潘树鹏

摘要：目前，随着社会经济的发展，且基于工业锅炉的使用运行特点,从炉型与供热方式选择燃烧效率提高、能源的梯级利用、烟气余热回收几个方面进行节能可行性探讨,并提出相应建议,同时,结合节能工作对锅炉运行安全方面提出建议措施。

关键词：锅炉节能安全

中图分类号：TE08文献标识码： A

0引言

目前，能源价格高涨与社会环保意识的增强,能源最大限度的充分利用以及减少污染物的排放成为工业生产中的趋势,在工业生产中,锅炉对能源的消耗很大,因此有效地降低锅炉能耗,在保证安全生产的前提下,进一步提高锅炉效率,减少热损失,实现能源的充分利用,使工业锅炉达到节能、降耗、减污的目标成为当务之急,而锅炉又是具有高温、高压的特种设备,必须在运行安全的前提下实现经济运行,节能降耗。

1锅炉节能分析

基于工业锅炉机组的热平衡分析,锅炉输出热量为生产蒸汽的有效利用能量与运行过程中的各种热损失,热损失主要为以下几项:机械未完全燃烧热损失,排烟损失、散热损失,灰渣带走物理热损失及冷却热损失。因而工业锅炉的节能主要从燃料的充分燃烧,减少散热损失以及余热回收几个方面来实现。

1. 1合理选择炉型,优化供热方式

锅炉的燃烧方式有层燃、室燃、以及沸腾燃烧。一般小型工业锅炉都是采用层燃燃烧方式,其适应范围比较广,对煤种没有要求。由于空气和煤的接触面较小,煤不容易燃尽,而煤灰的覆盖也使得燃烧工况不佳,燃烧效率不高。通过改进炉排,可以使得燃烧效率有所提高。室燃方式主要应用于煤粉炉、以及燃油燃气锅炉,将燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛进行燃烧。煤粉炉，主要应用于电站锅炉,投入成本高,对煤种要求也较高,燃烧效率也较高。流化床燃烧方式是通过炉膛里面的风帽将煤吹起,在炉膛内呈沸腾状的燃烧,适用煤种较广,但锅炉埋管磨损较为严重,飞灰多。基于工业生产的用热需要、以及初投资考虑合理选择锅炉的燃烧方式。

工业生产中用热量随工况的变化而波动,选择锅炉容量时应满足用热高峰时最大供热量,这就导致大部分锅炉在用热低峰期低负荷运行,造成燃料不完全燃烧及排烟热损失增大,降低锅炉热效率。通过采用区域供热措施,对化工产业及其他需要热单位进行规划,采用容量较大锅炉,并采用可靠的调度措施,合理错开各厂家的需热高峰期,保证锅炉负荷平稳运行。

1. 2提高燃烧效率

针对量大面广的层燃锅炉,基于炉膛中煤的分段燃烧特点,耗氧量的不同特征,可采用分段送风等措施,并随不同的煤种控制送风量。在保证炉膛温度的同时,通入适量的二次风,延长烟气流程,使烟气中的煤粉充分燃烧,控制空气比来提高热效率相同。通过经济燃烧来提高热效率,就是在炉膛内合理布置炉拱,利用其辐射热作用加热新煤,同时使烟气形成一个流场,利用其紊流作用来起到强化传热的效果,提高热效率。

1. 3能源的梯级利用

传统意义上的节能都是从数量上来评价能源利用的优劣,如热效率等,但是对能源的利用评价不应该停留在数量上,而在品质上必须充分重视。基于热力学第二定律,热力系统所具有的在理论上能够转换为机械能的那部分能量称为Exergy。随着锅炉制造水平的提高,燃烧技术已经较为成熟,在燃烧效率上提高较为困难,因而在传热过程中来提高锅炉的能源利用效率。在能源利用中应优先考虑高品位能源的充分利用与回收。可利用能源温度越高则品质也就越高,在考虑投资运行成本的基础上,应尽量提高蒸汽的温度,并充分利用。同时考虑不同工况的能源梯级利用,上一工况出口处能源品质,在保证满足下一工况的压力、温度要求的条件下,供下一工况使用。

1. 4应用热管技术回收余热

在工业锅炉运行过程中存在着排烟温度高、炉膛温度低、燃烧不充分、锅炉热效率低等问题。排烟热损失中的能源品质较低,回收成本较高,但能源数量庞大。将这一部分能源充分利用,来预热空气和水,提高空气温度以及给水温度,回收尾部烟道烟气余热,在保证烟气温度大于露点温度的基础上,尽量降低排烟温度,提高锅炉的热效率。常用的余热回收设备有省煤器、空气预热器,主要是以水和空气为介质。热管换热器是利用密封在真空管子内的液态工质的相变来进行换热,液态工质在蒸发段吸热相变成为蒸汽,在微小的压力差下,流向冷凝段,而在冷凝段冷凝液化,将热量导出,并且在毛细吸液芯的作用下,流回蒸发段,完成一个循环。热管换热器结构简单,传热效率高,无需动力,能在较低的温差下传递较多的热量。可根据烟气参数将热管的受热面温度控制在露点温度以上,这样能有效地防止尾部受热面酸蚀,达到经济安全的目的,从而提高能源的利用效率。

2锅炉的运行安全

工业锅炉在运行过程中,承压部件长期受到高温高压的作用,如何防止事故的发生,对实现锅炉的安全运行十分重要。

2. 1定期检验,消除隐患

参照《锅炉定期检验规则》对锅炉设备进行定期的内检和外检,发现锅炉运行中存在的安全隐患并及时整改。调试安全附件,看其是否安全可靠,观察承压部件是否存在异常,检查排污是否正常。在锅炉停炉时,首先对锅筒、封头、管板、水冷壁等主要受压部件进行宏观监测,必要时对其硬度、厚度进行监测,看其材质是否改变,对锅筒主焊缝进行无损探伤,确保缺陷及时被消除;另外还要检查锅炉中结垢现象是否严重,水垢的存在会影响传热,使得能耗加大;也可能导致受压部件局部过热,使材质变坏,造成严重的安全隐患。因而对锅炉运行定期检验对其运行安全十分重要。

2. 2炉膛空间气流的合理组织

炉膛空间气流的合理组织，由前后拱、二次风来完成。如前所述，从链条炉排各处上升的气体成分很不一致，在炉排头尾存在大量过剩空气；在炉排中部因燃料层上部存在还原区而存在许多CO、H2等气体。另外，大部分挥发分及被吹起的细煤末也是在炉膛中部空间燃烧，尤其在抛煤炉的悬浮空间中细煤粒更多。为使它们能够燃尽以减少不完全燃烧损失，需加强空间气流的混合和搅拌。这可由前、后拱的配合及二次风来完成(如图3)。

后拱的作用是将炉膛后部的过剩空气及高温烟气推向前部，在由前后拱形成的“喉口”处与炉膛前部的过剩空气和挥发分混合，促使可燃气体充分燃烧。同时，由于后拱低而长，可减少燃料层对受热面的直接辐射，保持燃尽阶段所需要的温度，减少机械不完全燃烧损失及飞灰量。应指出，除了上述作用外，前后拱对加快新燃料的着火也起很大作用。

二次风的作用是加强炉内气流的搅拌与混合。同时利用两股二次风对吹，可使炉内气流产生旋涡运动，从而增加可燃物在炉内的行程，增加燃烧时间。同时，因气流的旋涡分离作用，可使一部分飞灰落回到炉排上，从而减少飞灰量及机械不完全燃烧热损失。对抛煤机炉而言，为减少扬析飞灰损失，二次风的正确组织更显得十分重要。

二次风应具有足够的动量，即要有一定的风量和风速。在总风量一定的条件下，为保证炉排上主燃烧的风量及炉排的冷却，一次风不宜过小，因此二次风量不大，一般占总风量的5％～10％，视煤种而异，如煤中细末过多，二次风则多用于搅拌和助燃。二次风量不大但风压要高，因流速大才有强的穿透能力，才能起到搅拌和混合作用。二次风介质可用热空气、烟气或蒸汽。二次风喷口装设的地点最好能接近煤层，但同时应不接触煤层表面，以免影响煤层的稳定。

3结语

总之，我们要实现锅炉的节能应因地制宜的选择燃烧方式,采用区域供热措施。通过实现能源的梯级使用,在燃烧和传热过程中减少损失,最大限度地利用能源,并通过余热回收,减少排烟热损失,以提高能源利用效率。通过锅炉的定期检验、强化运行管理,实现锅炉的安全平稳运行。