锅炉的节能

    工业锅炉的节能技术涉及多方面,最主要是提高工业锅炉的热能利用率,即提高工业锅炉的热效率。本节从燃烧、运行维护、新技术及新设备的应用、工业锅炉辅机的节能、锅炉水处理等方面,对工业锅炉房的节能途径进行探讨。
一、燃烧节能
    1.炉拱工业锅炉的炉拱是十分重要的。炉拱的作用在于促使炉膛中气体的混合以及组织辐射和炽热烟气的流动,使燃料及时着火燃烧。
    而目前工业锅炉的实际用汽量与其额定负荷往往不匹配,使用的煤种变化较大,而且与设计煤种往往有较大的差异,因此在实际使用中,往往要对炉拱进行必要的改造以适应煤种的需要。
    如图6-1

    为改造前炉拱情况,存在的主要问题是:因使用的燃煤比设计煤种差而杂,锅炉出现炉膛出口烟气温度低(约700℃),比设计低200℃。新煤着火迟,时常出现火床断火,着火距煤闸板约0.6~1.0m,炉膛燃烧不强烈,灰渣含碳量高。针对炉拱结构存在的问题,从改善燃料的着火条件,提高炉膛温度着手对锅炉进行改造。改造后的炉拱情况

如图6-2所示
    经过改造后的炉拱,在实际运衍中观测发现,改造效果良好,燃料人炉后距煤闸板0.3mRP着火,火床燃烧强烈,火焰充满度好,旋转强烈。由于前拱降低,后拱加长,拱间形成的喉口间距由原来的2.0m左右缩小到1.0m。加强了该处的气流扰动混合,重新组织了气流,强化了炉内燃烧,有效的提高了前拱区和整个炉膛的温度,使其达到1400℃以上,改善了燃料的着火条件。煤着火点的提前,炉膛温度的提高,使灰渣含碳量明显减少。烟气的旋流混合又加强了烟气中焦炭粒子的分离,使之落在火床上和新燃料层进一步燃尽。强烈的烟气旋流还使烟气中的CO、H2、CH4等可燃气体充分燃烧,从而提高了锅炉的热效率4%以上。同时也提高了锅炉出力,满足了生产用汽的需要,减轻了环境污染,扩大了燃煤品种的适应范围。
    2.合理的送风与调节
    在链条炉、振动炉、往复炉中,根据燃烧过程的不同特点,合理的送风,对于促进炉内燃烧是很重要的。如在链条炉中,燃料随炉排不停地运动,依次发生着火、燃烧、燃尽各阶段。燃烧是沿炉排长度方向分阶段、分区进行的,所以沿炉排长度方向所需的空气量也就不同。在炉排头部的预热区和尾部燃尽阶段,空气需要量小;在炉排中部的燃烧阶段,空气需要量大。根据这一特点,必须采用分段送风,以满足燃烧的需要。目前国内生产的锅炉虽然都考虑到这一特性,采用了分段风室,并装有调节风门。但据调查,不少单位在实际运行中没有按照燃烧特性进行风量调节,从而使燃烧所需要的空气量与实际供风量没有很好地配合,使不完全燃烧损失增大。因此,在锅炉燃烧调整中,要根据燃烧需要对供给空气量及时进行调节,以降低热损失,提高热效率。
    3.采用二次风
    二次风对强化气流燃烧是很有效的。二次风有以下作用:
    (1)加强炉内气流的扰动和混合,使炉内的氧气和可燃气体均匀地混合,使化学不完全燃烧损失和炉膛过量空气系数降低。
    (2)二次风在炉内形成烟气旋涡,一方面延长了悬浮细煤粒在炉膛中的行程,增加了悬浮细粒子在炉内的停留时间,使其有较充分的时间燃烧,使不完全燃烧热损失降低;另一方面由于气流旋涡的分离作用,使煤粒和灰粒甩回炉内,减小了飞灰逸出量,使机械不完全燃烧热损失降低。
    (3)二次风使炉内高温烟气的充满度得到改善,缩小以致消除死滞区,提高了炉内受热面的利用率。
二次风除了对节能有明显效果外,对消烟除尘也是十分有效的。
    4.控制正常燃烧指标
    锅炉正常燃烧,包括均匀供给燃料、合理送风和调整燃烧三个基本内容。三者互相联系,相辅相成,达到安全经济运行的目的,锅炉热效率、排烟温度、排渣含碳量和排烟处过量空气系数等技术指标,应符合国家标准《工业锅炉经济运行》(GB/T17954)的规定。
    5.均匀分层燃烧
    分层给煤装置与均匀分层燃烧技术具有节能与环保的双重效益。均匀分层燃烧技术由五项技术组成。一是用均匀给煤技术解决煤仓颗粒不均,导致炉排上煤层横断面颗粒不均匀影响燃烧的问题;二是用均匀分层给煤技术,使煤层颗粒不但按下大上小逐级均匀分层排列,而且分层煤层任何横断面上的分层颗粒一致。均匀分层煤层不但通风阻力小,透气性好、供氧充足,而且煤颗粒的均匀分层分布特点符合煤氧化燃烧的特点,因而大大提高了煤的燃烧效率。该技术从根本上解决了原始密实煤层通风不良缺氧燃烧的问题;三是使煤层上面小颗粒的煤层,在火床上跳跃起来半沸腾燃烧;四是使煤中的煤粉在火床上方空间,类似煤粉炉悬浮燃烧;五是采用强化燃烧措施,强化悬浮在燃烧室内的多相燃料燃烧。实践证实这项技术不但提高了煤的燃烧效率,而且提高了锅炉对煤种的适应性,从而解决了链条炉不适宜烧次煤的问题。均匀分层燃烧另一个优点是燃烧温度均匀一致,消除了局部温度高,烧毁炉排侧密封件、老鹰铁和炉排膨胀不均造成的故障。
    6.预热空气
    为了提高炉内温度,工业锅炉应设置空气预热器,加热助燃空气,这样既有利于提高炉内温度,强化燃烧,减少不完全燃烧热损失,同时也使烟气余热得到充分利用,减少了排烟热损失,这两个方面都使锅炉的热效率得到提高。
    7.实现燃烧自动调节
    在锅炉运行中,为适应锅炉负荷变化,常需要进行必要的燃烧调整。如在链条锅炉中常需要进行煤层厚度、分段送风、炉排速度、二次风量和过量空气系数的调整。锅炉的燃烧好坏与运行操作技术有很大的关系。为了减少由于操作不当对燃烧的影响,便于迅速地根据负荷变化进行燃烧调整,提高锅炉的热效率,只有实现燃烧自动调节。
    燃烧自动调节一般以蒸汽压力为调节参数,根据蒸汽压力的高低来调节炉排速度及送风和引风量。实现燃烧自动调节能根据锅炉负荷变化及时进行燃烧调整,从而有效地提高锅炉热效率。
在引进技术中,锅炉计算机自动控制方面都有不同程度的提高,一台20t/h燃煤锅炉,煤风配比能按蒸汽负荷的变化进行自动调节,节煤效果显著,每天可节煤4t左右,锅炉热效率比原来手工操作提高5%以上;同时由于鼓风量、引风量大小均随蒸汽负荷而变化,鼓风机和引风机的耗电量也随之变化,这样运行电耗也降低了。
二、运行维护节能
    1.锅炉按额定负荷运行
    锅炉负荷变化时,对燃烧和热效率的影响可以从以下对机械化层燃炉的分析中看出。锅炉超负荷时,因为燃煤量必须增大,所以锅炉煤层要加厚,炉排速度要加快,才能满足负荷增大的需要,煤层加厚和炉排速度加快使炉内温度升高,排烟温度相应增大,这使排烟损失加大。锅炉负荷降低时,燃煤量减少,炉内温度降低,使燃烧工况变差,不完全燃烧损失加大,当锅炉负荷只有50%时,因炉内温度下降幅度很大,难以维护炉内稳定的燃烧。因此,锅炉超负荷或低负荷都会降低热效率。
    2.清除受热面积灰积灰对锅炉热效率的影响是很明显的,灰垢的导热系数仅为0.1163W/(m.℃),约为水垢导热系数的1/15,约为钢板导热系数的1/450~1/750。因此,及时而且有效地清除锅炉受热面上的积灰,就能在不增加煤耗的情况下提高锅炉的热效率。
    目前,工业锅炉清除积灰的办法有机械法(使用蒸汽吹灰器和空气吹灰等)和化学法。化学法的效果比机械法效果好。化学法是用化学清灰剂与烟垢起化学反应,使其变松变脆后脱落,达到清除积灰的目的。
    3.加强保温、堵漏风、防泄、防冒
    (1)保温
    由于锅炉炉墙、汽水热力管道系统的温度总是比周围的环境温度要高,所以炉墙和汽水管道系统的部分热量要通过辐射和对流方式散发到周围空气中去,造成锅炉的散热损失(q5)增大,同时也使炉膛温度降低,影响燃烧,使不完全燃烧损失增大。这都使锅炉热效率降低,因此,要重视并加强锅炉炉墙和管道的保温。
    (2)堵漏风
    中小型工业锅炉炉膛和尾部漏风现象很普遍。漏风使烟气量增加,同时,炉膛的漏风还使炉膛温度降低,对燃烧影响很大。因此,一旦发现炉膛的尾部漏风,要尽快设法堵漏。
    (3)防泄、防冒
    锅炉房内热力管道及法兰、阀门填料处,蒸汽和热水的'跑、冒、滴、漏'现象普遍存在,这使锅炉有效利用热量减少,补充水量增加,降低了锅炉热效率。因此,要及时维修,减少这项热损失。
三、采用新工艺、新设备节能
    1.热管换热器用于烟气余热利用目前国内已有不少单位将热管技术用于工业锅炉的烟气余热回收,把气一液热管换热器安装在锅炉烟道内,利用烟气余热加热锅炉给水。一般烟气温度由原来的230℃下降到170℃,给水温度由10℃上升到60℃,热量回收率达26%,锅炉热效率提高3.1%,节能效果显著。
    2.凝结水与废蒸汽回收提高凝结水回收率,防止凝结水的损失是锅炉节能中的重要环节。提高凝结水回收率不仅使锅炉软化水补充量减少,减轻了水处理系统的负荷,同时提高凝结水回收率使给水温度提高。锅炉给水温度每提高6℃,节省燃料约1%,凝结水的排放问题由安装蒸汽疏水阀来解决。而凝结水输送问题始终没有得到很好的解决。用户的凝结水回收除非地形高差很大,一般都须在锅炉房设置地下室,使凝结水自流回来,或在锅炉房和用户中途设置加压泵回收凝结水。用上述方法回收凝结水使回收费用大为增加,是一种不理想的方法。
国外已开始采用凝结水自动输水泵回收凝结水。这种泵无需外力,只要在蒸汽管线中通入少量蒸汽,即可连续不断地工作。既可使凝结水高位提升,又可使凝结水远距离回输到锅炉房。使用这种泵可使锅炉热效率得到一定提高。
四、鼓、引凤机和给水泵的选型节能
    目前,国内锅炉配套的鼓风机、引风机效率约为85%,随工业锅炉配套的GC型锅炉给水泵的效率为38%~62%左右,而常用的GC型给水泵的效率一般在47%以下。这说明鼓、引风机的效率,特别是给水泵的效率不高,节能潜力很大。
    最近10年,国内水泵制造企业已陆续生产出一些高效节能型锅炉鼓、引风机和给水泵。如适合于2~20t/h锅炉配套用的5-48系列风机,用它来代替Y4-70等系列引风机,其最佳全效率可达87.5%,节电效果特别明显。
    新设计的锅炉房应尽量选用高效节能型鼓、引风机和锅炉给水泵。目前正在使用的效率低、能耗大的鼓、引风机和给水泵,应通过各种途径予以改造,以提高其效率,其中一部分旧式低效引风机和给水泵,应用高效节能型风机和给水泵替代,这样才能有效地减少锅炉辅机的电耗,提高锅炉净效率。
五、水处理节能
    1.除去水垢
    一般锅炉给水中含有大量的溶解气体和硬度盐类,如果给水未加处理或处理不当,会使锅炉受热面上造成腐蚀和结垢现象。结垢对锅炉的主要危害为:
    (1)热阻增大,影响传热,降低锅炉热效率,增加煤耗。水垢的导热系数为1.28~3.14W/(m·℃),约为钢板导热系数的1/30~1/50。经测定,锅炉受热面上结1mm水垢,燃料消耗就要增加2%~3%,水垢对传热的影响必须予以重视。
    (2)损坏锅炉,影响安全。一则水垢使钢板温度升高,许用应力下降,易造成锅炉爆炸事故;二则水垢使工质流通截面减少,易造成水循环故障。
    水垢很不易清除,清垢既费力又费时,增加了检修费用,并使锅炉寿命缩短。因此,要普及锅炉水处理,推广先进的水处理技术。对锅炉的给水要进行严格的化验,达到工业锅炉给水标准的要求,防止结垢。
    2.降低排污热损失降低锅炉排污热损失的途径有两条,一是加强锅炉给水处理,对给水进行脱碱去盐处理,使锅炉排污量减少;二是对排污水进行回收利用,如设置定期排污膨胀器或连续排污膨胀器,其二次蒸汽可以用来加热除氧器的给水,高温排水通过水一水换热器预热给水。