工业锅炉低负荷工况节能分析与对策精Word下载.docx
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1009-3230(201109-0022-04CountermeasuresofIndustrialBoilersLow-loadConditionsEnergy-efficient
CHENZhi-gang,MAOFu-jie,ZHANGXu,WANGFang
(TianjinSpecialEquipmentInspectionInstituteofTechnology,Tianjian300192,China
Abstract:
Industrialboilersasanimportantdevicethermalpoweriswidelyused,buttherearealotofitslowload,loadconditionsdeviatefromtheoptimaloperation,thisiscausedalargewasteofenergy.Thispaperfocusesontheindustrialchaingrateboilerinthelowloadoperatingconditionsaffecttheboilerefficiencyfactor,andproposedcountermeasures,inordertoachievethepurposeofimprovingthethermalefficiency.
Keywords:
Lowload;
Industrialboiler;
Thermalefficiency
0引言
煤是我国目前可利用能源型式中的主要能源,在我国一次能源消费结构中占70%以上的份额。
工业锅炉是我国耗能最多的设备之一,每年消耗的能源约占整个国家能源消耗的1/3。
全国在用工业锅炉保有量约50多万台,约180万t/h。
其中燃煤锅炉约48万台,占工业锅炉总容量的85%左右,平均容量约3.4t/h,其中容量在20t/h以下占80%以上,煤炭消耗量占全年煤炭产量的23%。
在工业锅炉中大部分为链条燃煤工业锅炉。
链条炉往往需要燃烧优质煤,而热能的低效率利用却浪费了大量能源。
从全国来看,我国燃
收稿日期:
2011-06-05修订日期:
2011-06-11作者简介:
陈志刚,男,硕士研究生,锅炉、压力管道检验员,主要从事锅炉、压力管道检验、节能减排等工作。
煤工业锅炉效率低,污染重,工业国家平均水平为80%以上,而我国工业锅炉平均实际热效率仅为60%65%,小容量的工业锅炉热效率只有50%60%,节能潜力巨大[1]。
链条炉排工业锅炉长期存在的低负荷运行工况是造成我国链条锅炉热效率低下的重要原因。
据统计,目前我国工业锅炉的一般平均运行负荷只有额定负荷的30%70%左右,锅炉容量越小,平均负荷率越低。
一般来说,只有在80%95%额定负荷下工业锅炉才能达到最佳运行热效率。
但由于某些用户购买锅炉时的盲目性,或对未来可能的热量需求的考虑,我国工业锅炉运行的实践中,使得工业锅炉运行中普遍存在低负荷运行,即“大马拉小车”的现象。
此外,低负荷运行时送、引风机挡板均要关小,造成节流损失,消
耗能源。
给水泵也存在负荷不足的现象,这样就增加了损失,由于辅机损失增大,从而使锅炉机组净效率下降。
因此,
链条式燃煤工业锅炉在低负荷条件下的运行热效率需要重点关注。
新颁布的《锅炉节能技术监督管理规程》对燃煤工业锅炉主要参数进行了限制,对燃煤工业锅炉的热效率规定了限定值和目标值,尤其明确了对在用锅炉实际运行热效率进行定期检测的要求。
2低负荷运行各参数分析
反平衡热效率测试是通过测定锅炉各项热损
失的方法来确定锅炉热效率。
虽然测试误差高于正平衡测试方法,但能够清除地标明锅炉各项热损失,为分析影响锅炉热效率的因素,提出改善热效率措施提供了依据。
工业锅炉反平衡热效率计算的热损失包括:
排烟热损失q2、气体不完全燃烧热损失q3、固体不完全燃烧热损失q4、散热损失q5、灰渣物理热损失q6。
对于在额定工况下运行的链条炉排燃煤工业锅炉,在锅炉运行条件较好的情况下,
排烟热损失q2和固体不完全燃烧热损失q4这两项之和,占到锅炉热损失的80%以上,不完全燃烧热损失q3、q4往往占到热损失的10%15%。
由此可见,此时排烟热损失q2是影响锅炉热效率的最重要参数
。
图1
对于低负荷运行的锅炉,各项损失在锅炉反平衡热效率计算中的影响相类似,但由于运行参数的差异,使得各项损失的比重不同于额定负荷运行情况,改善链条炉低负荷运行时的热效率的途径也应有所不同。
2.1
排烟热损失q2对热效率影响
排烟热损失q2在锅炉反平衡热效率计算中所占的比重相对较大,而该项损失主要受排烟处过量空气系数和排烟温度影响,
因此降低锅炉排烟温度和过量空气系数成为提高锅炉热效率的关键。
图2为按照简单计算得到的排烟温度和过量空气系数与q2关系图
图2排烟温度和过量空气系数与排烟热损失q2关系图
作为锅炉热损失中最大的一项,
q2与apy直接相关,
随着apy的增加,q2增加的速度大于apy的增加速度,这在排烟温度较高时尤为明显。
排烟温度越高,q2正比于apy的曲线斜率越大,相应的q2
增加速率就越大。
如tpy=300ħ时,
apy从1.5升高到2.5时,
q2从14.87%升高到了24.11%,增加了约9.2%,为tpy=150ħ时的2倍多。
当排烟温度增大时,q2正比于apy的曲线斜率也越大,相
应的q2随apy增加的速率也就越大。
因此,为了提高锅炉运行效率,排烟温度越高越要严格控制
apy。
当排烟温度t
py
一定时,q2与apy大致线性关
系,q2随apy的增加而增加。
如当tpy=150ħ时,a
为1.5,q2为6.612%,当apy为2.5时,q2为
10.176%,即a
增加1.0,q2增加约3.5%,相应的锅炉效率下降约3.5%。
常用的降低锅炉排烟热损失的技术措施主要是增加尾部受热面,改善烟道的密封状况等,这对于在额定负荷情况下运行的锅炉是有效的措施。
低负荷运行条件下,排烟温度往往已经偏低,理论上不是造成排烟热损失q2以及锅炉热效率降低的主要原因,为了保证锅炉尾部受热面安全运行,也不宜一味降低锅炉排烟温度。
相对于额定负荷运行,低负荷运行时由于燃烧需要的空气量减少,空气入炉的速度不足,为了达到相同的炉膛深度或扰动程度,只能人为加大给风量,增大过量空气系数。
这就是为什么低负荷运行锅炉排烟温度较低的同时,q2热损失仍然占据很高比例的原因[2]。
2.2不完全燃烧热损失q3、q
4
对热效率影响
不完全燃烧热损失q3、q4主要受燃烧状况影响。
对于额定负荷运行的锅炉,如果燃烧效率能达到90%,那么该项损失的影响往往在10%15%之间,其中q
3
对于链条炉来说一般在0.2%2%之间。
对于额定负荷运行的锅炉降低该项损失时,要注意避免过量空气系数的增加带来的q2的显著增大,因此这需要对这两项(q2和q4损失进行综合分析,选择最佳的过量空气系数。
低负荷运行致使一些锅炉运行参数难以控制在合理范围内,如炉膛温度、给风量、漏风系数等。
过高的炉膛过量空气系数,造成火床和炉膛温度偏低,燃烧速度明显减慢,燃煤量减少,炉内温度降低,使燃烧工况变坏,煤中的固定碳燃烧变得更加困难,炉渣含碳量增加,这样就使得不完全燃烧热损失q3、q4增大,运行效率下降。
低负荷下锅炉压力降低使汽水混合物的饱和温度降低,导致燃料消耗量的减少,过量空气系数增大,最终使炉膛温度降低,炉膛温度降低对燃料的燃烬不利。
炉膛温度降低,辐射换热系数下降,造成锅炉整体传热系数的降低,也造成锅炉热效率降低。
低负荷下较高的过量空气系数和炉膛水冷度,影响了炉内煤的点燃和燃烧,并最终影响了煤的燃烧效率。
2.3散热损失q
5
、灰渣物理热损失q
6
对热效率影响
散热损失q5对于锅炉的效率影响相对较小,约占1%3%,一般不超过2%。
在《工业锅炉能效测试与评价规则》的测试方法中,该项仅给出了参考范围。
改善该项损失的方法也相对简单,无外乎加强锅炉的绝热工作。
灰渣物理热损失q6是最为稳定的一项损失,计算中只与灰渣量有关系,而且数值是最小的。
在低负荷下两者的数值的增大是在绝对值未发生变化下相对值的增大,实际上无论锅炉的运行状况如何,负荷如何,对于同一台锅炉其q5和q6损失的绝对值是变化不大的。
在实际运行的锅炉当中存在锅炉保温较差的情况,测试处最高温度会超过规程的上限值,那么该情况下q5的损失显然过大,需要加强保温工作。
3改善低负荷运行热效率措施3.1蓄热式炉拱改善燃烧工况
工业锅炉炉拱对于组织燃料燃烧,提高燃烧效率至关重要。
前拱侧重于引燃新煤,后拱侧重于强化主燃区和烤渣燃尽。
提高炉拱温度能够加强对煤的点燃作用,提高燃烧区煤层温度,进一步改善煤的燃烧[3]。
炉内辐射换热公式和煤烟衰减系数公式为:
E=εAσ(T4
1
-T4
2
e-ke(1
k
e
=
4300ρ
(TD2/3
μapˑ10-5(2式中E为辐射换热量;
ε为炉内材料发射率,δ为斯忒藩—玻耳兹曼常数;
ρ0为标准状态下气体密度;
D为煤烟粒子平均尺寸,单位为μm;
T为定性温度(绝对温度,取为炉膛出口温度;
p通常取为
1/3;
μ
a
为粒子浓度。
炉膛内其他参数相对固定,那么不同炉拱温度辐射热量之比为:
ET3ET2=
T4
(3
可见,辐射热量的大小与辐射
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