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1、熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試應(yīng)用于燃油鍋爐節(jié)能減排研究 摘要:文章就如何應(yīng)用在用鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試手段服務(wù)于燃油鍋爐節(jié)能減排進(jìn)行了深入分析總結(jié)。運(yùn)用測(cè)試數(shù)據(jù),可了解鍋爐運(yùn)行工況熱效率,可準(zhǔn)確分析燃燒故障,可指導(dǎo)調(diào)節(jié)燃燒風(fēng)油比,可預(yù)測(cè)鍋爐熱效率可提升空間,同時(shí)可提升企業(yè)節(jié)能意識(shí)和管理、操作技能。 關(guān)鍵詞:在用鍋爐;熱效率;簡(jiǎn)單測(cè)試;節(jié)能減排 中圖分類號(hào):TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2013)12-0096-03 通過(guò)近兩年的在用鍋爐運(yùn)行熱效率測(cè)試,統(tǒng)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)燃油鍋爐熱效率不容樂觀,燃油鍋爐測(cè)試53臺(tái),平均蒸發(fā)量3.3t
2、/h,平均測(cè)試熱效率84.9%、排煙溫度228.8、排煙處過(guò)量空氣系數(shù)1.37。均達(dá)不到鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程(TSG G0002-2010)要求。這還是在經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)試調(diào)整后最佳燃燒效果下的測(cè)試結(jié)果。根據(jù)工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則(TSG G2003-2010)測(cè)算,當(dāng)排煙溫度、過(guò)量空氣系數(shù)符合TSG G2003-2010要求時(shí),燃油鍋爐熱效率可提升4.3%。 因此,如何通過(guò)在用鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試來(lái)指導(dǎo)燃油鍋爐熱效率提升具有實(shí)用意義。本文通過(guò)能效測(cè)試數(shù)據(jù),測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的操作問題、設(shè)備問題及燃料問題,分析影響鍋爐熱效率主要因素,結(jié)合德國(guó)威索燃燒器壓力式機(jī)械霧化技術(shù)參數(shù),應(yīng)用于促進(jìn)燃油鍋爐
3、節(jié)能 減排。 1 燃油工業(yè)鍋爐熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)分析及可提升空間預(yù)測(cè) 鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試,是依據(jù)鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程(TSG G0002-2010)、工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則(TSG G0003-2010)、工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程(GB/T10180-2003)等,運(yùn)用反平衡測(cè)試法,通過(guò)鍋爐排煙處煙氣成分分析,測(cè)試鍋爐排煙處CO、O2、RO2含量及計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù),測(cè)試排煙溫度,測(cè)試入爐冷空氣溫度,計(jì)算q2排煙熱損失、q3化學(xué)不完全燃燒熱損失,根據(jù)鍋爐出力查表計(jì)算q5散熱損失,得出燃油鍋爐熱效率j=100-q2-q3-q5。 通過(guò)對(duì)53臺(tái)燃油鍋爐簡(jiǎn)單熱效率測(cè)試,用反平衡法測(cè)試分析,
4、主要影響燃油鍋爐熱效率是q2排煙熱損失,見附表1,q2值10.6%。 影響排煙熱損失的主要因素是過(guò)量空氣系數(shù)和排煙溫度,當(dāng)排煙溫度在150時(shí),過(guò)量空氣系數(shù)每增加0.1,排煙熱損失將增加0.5%左右;排煙溫度越高,增加越多;當(dāng)排煙處過(guò)量空氣系數(shù)為1.3時(shí),排煙溫度每增加10,排煙熱損失將增加0.3%左右。 可節(jié)能空間預(yù)測(cè)是根據(jù)工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則(TSG G2003-2010)測(cè)算,對(duì)于微正壓燃燒鍋殼式燃油工業(yè)鍋爐,過(guò)量空氣系數(shù)為1.15,排煙溫度為170時(shí),熱效率可提升空間能達(dá)到4.3%。測(cè)算過(guò)程如下:53臺(tái)測(cè)試燃油鍋爐入爐冷空氣溫度平均值為27.8,當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)為1.15、排煙溫度為
5、170時(shí),通過(guò)公式1可計(jì)算q2"=6.35%,比較q2可提升熱效率4.3%。 公式1: 對(duì)于燃油燃?xì)忮仩t:m=0.5;n=3.45;q4=0。 2 針對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高問題分析及措施建議 對(duì)于燃油鍋爐,過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高主要是因風(fēng)油比調(diào)整不好造成。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)油比調(diào)整不好主要原因是鍋爐使用管理和操作人員對(duì)于燃油鍋爐運(yùn)行參數(shù)不了解,運(yùn)行管理不好,霧化參數(shù)變化不懂調(diào)整,有的甚至任意調(diào)整霧化參數(shù)等,造成過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高??偨Y(jié)后歸納為兩點(diǎn):一是沒有調(diào)好,在測(cè)試中能夠通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)指導(dǎo)調(diào)整好的情況;二是“不能調(diào)好”,主要是霧化參數(shù)不能在檢測(cè)中及時(shí)調(diào)整,需要通過(guò)設(shè)備元件檢查、維修、更換后才
6、能正確調(diào)整的情況。 沒有調(diào)好原因分析。第一,人為調(diào)低高壓油泵出口壓力,測(cè)試中多次遇到操作人員調(diào)低霧化壓力,理由是霧化壓力高會(huì)加快油泵和噴油嘴磨損,縮短油泵和噴油嘴使用壽命。通過(guò)調(diào)整合適霧化壓力后,解決霧化不良問題。在解決此問題時(shí)發(fā)現(xiàn),多數(shù)燃油供應(yīng)系統(tǒng)都存在管路系統(tǒng)沒有排空氣裝置及無(wú)供油泵的日用油箱安裝高度不足問題,個(gè)別情況存在回油管未正確接回日用油箱,而是接回高壓油泵入口,燃油中含有的水分氣化,氣體進(jìn)入油泵,造成油泵空轉(zhuǎn)加速磨損,這才是油泵壽命縮短的真正原因。第二,初始運(yùn)行燃燒器未做精準(zhǔn)調(diào)整,存在燃燒負(fù)荷變化時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)差別大,體現(xiàn)為燃小火時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)正常,而在轉(zhuǎn)換為大火時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)偏大
7、,反之情況也存在。第三,油品變化后或更換油泵和噴嘴后,未及時(shí)調(diào)整風(fēng)油比,燃料變化后熱值下降或更換油泵或噴油嘴后造成供油量下降,而風(fēng)門位置不變,造成過(guò)量空氣系數(shù)升高。 對(duì)于上述沒有調(diào)好的問題處理措施。先檢查燃燒機(jī)對(duì)應(yīng)的霧化條件,如不符合條件,先調(diào)整燃油溫度或霧化壓力至符合條件后方可開始調(diào)整風(fēng)油比。通過(guò)調(diào)整各極燃燒位置的風(fēng)門開度來(lái)降低過(guò)量空氣系數(shù),基本方法為:調(diào)小風(fēng)門開度,直至煙囪冒黑煙,然后逐級(jí)調(diào)大風(fēng)門至不冒黑煙為止。調(diào)整后測(cè)試排煙處煙氣成分含量印證,如過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求,則調(diào)整成功。 對(duì)于德國(guó)威索燃用重油的燃燒器的霧化壓力和溫度要求,簡(jiǎn)單壓力霧化方式的霧化壓力要求為2.02.5MPa,滑動(dòng)調(diào)
8、節(jié)方式的霧化壓力為2.53.0MPa;燃油霧化粘度要求在2.53.5E,高限不應(yīng)大于5.5E,對(duì)應(yīng)180#重油的霧化溫度不應(yīng)低于110、日用油箱及供油管道溫度控制在5070之間。 如不符合要求,情況有二:一是霧化條件因存在其他問題未能調(diào)整至滿足霧化質(zhì)量要求;二是滿足霧化壓力、溫度參數(shù)要求,調(diào)整風(fēng)油后過(guò)量空氣系數(shù)依然偏差過(guò)大或不穩(wěn)定,則燃燒器存在其他問題,屬于“不能調(diào)好”分析范疇。 對(duì)于“不能調(diào)好”問題鑒別及處理,存在以下五種常見情況。第一,燃油溫度控制不好,一是燃油霧化溫度不足,油粘度大,流動(dòng)性差,霧化質(zhì)量不好。經(jīng)調(diào)整180#重油霧化溫度至110,測(cè)試排煙處過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求;二是重油日用油
9、箱溫度控制不好,常見企業(yè)為了節(jié)約加熱電費(fèi),認(rèn)為夏天日用油箱重油不用加熱也能流動(dòng),造成供油不暢,通過(guò)恢復(fù)加熱,控制180#重油供油溫度在65左右,觀察燃燒穩(wěn)定,調(diào)整風(fēng)油比后,測(cè)試排煙處過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求。第二,霧化壓力不滿足霧化條件要求,因高壓油泵磨損,調(diào)整油泵出口壓力至極限,出口壓力還不能滿足霧化壓力要求,通過(guò)要求使用單位更換油泵,調(diào)整霧化壓力,調(diào)整風(fēng)油比,經(jīng)過(guò)煙氣成分分析驗(yàn)證,解決此問題,同時(shí)提出管系排氣裝置改進(jìn)和操作要求,防止高壓油泵異常磨損失效問題。第三,由于噴嘴磨損引起霧化不良造成,噴嘴磨損,噴口直徑增大,形成油膜變厚,霧化油滴直徑大,氣化時(shí)間長(zhǎng),來(lái)不及氣化的油滴受熱分解,造成冒黑煙
10、。要改善冒黑煙,只能通過(guò)調(diào)大風(fēng)門,加大風(fēng)量來(lái)改善霧化質(zhì)量,造成過(guò)量空氣系數(shù)變大,其特點(diǎn)是排煙處一氧化碳指標(biāo)隨著氧含量增大而增大。通過(guò)更換噴油嘴后問題解決。第四,燃燒系統(tǒng)設(shè)備日常維護(hù)不好,一是儲(chǔ)油罐卸油后未靜置一定時(shí)間脫水或日用油箱沒有及時(shí)排水,造成燃油含水量高且不均勻,不但燃燒不穩(wěn)定,熱值下降,過(guò)量空氣系數(shù)升高;二是過(guò)濾器、噴油嘴臟堵,造成霧化不良,燃燒火焰不穩(wěn),正常過(guò)量空氣系數(shù)狀態(tài)時(shí)燃燒冒黑煙;三是風(fēng)門伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損或損壞,風(fēng)門不能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換定位精度低,特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換火力后風(fēng)門未跟進(jìn)或轉(zhuǎn)換火力后過(guò)量空氣系數(shù)變化大。通過(guò)糾正管理和操作不規(guī)范問題,或更換風(fēng)門伺服電機(jī),測(cè)試后驗(yàn)證解決。第五,
11、穩(wěn)焰器位置錯(cuò)誤或燃燒筒燒毀,穩(wěn)焰器位置太后,回流區(qū)遠(yuǎn)離燃燃燒器,著火點(diǎn)推遲,燃燒不穩(wěn),點(diǎn)火困難。穩(wěn)焰器位置太前,回流區(qū)靠前,燃燒筒易被燒壞,有錯(cuò)誤做法是提高風(fēng)量、風(fēng)速來(lái)解決,結(jié)果造成過(guò)量空氣系數(shù)偏高。可通過(guò)觀察火焰進(jìn)行判別,火焰白橙色且穩(wěn)定,表明燃燒良好。 3 針對(duì)排煙溫度過(guò)高問題分析及措施建議 鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度不符合要求,同時(shí)實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況存在差異,造成排煙溫度偏高。目前本地區(qū)燃油鍋爐大多是20世紀(jì)90年代到2000年設(shè)計(jì)制造的,設(shè)計(jì)的排煙溫度根據(jù)蒸發(fā)量大小在220240范圍內(nèi),不能滿足現(xiàn)行排煙溫度要求。即使近年設(shè)計(jì)的燃油鍋爐排煙溫度在170,但實(shí)際運(yùn)行工況下測(cè)試的排煙溫度多在200
12、(小火)和220(大火)。因此,增加尾部受熱面成為很好的節(jié)能措施。目前,市面上有不少鍋爐余熱利用產(chǎn)品,如煙道式余熱水箱、煙道式管式換熱器等,其價(jià)格也不高,節(jié)能效果不錯(cuò),排煙溫度均能降低至150以下,通過(guò)加裝此類設(shè)備的用戶自己測(cè)算,一般情況,在半年時(shí)間即可回收投資成本。 對(duì)于非漏風(fēng)引起的過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大,可造成排煙溫度升高。鍋殼式燃油鍋爐特點(diǎn)是嚴(yán)密性好,微正壓燃燒,同一臺(tái)鍋爐煙管流通截面積一定,當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)增大,煙氣量增大,流過(guò)受熱面煙氣流速增大,換熱時(shí)間縮短,是造成排煙溫度升高原因之一,實(shí)測(cè)過(guò)程中曾經(jīng)多次遇見下調(diào)過(guò)量空氣系數(shù)后排煙溫度也跟著下降。 受熱面結(jié)垢、結(jié)焦、積灰,受熱面被覆蓋,傳熱效
13、果差,排煙溫度升高。水垢、煙灰的導(dǎo)熱性能很差,只是鋼鐵導(dǎo)熱能力的1/501/30,根據(jù)測(cè)試,燃油鍋爐管壁結(jié)生1.0mm的水垢,就要多消耗8%的燃料。因此,應(yīng)提升鍋爐運(yùn)行水質(zhì)管理水平,防止鍋爐生結(jié)水垢應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理和操作技能提升,正確調(diào)整燃燒,防止結(jié)焦積灰,及時(shí)清除水垢、結(jié)焦、積灰。 隔煙墻破損引起煙氣短路。本地區(qū)還存在一定數(shù)量干背式燃油鍋爐,第一、三煙程隔煙墻破損,從爐膛出來(lái)高溫?zé)煔獠糠治唇?jīng)過(guò)二、三煙程受熱面進(jìn)行熱交換就從排煙口排出鍋爐,是造成排煙溫度異常升高。判斷依據(jù),先了確定該鍋爐是否為干背式鍋爐,再查運(yùn)行記錄了解原來(lái)排煙溫度范圍進(jìn)行確定,如發(fā)現(xiàn)排煙溫度異常升高,應(yīng)督促用戶及時(shí)停爐檢查修復(fù)
14、。 4 結(jié)語(yǔ) 第一,通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析,主要影響燃油鍋爐熱效率是排煙熱損失。第二,排煙熱損失是因過(guò)量空氣系數(shù)偏大和排煙溫度偏高引起。第三,要解決過(guò)量空氣系數(shù)偏高問題,需要檢測(cè)人員、鍋爐管理或操作人員掌握燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和維護(hù)保養(yǎng)知識(shí),運(yùn)用鍋爐熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試數(shù)據(jù)和燃燒器霧化質(zhì)量的溫度、壓力參數(shù)的差異來(lái)發(fā)現(xiàn)問題,同時(shí)能夠正確分析解決問題。第四,為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)異常,可在鍋爐排煙處裝設(shè)煙氣含氧量?jī)x表,及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒異常,及時(shí)處理解決。 熱效率測(cè)試的主要目的有三個(gè):第一,摸排鍋爐熱效率狀況,向政府及社會(huì)匯報(bào)鍋爐能耗情況,及時(shí)得到政府政策支持,獲得社會(huì)關(guān)注,共同努力節(jié)能減
15、排;第二,及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐能耗異常問題,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo),解決目前中小鍋爐用戶專業(yè)人才配備不足問題,及時(shí)得到專業(yè)服務(wù);第三,分析測(cè)試數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)節(jié)能減排努力方向,有利于設(shè)計(jì)制造單位設(shè)計(jì)制造出更節(jié)能的鍋爐產(chǎn)品,有利于鍋爐用戶不斷提升管理操作水平,有利于配套的專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)研發(fā)出節(jié)能產(chǎn)品和服務(wù)手段。 要達(dá)到全社會(huì)節(jié)能減排,趕超中等發(fā)達(dá)國(guó)家單位GDP能耗水平,不但需要政府的政策支持,全員節(jié)能意識(shí)的提升,還需要有大量基層專業(yè)的鍋爐熱效率測(cè)試人員,通過(guò)簡(jiǎn)單易行的測(cè)試手段,廣泛服務(wù)企業(yè)節(jié)能減排。 附符號(hào)說(shuō)明: j:按照簡(jiǎn)單測(cè)試方法計(jì)算的鍋爐熱效率,單位:(%) q2:排煙熱損失,單位:(%) q3:氣體不完全燃燒熱損失,單位:(%) q4:固體不完全燃燒熱損失,單位:(%) q5:散熱損失,單位:(%) q6:灰渣物理熱損失,單位:(%) tpy:
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