锅炉热效率的因素以及提高热效率的措施

锅炉热效率的因素以及提高热效率的措施

阎海涛 孙全超 郭枫

华能吉林发电有限公司九台电厂 吉林省长春市 130012

摘要：随着我国经济的快速发展，能源消耗形势越来越严峻，有关能源节约的技术研究受到广泛关注。电站锅炉作为火电站的第一级用能设备，其运行的能效直接影响发电的经济性。采用反平衡法进行锅炉热效率计算过程中，由于排出锅炉时的烟气焓高于进入锅炉的空气焓，形成了煤粉炉中最大的一项热损失排烟热损失q2，其中，大中型锅炉q2大约为4％～8％，因此，有关排烟热损失的研究对于锅炉热效率的提高十分重要。排烟温度是衡量q2的重要参数，排烟温度越高，排烟量越大，q2越大，电厂经济性随之降低。一般当排烟温度升高10~20℃，q2约增加1%。在不引起尾部烟气污染物处理设备低温腐蚀的前提下，可以适当降低排烟温度，提高锅炉热效率和电厂经济性。

关键词：锅炉；热效率；因素；措施

引言

低NOx燃烧技术是目前降低燃煤锅炉NOx气体排放量的主要手段之一。相比四角切圆燃烧锅炉，墙式对冲燃烧锅炉在控制NOx排放方面存在明显的劣势。以往的文献通常会对原燃烧器结构或锅炉的二次风配风系统进行单方面的局部研究，都没有综合考量整个炉内燃烧系统改造对锅炉其他子系统的影响诸如水冷壁管高温腐蚀、高温受热面管壁超温、减温水量骤增等问题。锅炉燃烧系统改造是一项系统工程，涉及锅炉多个子系统诸如汽水系统、制粉系统、风烟系统等，需要上述涉及的子系统进行通盘考量，精确优化主燃区与燃尽区的阻力分配匹配、单只燃烧器的一二次风风量比，同时还要特别预防改造后可能存在的高温腐蚀、结渣等问题。

1锅炉燃烧系统简介

锅炉燃烧系统采用前、后墙对冲的燃烧方式。36只燃烧器分三层布置在炉膛前、后墙上，前墙。燃烧器上部布置燃尽风风口，16只燃尽风风口分别布置在前、后墙上。燃烧器由内向外依次布置中心风、一次风、二次风、三次风喷口。以电站锅炉能效测试多点温度同步测量便携化、智能化为研究目标，在充分分析研究相关检规和标准基础上，结合检验检测工作开展过程中的现有问题，研制出一套新型智能多路数据采集测温系统，并将该测温枪应用于电站锅炉检测实际，测试结果表明：该装置测试稳定性、灵敏性、准确性较好，实现了烟气温度网格法同步测量的功能，为后续相关测试装置的研发提供了借鉴。为更快实现该装置成果转化，还需从多模式、便携性、云共享等角度入手，进一步优化该装置各项性能。

2效率低的主要因素

2.1氧量与负荷区间不匹配

煤粉燃烧过程中需要大量的氧量，锅炉负荷不同所需氧量不同，氧量过低煤粉中的碳缺氧不能完全燃烧，飞灰含碳大；氧量过高着火推迟，煤粉中的碳燃烧时间不够也会造成飞灰含碳大。公司机组锅炉现行的氧量标准值是机组投产初期规定的，随着电力市场需求变化，实际运行负荷区间也随之变化。按照现行的氧量标准带负荷，并采集对相应飞灰含碳数据50组进行记录并统计，发现实际飞灰含碳高于锅炉技术要求的标准值4.5%，且均高于标准值1%以上。

2.2配风条件不佳

炉内风量分配特性不佳，虽然锅炉设计有燃尽风系统，用以实现炉内空气分级燃烧，但其最大风率约16%，主燃烧器区域的过量空气系数仍较大，空气整体分级燃烧程度十分有限。目前，国内主流低NOx燃烧技术在同容量等级过量机组上所采用的燃尽风风率一般在25%以上。

2.3过量空气系数的影响

过量空气系数（α）是指炉膛内燃料燃烧时，实际供给的空气量与理论空气量之比[。一般燃料中的可燃物不可能与空气中的氧完全反应产生化学热，为了保证燃料中可燃物全部烧掉，实际提供的空气量要大于理论空气量。依据Q/SH31450627—2019《油田重点耗能设备（系统）能效限定值及能效等级》规定，2t/h≤D＜10t/h（D为锅炉容量）的工业锅炉，α≤1.6。在实际生产中，若工业锅炉在一定的负荷条件下α较小时，会使燃料中可燃物不完全燃烧，排烟中部分高温可燃物会粘结在炉膛内水冷壁和尾部换热器上，从而造成局部热阻和气体不完全燃烧损失增加，既降低了炉效，又污染了环境；当α偏大时，由于炉膛内冷空气富裕量增多，相对降低了炉膛温度，不仅破坏了炉膛内燃料燃烧环境，也造成锅炉排烟热损失增加，极易导致锅炉尾部二次燃烧等不良现象的发生。因此，α偏大或偏小都会对工业锅炉热效率产生不良影响。

3提高效率的方法

3.1外二次风门开度调整

参数基本一致情况下，调整燃烧器外二次风门开度分别为90%、60%。锅炉燃烧器的外二次风量和旋流强度对煤粉气流的着火和燃尽有较大影响，旋流强度增加则回流区和烟气的紊流度增加，有利于二次风与一次风粉的混合；但旋流强度过大，不但增加了燃烧器结渣的可能性，还增加燃烧热损失。由表4可知，外二次风门开度从90%调至60%，空预器出口CO浓度从4137μL/L降至3419μL/L，NOx排放浓度从270mg/m3降至258mg/m3，锅炉热效率从91.52%升至92.02%。

3.2供风系统模拟结果

对锅炉整个二次风供风系统进行全尺寸1:1模型的仿真模拟工作，还原真实的二次供风系统及燃烧器结构，以获得精确的风率分配。二次热风由左右两侧热风道进入前/后墙大风箱，再通过各层的调节风门进入各层燃烧器及燃尽风风箱，最后通过燃烧器进入炉膛。模拟各风箱、风道、风室、导流板、调节风门、燃烧器尺寸均为实际尺寸。能够还原锅炉实际运行工况下流场特性、风量分配及阻力匹配特性。同时，综合考虑建模工作量及精度要求，本模拟工作未考虑风箱桁架、风量测量装置及风箱积灰对模拟结果的影响。

3.3降低工业锅炉尾部排烟处过量空气系数

尾部排烟处过量空气系数不达标是制约工业锅炉热效率提高的主要因素。因此，从已测试的工业锅炉中选取两台不同容量的锅炉作为整改对象。从测试分析中发现，两台工业锅炉由于受鼓风机、引风机人为调节运行频率不合理的影响，使炉膛负压计显示结果在10～15mm水柱间摆动，炉膛负压大，燃烧不稳定，尾部排烟处存在二次燃烧现象。按照满足生产需要和平稳供汽的要求，并遵循燃料消耗量、鼓风量和引风量调节顺序原则，通过调节鼓风机、引风机运行频率，在炉膛负压计显示结果在3mm水柱时，经复测，达到了较满意的运行效果。在工业锅炉过量空气系数、尾部排烟温度均下降的情况下，各个工业锅炉热效率分别提高了6.10%和6.04%，形成年节约能源折合标准煤205t的能力。

结束语

锅炉长期存在的炉膛内局部缺氧、燃烧恶化现象基本得到解决。此外，在不同负荷点下，锅炉的热效率都有提高，为企业带来显著经济效益。（1）根据不同原煤可磨性系数，制定磨煤机粗粉分离器转速优化数据表纳入机组节能减排作业指导书中，用于指导运行操作。（2）根据不同负荷区间燃烧特性，制定氧量数据表纳入机组节能减排作业指导书中，用于指导运行操作。（3）定期对机组锅炉效率进行统计，发现偏离设计值情况时及时分析处理。

参考文献

[1]朱敏.浅析提高锅炉热效率的几点措施[J].中国井矿盐,2019,50(06):36-39.

[2]田少克.提高锅炉热效率及节能措施探索和构建[J].山东工业技术,2015(09):3.

[3]李爽.试论提高锅炉热效率的措施[J].科技创新与应用,2015(10):105.

作者简介

阎海涛，男，1979年2月生，大学本科学历，高级工程师，长期从事大机组生产及管理工作。

孙全超，男，1979年10月生，大学本科学历，高级工程师，长期从事大机组生产及管理工作，现任华能九台电厂实验室专工。

郭枫，男，1982年10月生，大学本科学历，高级工程师，长期从事大机组生产及管理工作，现任华能九台电厂检修部主任。