工業(yè)鍋爐燃燒的安全與節(jié)能

工業(yè)鍋爐燃燒的安全與節(jié)能

節(jié)能是人類面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)之一。雖然太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、風(fēng)能等可再生能源可以為人類提供大量的能源,但是目前這些新的能源還不能大規(guī)模地開發(fā)利用,人類近期只能以化石燃料(煤、石油、天然氣等)為主要能源。我國(guó)現(xiàn)有鍋爐50多萬(wàn)臺(tái),年耗煤量約5億t,其耗煤量、煙塵和CO2排放量約占全國(guó)總量的1/3,因此工業(yè)鍋爐的安全、節(jié)能、環(huán)保對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。鍋爐節(jié)能的途徑很多,但總體上可從兩方面入手,其一是熱能轉(zhuǎn)換過程;其二是熱能利用過程。熱能轉(zhuǎn)換過程是指燃料從化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿娜紵^程,這一過程涉及燃燒的設(shè)備與技術(shù);熱能利用過程是指通過一定的裝置和專門的系統(tǒng)及技術(shù)將燃燒放出的熱量有效地傳遞并被工質(zhì)吸收,產(chǎn)生要求參數(shù)的蒸汽和熱水。通常采用先進(jìn)的傳熱材料和工藝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高效傳熱,達(dá)到節(jié)能目的。1工業(yè)設(shè)備的燃燒節(jié)能技術(shù)1.1燃用高揮發(fā)分煙煤的工藝設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐爐拱的作用有兩個(gè):一是能夠加強(qiáng)爐膛內(nèi)氣流的混合;二是能夠合理組織爐內(nèi)的熱輻射和熱煙氣流動(dòng)。然而,當(dāng)燃煤的種類及特性不同時(shí),爐拱作用的側(cè)重面也有不同。當(dāng)燃用揮發(fā)分很低的無煙煤時(shí),最大的困難是燃料不宜著火,這時(shí)的拱形設(shè)計(jì)及布置應(yīng)以保證燃料的及時(shí)著火為主;當(dāng)燃用高揮發(fā)分的煙煤時(shí),由于大量揮發(fā)分的集中析出,使?fàn)t膛內(nèi)氣體分布的不均勻性更加突出,這時(shí)的拱形設(shè)計(jì)及布置應(yīng)以加強(qiáng)氣流混合為主,以有利于揮發(fā)分的充分燃燒與燃盡。目前工業(yè)鍋爐使用的煤種往往變化較大,而且與設(shè)計(jì)煤種有較大差異,因此在實(shí)際使用中,往往要對(duì)爐拱進(jìn)行必要的改造以適應(yīng)煤種的需要。1.2燃燒特性對(duì)鍋爐空氣的影響在機(jī)械化鍋爐如鏈條爐、振動(dòng)爐、往復(fù)爐中,根據(jù)燃燒的特點(diǎn),合理送風(fēng),對(duì)促進(jìn)爐內(nèi)燃燒是很重要的。在鏈條爐中,燃料隨爐排不停地運(yùn)行,依次發(fā)生著火、燃燒、燃盡階段,沿爐排長(zhǎng)度方向所需的空氣量不同。在爐排頭部的預(yù)熱區(qū)和尾部燃盡階段,空氣需要量小;在爐排中部的燃燒階段,空氣需要量大。根據(jù)這一特點(diǎn)必須分段送風(fēng)以滿足燃燒的需要。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鍋爐雖然都考慮這一特性,采用了分段風(fēng)室,并裝有調(diào)節(jié)風(fēng)門,但據(jù)調(diào)查,某些企業(yè)在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中沒有按照燃燒特性進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),使燃燒所需的空氣量與實(shí)際供風(fēng)量沒有很好地配合,不完全燃燒損失增大。因此,在鍋爐燃燒調(diào)整中,要根據(jù)燃燒需要對(duì)供給空氣量及時(shí)調(diào)節(jié),以降低熱損失,提高熱效率。1.3面顆粒不均勻分層給煤裝置與均勻分層燃燒技術(shù)具有節(jié)能與環(huán)保的雙重效益,它由四項(xiàng)技術(shù)組成。一是用均勻給煤技術(shù)解決煤倉(cāng)顆粒不均而導(dǎo)致的爐排上煤層橫斷面顆粒不均勻影響燃燒的問題;二是用均勻分層給煤技術(shù)使煤層顆粒按下大上小逐級(jí)均勻排列,使煤層任何斷面上的分層顆粒一致,解決了原始密實(shí)煤層通風(fēng)不良缺氧燃燒的問題;三是能使煤層上面小顆粒煤,在火床上跳躍起來半沸騰燃燒;四是使燃煤中的煤粉在火床上方空間,類似煤粉爐懸浮燃燒。實(shí)踐證明,這項(xiàng)燃燒技術(shù)提高煤的燃燒效率,提高了鍋爐煤種適應(yīng)性。消除了局部溫度高、燒毀爐排密封件、老鷹鐵和爐排膨脹不均的問題。1.4次風(fēng)方面的作用二次風(fēng)對(duì)強(qiáng)化氣流燃燒是很有效的。二次風(fēng)有以下作用:a.加強(qiáng)爐內(nèi)氣流的擾動(dòng)和混合,使?fàn)t內(nèi)的氧氣和可燃?xì)怏w均勻混合,使化學(xué)不完全燃燒損失和爐膛過?？諝庀禂?shù)降低。b.二次風(fēng)在爐內(nèi)形成煙氣漩渦,一方面延長(zhǎng)了懸浮細(xì)煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間,使其充分燃燒,使不完全燃燒損失降低;另一方面由于氣流旋渦的分離作用,使煤粒、灰粒甩回爐內(nèi),減少了飛灰溢出量,使機(jī)械不完全燃燒損失降低。c.二次風(fēng)使?fàn)t內(nèi)高溫?zé)煔獾某錆M度得到改善,提高了爐內(nèi)受熱面的利用率。二次風(fēng)如能和爐拱配合,效果會(huì)更加明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì),工業(yè)鍋爐正確使用二次風(fēng)可使鍋爐熱效率提高4%～10%,鍋爐容量越大,使用二次風(fēng)節(jié)能效果越明顯。1.5煙氣量的影響a1過低,燃料燃燒缺乏空氣,使化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失加大。a1過高,一方面使煙氣量增加,使排煙熱損失q2加大;另一方面使?fàn)t內(nèi)溫度降低、燃燒惡化,使機(jī)械不完全燃燒損失q4和化學(xué)不完全燃燒q3增大。目前在工業(yè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行中,普遍存在a1過大,這是由于操作人員缺乏燃燒知識(shí),使鍋爐送、引風(fēng)門處于全開狀態(tài),爐膛漏風(fēng),使a1值達(dá)到2.0以上,a1正常值為1.3～1.5。1.6鍋爐燃燒操作技術(shù)在鍋爐運(yùn)行中,為適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化,常需要進(jìn)行必要的燃燒調(diào)整。鏈條爐常需要進(jìn)行煤層厚度、分段送風(fēng)、爐排速度、二次風(fēng)量和a1的調(diào)整。鍋爐的燃燒好壞與運(yùn)行操作技術(shù)有很大的關(guān)系。為了減少由于操作不當(dāng)對(duì)燃燒的影響,便于迅速根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行燃燒調(diào)整,提高鍋爐熱效率,只有實(shí)現(xiàn)燃燒自動(dòng)化。燃燒自動(dòng)化一般以蒸汽壓力為調(diào)整參數(shù),根據(jù)蒸汽壓力的高低來調(diào)整爐排速度及進(jìn)風(fēng)和引風(fēng)量。2水處理能的經(jīng)濟(jì)效益2.1熱水的導(dǎo)熱系數(shù)一般鍋爐給水中含有大量的溶解氣體和鹽類,如果給水未經(jīng)處理或處理不當(dāng),會(huì)造成鍋爐受熱面腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象。鍋爐受熱面結(jié)水垢時(shí),受熱面熱阻增大,傳熱性能變差,燃料燃燒所放出的熱量不能迅速地傳遞到爐水中。在這種情況,為了保持鍋爐的額定參數(shù),就必須更多地投加燃料,提高爐膛和煙氣溫度,因此,造成能源的浪費(fèi)。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小,約為鋼板導(dǎo)熱系數(shù)的1/30～1/50。經(jīng)測(cè)定,鍋爐受熱面結(jié)1mm水垢,燃料消耗要增加8%～10%。2.2脫堿去鹽處理降低鍋爐排污熱損失的途徑有兩條:一是鍋爐給水處理,對(duì)給水進(jìn)行脫堿去鹽處理,使鍋爐排污量減少。二是對(duì)排污水進(jìn)行回收和利用,如設(shè)置定期排污膨脹器或連續(xù)排污膨脹器,二次蒸汽用來加熱除氧器給水,高溫排污水通過換熱器預(yù)熱給水。3節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和維護(hù)3.1機(jī)械不完全燃燒損失鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),燃煤量增大,鍋爐煤層加厚,爐排速度加快,才能滿足負(fù)荷增大的需要。煤層加厚和爐排速度加快使機(jī)械不完全燃燒損失加大,燃煤量增加使?fàn)t內(nèi)溫度升高、排煙溫度增加、排煙損失加大。鍋爐負(fù)荷降低運(yùn)行時(shí),燃煤量減少,爐內(nèi)溫度降低,使燃燒工況變差、化學(xué)不完全燃燒損失加大。因此,應(yīng)使鍋爐按額定負(fù)荷運(yùn)行以獲得最經(jīng)濟(jì)工況。3.2清除鍋爐熱面積灰積灰對(duì)鍋爐熱效率的影響是很明顯的?；夜笇?dǎo)熱系數(shù)為水垢導(dǎo)熱系數(shù)的1/15,為鋼板的1/450～1/750,因此及時(shí)而有效地清除鍋爐受熱面的積灰,提高了鍋爐熱效率。3.3加強(qiáng)鍋爐爐墻和管道的保溫a.保溫。由于鍋爐爐墻、汽水熱力管道系統(tǒng)的溫度總是比周圍的溫度高,所以爐墻和汽水管道系統(tǒng)的部分熱量要通過輻射和對(duì)流方式散發(fā)到周圍空氣中,造成鍋爐的散熱損失q5,同時(shí)使?fàn)t膛溫度降低,影響燃燒,使化學(xué)不完全燃燒損失q3增加,造成鍋爐熱效率下降。因此,要重視并加強(qiáng)鍋爐爐墻和管道的保溫,采用先進(jìn)的保溫材料,減少熱損失,提高鍋爐熱效率。b.堵漏風(fēng)。中小型工業(yè)鍋爐爐膛和尾部漏風(fēng)現(xiàn)象很普遍。漏風(fēng)既使煙氣量增加,還使?fàn)t膛溫度降低,對(duì)燃燒影響很大。因此,一旦發(fā)現(xiàn)爐膛和尾部煙道漏風(fēng),要盡快設(shè)法堵漏。c.防泄、防冒。鍋爐房?jī)?nèi)熱力管道及法蘭、閥門填料處蒸汽和熱水的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象普遍存在,這使鍋爐有效利用熱量減少,補(bǔ)充水量增加,降低鍋爐的熱效率。因此,要及時(shí)維修,減少這項(xiàng)熱損失。4采用新節(jié)能工藝和設(shè)備4.1增加鍋爐水的節(jié)能目前國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)將熱管技術(shù)用于工業(yè)鍋爐的煙氣余熱回收,把熱管換熱器安裝在鍋爐煙道內(nèi),利用煙氣余熱加熱鍋爐給水,節(jié)能效果顯著,既提高了給水溫度,又降低了排煙溫度。因此這種熱管換熱器是中小型工業(yè)鍋爐房回收煙氣余熱的理想設(shè)備。4.2提高凝結(jié)水回收率提高凝結(jié)水和廢蒸汽的回收率是鍋爐節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。提高凝結(jié)水回收率不僅使鍋爐軟化水補(bǔ)充量減少,減輕了水處理系統(tǒng)的負(fù)荷,同時(shí)使給水溫度提高,達(dá)到節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)約軟水和提高用汽設(shè)備交換能力的目的。4.3高壓飽和水蒸汽蓄熱器的工作原理:當(dāng)鍋爐負(fù)荷減少時(shí),將鍋爐多余蒸汽供入蒸汽蓄熱器內(nèi),使蒸汽在一定壓力下變?yōu)楦邏猴柡退?當(dāng)供熱負(fù)荷增加、鍋爐蒸發(fā)量供不應(yīng)求時(shí),降低蓄熱器中壓力,高壓飽和水即分離為蒸汽和低壓飽和水,產(chǎn)生的蒸汽供用戶使用。工業(yè)鍋爐房設(shè)置蓄熱器后,使鍋爐處于正常負(fù)荷下運(yùn)行,消除了負(fù)荷波動(dòng)對(duì)鍋爐燃燒和熱效率的影響,提高了鍋爐的熱效率。4.4加熱除氧法真空除氧是一種省能型除氧方法。目前大型工業(yè)鍋爐給水除氧一般采用大氣熱力除氧。這種方法要把給水加熱到大氣壓力下的沸點(diǎn)溫度,才能排走水中的氧。當(dāng)采用真空除氧時(shí),真空度維持在7998Pa時(shí),給水溫度只要加熱到60℃就能達(dá)到除氧目的。這樣既節(jié)約了蒸汽,又減少了排煙損失,從而提高了鍋爐熱效率。5高效節(jié)能型鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵鍋爐的鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵是鍋爐房的主要耗能設(shè)備,約占鍋爐房耗電量的80%～90%。因此,研究鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵的節(jié)能方法是提高鍋爐凈效率的關(guān)鍵。近10年來,國(guó)內(nèi)電泵制造業(yè)已陸續(xù)生產(chǎn)出一些高效節(jié)能型鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵。耗能大的鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵,應(yīng)通過各種途徑予以改造,以提高其效率。同一臺(tái)風(fēng)機(jī)和水泵在不同轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行工況,其流量(Q)與轉(zhuǎn)速(n),功率(N)與轉(zhuǎn)速(n)之間的關(guān)系可以用比例定律來表示:Q1Q2=n1n2Q1Q2=n1n2;N1N2=n31n32Ν1Ν2=n13n23可見風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比,功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,因此調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速對(duì)于節(jié)能有重大的意義。6改配鍋爐為低密度鍋爐從節(jié)約能源消耗、提高能源轉(zhuǎn)換利用效率的角度看,工業(yè)鍋爐用戶區(qū)應(yīng)實(shí)行集中供熱的方式,從而提高鍋爐的容量和參數(shù),提高鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)化程度,節(jié)約能源消耗。在熱用戶比較集中的區(qū)域,把分散的、舊式小型鍋爐替換下來,改用效率高、機(jī)械化程度較好的中等容量鍋爐。集中供熱可以有效地減少城市環(huán)境污染、能源消耗。熱能與電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中能量利用的重要方式。如果采用熱電聯(lián)合生產(chǎn)方式,例如在電廠采用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電,利用其排汽供熱,把熱與電的生產(chǎn)有