提高锅炉效率是电站节能降耗的核心

(呼伦贝尔市特种设备检验所，内蒙古 呼伦贝尔 021000)
摘 要：文章根据作者的实践，从改进锅炉炉体结构，送 、引风机实行变频控制等四个方面提出改进建议。
关键词：锅炉,热效率
中图分类号：TM621.2  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)20—0088—02

神宝公司自备电 站发电机组装机容量为3×3 000kW，配套3台20t/h次中压锅炉。机组现实行 热电联产并与地方电网并网。机组具备了良好的低耗运行环境与条件，但实际热能利用率个 还不很理想。多年的实际运行的情况和数据测试表明，锅炉效率低且达不到额定值，是主要 原 因之一。锅炉额定热效率为80.5%～82%，实际测定只有67.7%，与额定值的差距为12.8%～14 . 3%。在当前的节能形势下，必须千方百计地把能耗降下来，把热效率提上去，把提高锅炉的 热效率当做全电站节能降耗的核心工作。对如何提高锅炉的热效率，笔者认为要从以下几个 方面作为切入点。
1 改进锅炉炉体的结构

所谓锅炉的炉体实际是指锅炉的墙体(包括烟气管道)。现锅炉的墙体实际结构是内层用耐 火砖和耐火粘土砌筑而成，外层即用普通红砖封堵，中间无隔热层。这种结构中耐火粘土是 耐火砖的粘合材料，砖缝(构筑时往往比要求大，也可能有充填不严密的情况)中的耐火粘 土在炉膛差压作用下很容易被涮空，这样就形成炉体不严密，造成炉内烟气冲出耐火砖墙层 进入外墙，外墙的普通红砖在高温烟气的作用下很易发生变形，以至出现龟裂和缝隙，最终 使锅炉的炉体透风，高温烟气大量外溢，锅炉就呈现出正压运行状态。在这种状态下，为了 维持锅炉的正常运行，就要加大负压值。按规程规定锅炉的正常运行负压值为10～20Pa，而 该电站的1#锅炉的运行负压值达到200Pa以上，为规定值的10倍。大负压运行状态产生的后 果是：炉膛的火焰中心后移，使排烟温度升高(1#炉的记录是由额定的170℃升到260～270 ℃)，经计算排烟温度每升高10～12℃，热损失就增加1%；负压增大使引风量加大，这不但 增大了不必要的厂用电浪费，而且是过氧燃烧带走了可观的无效热能。经环保部门的监测， 电站有的锅炉的过氧系数竟达到α=2.9，超规定(α=1.25)一倍以上，这就是说烟气量中 有一半的量是加热空气了(低温的空气加热成高温空气)。锅炉的排烟热损耗加大，热损耗 必然要大大增加。在此种状态下运行的锅炉就很难能达到20t/h的额定能力，3台锅炉的实际 出力基本维持在18t/h左右。以上分析说明了锅炉炉体结构对锅炉的出力及热效率的影响极 大，要使问题得以解决就必须对现有不合理的炉体结构加以改造。而使用先进的耐火陶瓷纤 维喷涂技术。喷涂可将整个炉内在耐火砖与外砖墙之间形成一个均匀无接缝 ，密封性好的整体衬内隔热层。表面喷涂耐火陶瓷纤维，推荐喷涂厚度为20～50mm。在喷涂 层外面再砌筑红砖外墙封闭炉体。

耐火陶瓷纤维喷涂技术，当今已在冶金、石化、电力、机械、陶瓷等行业的炉窑内衬绝热、 外壁保温、各类高温管道内衬绝热、外壁保温等工程项目上得到广泛应用。在工业炉窑上使 用该技术节能率可达40%左右。
2 送、引风机实行变频控制

电站的送、引风机的设备容量和实耗电量均占厂用电量的2/3，因此降低送、引风机用电量 也是电站的节能降耗的关键之一。根据实际调查，电站的送、引机的运行风量，在高过氧燃 烧的运行情况下，调节挡板都处于未完全打开的状态，仍有有一定的调节空间，风机的出力 也有余地。目前风机风量的调节方式仍然都是靠挡板调节，这是很大的能源浪费。挡板虽然 能调节风量，但所耗电能却没有得到应有减少，而应用变频调速技术就可以取得较为理想的 效果。

变频调速技术是当今科技领域里的一项非常成熟并有着巨大应用价值的新技术。变频调速技 术有高节能特点。在实际应用中，风机采用调整挡板进行风量调节，这种调整方法是靠挡板 限流，在其处产生较高流速，增大了阻力损失，因而调整不能节省电能。变频调速技术具有 高节能效果在已利用变频调速技术的单位的数据表明，对需变动风量(流量)的风机类设备的 节电率都在35%以上，多的可达50%。

除节能外，变频调速技术还有着结构简单，保护功能齐全，安全可靠故障 少，有良好的起动与停止性能(软起动电流小，对电源无冲击)，电机的功率因数和效率 高，调速准确易控制等优点。这对自备电站的安全运行更有着特别重要的意义。

锅炉在解决漏风这一重点问题后，应用变频调速技术进行控制，锅炉就可以实现在微负压状 态下运行，过量空气系数就能大大地减小，风机所需的实际送、引风量就会比原有量减少 许多。如果按20%的减少量计算，则厂用电量将比现在水平下降30%以上。
3 提高进风温度与降低排烟温度
3.1 要保持锅炉间上方高温空间的严密

特别是在冬季，不要让室外严寒空气进入，保 证室内高温空气质量。同时要保证送风管上方吸风口畅通，减少风阻，保证高温空气顺利导 入炉膛。
3.2 研究利用过高的排烟温度

降低排烟温度是提高锅炉效率的一个重要环节，当今大型锅炉的排烟温度都已下降到110℃ 。之所以排烟温度要定在100℃以上，是为保证烟气不会凝结成水(含硫的烟气会变成硫酸) 腐蚀设备。
而神宝公司电站的3台锅炉的额定排烟温度都在170～180℃，采用水膜除尘方法 后烟气实际温度也只有90℃。如果把现有排烟温度利用60℃(排烟温度仍然在100℃以上)， 就可以提高热效率近5个百分点。利用的方法是请有资质设计单位对锅炉进行改造，在省煤 器后增加空气预热器。
3.3 利用发电机的冷却热风，将其导入炉内
3.3.1 发电机热风的能量计算。电站发电机容量3 000kW，型号为QF-3-2。发电机运行产生温升，利用自然风冷却时，都产 生有一定热能的热风，其进出口风温差(Δt)一般(发电机处在半负荷左右状态)都在15℃以 上，产生的热风风量(V)额定为4m³/s。其热能Q计算如下：
据测发电机进风温度t1=20℃，
定压比热C_p1=0.24kcal/(kg·℃)
密度ρ₁=1.245kg/m³；排风温度t₂=35℃，
定压比热Cp2=0.241kcal/(kg·℃)；
冷却风的重量G(设定进出风重量在两种状态下不变)
每公斤风的热焓量为q。
G=V·ρ₁=4×3600×1.245=17345kg/h
q=C_p2·t₂-C_p1·t₁
=0.241×35-0.24×20=3.635kcal/kg
Q=G·q=17345×3.635=63000kcal/h=73kw/h
1000为kg化为吨的系数。
3.3.2 利用热风给锅炉作送风的热风源降低热能损耗。利用发电机的热风，将配套锅炉的送风温度可由现在35℃提高到45℃，排烟温度同为170℃ ，在最大负荷状态下(即排烟量V=60 000m³/h时)节能效果计算如下(以相同的排烟温度为 计算的基点)：
锅炉进风温度t₁=35℃时，

定压比热C_p1=0.241kcal/(kg·℃)；t₁’=45℃，

定压比热C_p1=0.241kcal/(kg·℃)；

排烟温度t₂=170℃，

定压比热C_p2=0.26kcal/(kg·℃)；

密度ρ₂=0.89kg/m³，烟气的重量：

G=V·ρ₂=60000×0.89=53400kg/h(设定烟气重量在两种状态下不变)

每公斤烟气所需的热焓量，进风温度t₁=35℃时为q₁，进风温度t₁’=45℃时为q₂。

q₁=C_p2·t₂-C_p1·t₁
=0.26×170-0.241×35=35.77kcal/kg
q₂=C_p2·t₂-C_p1·t₁’
=0.26×170-0.241×45=33.36kcal/kg

送风温度升高后节省的总热焓Q
Q=G·(q₁-q₂)
=53400×(35.77-33.36)=128700kcal/h

折算节省燃煤量=128700/(3150×0.8)=51kg/h。占该状态一锅炉额定燃煤耗量(6 000kg/h) 的0.85%。式中3 150为煤的应用基低位发热量kcal/kg，0.80为锅炉的热效率。

由于发电机的热风风量只满足最大负荷时进风量的一半即占50%(发电机的风量为4m³/s即1 4 400m³/h，实际最大送风量约20 000m³/h),温度升高是15℃，所以，利用发电机热风 作送风风源后实际节省的总热焓Q为(近似值)：

Q=128 700×1.5×0.5=96 500kcal/h

折算节省燃煤量51×1.5×0.5=38kg/h

如果按年运行8 000h,每台炉节省煤可达304t。
4 完善热平衡的监测系统，定期进行监测

为了保证锅炉系统安全高效运行，必须要配制、完善有一定精度的热平衡监测仪器仪表。仪 器仪表测定的主要内容包括：补给水补水量、温度，给水水量、温度，耗煤量，排污量，主 蒸汽流量、温度，进风温度、风量，引风量，排烟温度，烟气含氧量，除氧器的耗汽量等。 对锅炉定期进行监测，并进行热平衡计算和分析研究，随时掌握锅炉的运行动态，对出现的 和可能出现的问题及时采取对策措施。

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