤气用量
转炉煤气100%热值5 500 kJ/m3。
根据计算可以看出，在相同的条件下，采用高热值燃料，排烟热损失会降低，但是高热值燃料随着空气过剩系数的上升，残氧量上升较快，需要控制空气过剩系数在1.3 内为宜。
3.2 降低化学未完全燃烧热损失
因高炉煤气和转炉煤气混合后的热值相对较低，可能会出现因与助燃风混合不好而出现化学未完全燃烧的情况，未完全燃烧热损失应通过烟气的CO 残留量测定。根据一段时间的现场检测，发电车间的烟气基本没有CO，可以认定为完全燃烧。化学未完全燃烧主要跟烧嘴形式、燃烧方式、配风量、烧嘴堵塞程度有关，合理的配风量、停炉后定期清理烧嘴可以降低化学未完全燃烧及排烟热损失。
为此，对现场CO 残留量和过热器后氧含量（烟气残氧量）进行了抽测，典型数据见表8。
以按残氧量2 作为主要运行控制数据，残氧量1作为参考数据，根据上表的数据可以得出以下推论。
表8 1#锅炉烟气残氧量与CO 含量表
1#锅炉的残氧量2 在0.35%~0.94%均有不完全燃烧现象发生，产生残余CO，CO 的浓度与该段时间内最低残氧量成一定的关联。残氧量0.35%~0.50%，烟气中大约0.1%～1%的CO 未燃烧完全； 残氧量0.5%~0.94%，烟气中大约7×10-6~0.1%的CO 未燃烧完全。图1、图2 为1#锅炉6 月26 日残氧量曲线与CO 的曲线。
图1 1#锅炉6 月26 日残氧量曲线图
图2 1#锅炉6 月26 日烟气CO 含量折线图
从1#锅炉的情况来看，最佳燃烧区域可能发生在残氧量为0.7%~1%时，燃料煤气中CO 基本燃烧完成；残氧量低于0.7%以后，燃料发生不完全燃烧，很快会造成较高的不完全燃烧损失。根据燃烧计算反推，初始的空气过剩系数大约为1.07～1.1。
所以我们可以得出以下结论：
（1）为了节能，考虑到燃料完全燃烧，锅炉的残氧量控制在1%（对应空煤比约1.1）以上为宜。但是考虑到现场煤气的压力波动和人员操作带来的不及时性和滞后，平常操作控制在2%左右为宜。
（2）在150 ℃烟气残氧量每升高1%，排烟热损失大约增加0.4%，为了达到节能效果最大化，降低锅炉工人操作强度和操作滞后、 不及时带来的热损失，如能在两台锅炉尾部烟道上安装CO 在线监测系统并增设燃烧智能优化控制系统，理论上还能给锅炉带来0.4%以上节能效果。
3.3 提高锅炉主给水温度
在130 t 煤气锅炉运行规程中，正常运行的给水温度为215 ℃，而实际主给水温度为145 ℃，提高主给水温度可以有效降低锅炉燃料消耗。提高主给水温度的方法是投运高加。
4 结语
根据1#锅炉热平衡的计算及现场的情况，我们可以看出锅炉节能降耗的主要措施有：通过智能操作合理降低空气过剩系数、更换空预器减少漏风损失、控制排烟温度及提高燃料热值实现降低排烟热损失和降低化学未完全燃烧损失，另外可以通过投运高加提高给水温度。
