煤粉工业锅炉的节能增效技术改造措施

2020-07-28侯小平陕西煤化咸阳新型热能有限公司陕西咸阳713100

化工管理 2020年19期

侯小平(陕西煤化咸阳新型热能有限公司，陕西咸阳 713100)

0 引言

虽然我国在大力开发新能源，积极推广清洁能源的应用，但是目前供暖和发电最主要的还是采用锅炉的方式。从相应参考文献中可知，2018年我国在用锅炉数量达到了65 万台，近90%的工业锅炉为燃煤工业锅炉。但是受到锅炉本身结构、所用煤种、人为操作等多方因素影响，锅炉在实际运行中还是会产生某些污染并且运行效率不高，需要对其进行必要的技术改造来实现节能增效的目的。

1 案例基本概况

某煤粉工业锅炉集中供气项目所用的煤粉工业锅炉具体参数如表1 所示。

表1 煤粉工业锅炉参数

此锅炉系统属于国内自主研发的高效煤粉工业锅炉系统，自动化程度较高，具有较好的节能优势。此项目所用的2 台锅炉系统配置包括不同的设备单元，例如压缩空气站、惰性气体保护站、燃烧器单元、煤粉储供单元、除尘单元、热力单元、自控单元等。该煤粉工业锅炉系统的具体配置如表2 所示。但是此系统在试运行中发现还存在某些需要改进的问题。本文针对这些问题实施技术改造，以便进一步提升整个系统运行的稳定性。

表2 煤粉工业锅炉系统配置情况

2 煤粉工业锅炉节能增效技术改造方案分析

2.1 煤粉工业锅炉运行问题分析

2.1.1 给粉系统存在的问题

从实际运行情况来看，存在煤粉下料不均的问题，这就会造成炉膛出口压力不够稳定。虽然给料螺旋内部设置了机械密封的方式，但是因为煤粉的粒径相对较小并且容易受到卸料冲击的影响，所以密封效果相对有限，煤粉容易渗入到轴承内部，影响其正常运行。另外，螺旋也存在卡死的问题，一旦此种情况发生只能停止锅炉运行，无法确保其连续稳定供汽。

2.1.2 水位调节存在的问题

该锅炉汽包是按照水位反馈情况通过调节变频器频率来进行水位调节的，在水位较低的情况下需要将频率上升到最大值，在水位较高的情况下需要将频率下降到最小值，流量存在较大的波动，并且水位稳定性相对较差。

2.1.3 锅炉部分装置存在的问题

燃烧器煤粉管发生变形、弯曲以及开裂等问题，同时预燃室的上封头容易发生变形以及鼓包开裂的问题，另外点火油枪的油嘴在实际应用过程中常常会发生脱落的问题。

2.1.4 锅炉的受热面结构设置不够合理

在尾部缺少足够多的受热面，会造成排烟温度相对较高，从而引发热量的损失。另外，排渣系统不够合理而造成排渣不够顺畅，除此之外，除渣机的刮板位置不够准确，无法进行有效的除渣。

2.1.5 给水流量表存在的问题

该锅炉的给水流量表只可以显示瞬时流量，无法反映出累积量，很难以此来判定汽水平衡和水耗的情况。一旦锅炉的受热面出现泄漏问题就缺少判定参照，给水量供应不足，很难实施精细化管理。

2.2 煤粉工业锅炉改造方案设计

为了确保锅炉燃烧的充分性，需要对供粉系统以及燃烧系统实施完全、彻底的改造，可以将供粉系统调整为电站锅炉标准配置内闭式圆盘给料机，给料机的型号具体为GF-6，此型号给料机的功率为4.0kW，供粉量为4500kg/h。

对于煤粉工业锅炉来说，想要有效提升运行效率、节约能源，最主要的就是确保燃烧器以及相应燃烧系统的合理性，这是确保煤粉锅炉高效清洁燃烧的基础，所以加强燃烧系统的优化升级是非常必要的。针对此锅炉来说，可以采用全自动高效低氮燃烧器来代替旧有燃烧系统，同时将原有的燃烧器以及预燃室拆除掉，对给粉管、二次风道、点火系统、火检系统以及自控系统进行改造。

为了便于灰渣的顺利排出，需要将原有矩形的下灰管更改为喇叭口的形式。同时由于尾部缺少足够多的受热面而造成排烟温度相对较高，从而引发热量的损失，针对此问题可以通过增设空气预热器的方式来增强尾部的换热效率，以此来降低排烟温度。

为了能够准确判定汽水平衡和水耗的情况，需要对给水流量、平衡容器以及蒸汽流量仪表等增设自控反馈调节程序，通过三冲量的方式进行调节，以此来确保锅炉系统的稳定运行。另外，为了反映出累积量，需要在给水管路上增设给水累积流量表。

3 煤粉工业锅炉技术改造效果分析

为了能够证明锅炉系统在经过技术改造之后取得的效果，本文主要设定80%额定负荷作为锅炉系统的运行负荷，通过三参数运行曲线、系统处理参数运行曲线等方式对整个系统运行过程的情况进行比对分析，以此来判定工业锅炉技术改造的效果。

3.1 运行参数的对比分析

本文主要采用炉膛出口压力、炉膛温度、排烟温度等参数对锅炉系统的运行参数实施对比分析，能够得到整个系统连续运行70 小时的曲线，具体曲线如图1 所示。

从图1(a)的炉膛出口压力曲线情况能够得知，在进行技术改造之前炉膛出口压力存在着较大的波动，稳定性较差。造成此问题的主要原因是锅炉供粉稳定性较差，从而造成燃烧不够稳定，这就会引发炉膛内部压力产生较大波动。而对于锅炉进行技术改造成为内闭式圆盘给料机之后，整个系统的供粉稳定性更好，可以将炉膛出口压力稳定控制在-100Pa 左右，从图1(a)中能够得知改造之后炉膛出口压力波动范围在±30Pa 左右。

从图1(b)的炉膛温度变化曲线情况能够得知，主要选择炉膛出口测点来测定炉膛的温度情况。在进行锅炉系统改造之前的炉膛温度相对较低，从图1(b)中可知其最高温度在700℃以下。造成此问题的主要原因在于整个系统在设计方面存在问题，从而造成运行负荷相对较低，燃料的燃尽率相对较低，进而造成锅炉热效率较低。从相应的测定结果可知，在进行改造之前飞灰残碳量为18%，底渣含碳量在5%以上。经过相应的技术改造之后，从图1(b)中能够得知炉膛的温度发生了较为显著的提升，始终保持在880～1008℃范围内，温度场区间相对稳定，能够得到比较好的换热效果。从相应的测定结果可知，在进行改造之后飞灰残碳量在5%以下，底渣含碳量在1%以下。

从图1(c)的排烟温度变化曲线情况能够得知，在改造之前排烟的温度始终在150℃以上，热效率相对较低，具有较大的热损失，并且在尾部烟道也容易发生损失。造成此问题的主要原因在于燃料的燃烧不够充分，造成排烟温度上升，并且尾部受热面设置相对较少，从而造成排烟温度很难下降。在进行必要的技术改造之后，特别是对燃烧器进行改造并且增设了空气预热器之后，排烟温度始终保持在130～140℃的范围，满足设计标准规范，同时运行较为可靠。

图1 锅炉技术改造前后相应参数曲线对比情况

3.2 锅炉出力对比分析

本文主要将螺旋给料频率设定在30-42Hz 范围内，在系统连续运行70h 之后得到图2 所示的曲线。从图2 可知，改造之前实际蒸汽流量在20t/h 以下，造成此问题的主要原因在于燃烧器的设计不够合理并且给料稳定性较差，从而造成燃烧效率相对较低，这就会造成出力很难达到标准规范。在经过技术改造(燃烧器、螺旋给料机等)之后有效提升了系统的稳定性以及出力，改造之后蒸汽流量保持在22～25t/h 范围内，满足运行负荷值的要求，实际的热效率能够达到近90%。