注汽鍋爐排煙熱損失原因分析及處理措施

遲宇

注汽鍋爐的熱損失當中,排煙損失是最大的一項,一般占到7~8%,第二是機械不完全燃燒損失占到1~2%,而化學不完全燃燒損失、散熱損失、灰渣物理顯熱損失只占很少份額。所以在研究鍋爐經濟性時應重點控制排煙損失和機械不完全燃燒損失,而影響排煙損失的主要是排煙量(用排煙氧量來標志大小)和排煙溫度,影響機械不完全燃燒損失的主要是飛灰可燃物含量,這三個指標是研究鍋爐效率最應注意的。

注汽鍋爐;排煙損失;機械不完全熱損失

我所在單位的注汽鍋爐由于長期運行設備老化或因其它原因造成熱效率逐漸降低,使運行成本增加,并給鍋爐的安全運行帶來一定的危害,通過對影響鍋爐熱效率各種因素的分析對比,發現排煙熱損失在鍋爐各項熱損失中所占比例最大。一般情況下,排煙溫度每升高15℃,排煙損失約增加1%,同時也對鍋爐的安全運行構成威脅。

1.排煙溫度高的原因

在理論分析與總結現場經驗的基礎上,對排煙溫度升高的原因進行了總結,其主要原因有以下幾個方面:

爐膛系統漏風;過剩空氣量大;受熱面積灰;對流段入口水溫高;燃料溫度低;受熱面布置原因。

2.排煙溫度高的原因分析及解決措施

A.漏風

分析。漏風是指爐膛及煙道漏風,是排煙溫度升高的主要原因之一,是與運行管理、檢修以及設備結構有關的問題。

措施。大修、小修中鍋爐本體采用密封比較好的門、孔結構。經驗表明,這一措施可降低排煙溫度約2~3℃。

B.過剩空氣量大

分析。實際運行中,進入爐膛的空氣量往往大于燃料完全燃燒的理論空氣量,為防止煙道冒黑煙,風門開度偏大,從而導致排煙量過大,排煙溫度升高。

措施。設計合理的燃料空氣比例,并測量煙氣中的含氧量,防止實際運行中過剩空氣量偏大。但空氣量也不能過低,否則會導致火焰軟散,熱效率低,因此,要根據原始設計及設備的具體狀況來決定燃料空氣配比比例。

C.受熱面積灰

分析。受熱面積灰指鍋爐受熱面積灰、結焦,鍋爐受熱面積灰將使受熱面傳熱系數降低,鍋爐吸熱量降低,煙氣放熱量減少,從而導致排煙溫度升高。

措施。運行中加強鍋爐吹灰,適當縮短吹灰間隔;及時調整燃燒,防止冒黑煙,保持各受熱面的清潔,控制爐膛壓力0.5KP以下。

D.對流段入口水溫高

由于給水預熱器旁通閥開度控制不當,或在夏季鍋爐給水預熱器入口水溫度高,導致對流段入口水溫升高,給水在對流段吸收的熱量少,從而使排煙溫度升高。但如果對流段入口給水溫度控制過低,低于煙氣的露點溫度,會在對流段翅片管發生低溫腐蝕,所以要根據環境溫度變化的規律,及時調整對流段入口水溫,一般控制在116~138℃。

E.燃油溫度低

燃油溫度低,會引起火焰燃燒不良,造成排煙溫度升高,適當的提高燃油溫度,可以解決這一問題,試驗證明,燃油溫度由75℃提高至80℃后,排煙溫度可降低3~4℃,但燃油溫度不易過高以防止揮發成分爆燃。

F.受熱面布置原因

由于鍋爐設計時受熱面布置不合理,或者是由于結構不佳造成受熱面吸熱不足,導致煙溫偏高,這需要重新設計計算。

3.通過設備改進,運用先進技術降低排煙熱損失,提高鍋爐熱效率,提高鍋爐運行安全性

在實踐中總結的經驗及實際測試的結果表明,合理的配風及良好的霧化對降低排煙溫度起著重要的作用。

A.設計、調試“燃燒自動跟蹤系統”改善配風

配風的關鍵在于空氣量合適以及空氣與燃料的混合要充分。空氣量合適與否,最好是通過煙氣成分分析來判斷,但一般鍋爐都沒有這樣的設備,因此都通過火焰的顏色或者煙氣的顏色判斷,火焰明亮表明空氣量適合,若火焰顏色暗淡則表明空氣量不足,顏色發白則表明空氣過量。當然這些只能通過操作經驗來判斷了。如果控制不當,燃燒效率就會受到嚴重的影響。

我單位的注汽鍋爐均使用北美燃燒器,在燃燒控制方式上采用原鍋爐配套的風門調節方式,不能自動跟蹤分析鍋爐煙氣變化,鍋爐燃燒受各種參數變化影響較大,如果未及時調整燃燒參數,導致燃燒器瓦口嚴重結焦,容易發生二次燃燒等嚴重事故。針對這一情況,在作業區技術部門的幫助指導下,設計并調試“燃燒自動跟蹤系統”。如圖1所示:

安裝在煙道內的氧化鋯氧含量分析儀將數據傳送到鍋爐控制主機,經過PID調節程序的內部運算,輸出一個變量控制信號,傳遞給風機變頻,通過這種閉環控制系統,動態調節風機頻率,改變進入爐膛的空氣量,使燃料空氣比例保持在最佳狀態,從而達到穩定、經濟控制鍋爐燃燒的目的。

通過在現場實際應用,收到了很好的效果。由于采用PID運算控制,提高了其控制精度,提高了鍋爐的燃燒效率。該項目在我中心站的兩臺鍋爐實施,鍋爐平均煙溫由243.6℃下降到227.1℃,下降了16.5℃,由理論數據得出,鍋爐煙溫每降低15℃,鍋爐熱效率提高1%。即鍋爐熱效率提高1.1%。利用KM900煙氣分析儀測試,實測鍋爐的平均熱效率由81.93%提高到83.24%,提高了1.31%,節能效果明顯,鍋爐運行穩定性也有了較大的提高。

B.設計調試“霧化自動跟蹤系統”確保良好的霧化

良好的霧化可以增加燃料表面積提高燃燒速度,不完全燃燒往往是滴狀燃料內部無法參加燃燒的結果,因此,理論上說滴狀燃料直徑越小,對提高完全燃燒率越有利。

我單位注汽鍋爐在霧化控制上采用原鍋爐配套的氣動薄膜調節閥,由于使用期限較長,閥體、閥芯腐蝕磨損嚴重,不能自動跟蹤控制霧化壓力,鍋爐燃燒受霧化壓力影響較大,霧化效果差,嚴重影響鍋爐高效、穩定運行。通過與作業區技術組結合,設計并調試“霧化自動跟蹤系統”。如圖2所示:

通過壓力變送器采集壓力信號,傳送到PID調節儀,經過PID調節儀的內部運算,輸出一個4-20mA的電流控制信號,傳遞給霧化電動閥,通過這種閉環控制系統,準確的調節霧化電動閥的開度,從而達到穩定控制霧化壓力的目的。

在該項目實施過程中,我們有針對性地錄取了設備運行相關參數,并且利用KM900煙氣分析儀對鍋爐的煙氣進行測試,通過對比分析鍋爐各項參數,計算出鍋爐燃油單耗變化量,由此計算出項目實施后節能效果。該項目實施后,鍋爐平均煙溫由237.8℃下降到219.2℃,下降了18.6℃,由理論數據得出,鍋爐煙溫每降低15℃,鍋爐熱效率提高1%。即鍋爐熱效率提高1.24%。利用KM900煙氣分析儀測試,實測鍋爐的平均熱效率由81.16%提高到82.78%,提高了1.62%,節能效果明顯。通過對鍋爐霧化系統自動控制方式的改進,使現場的安全技術水平有了進一步的提高,運行參數平穩,崗位操作人員勞動強度大幅度降低,重要的一點消除了霧化控制系統的安全隱患,防止事故的發生。

通過對排煙溫度升高的各種原因進行了分析,找到了幾點引起排煙溫度升高的因素,并提出了一些簡單可行的措施和方案,為鍋爐設計和設備改造治理、降低排煙溫度,提高鍋爐熱效率提供參考。

[1]張永照,陳聽寬.工業鍋爐.北京:機械工業出版社,1985

[2]徐東.注汽系統熱效率.石油鉆采工藝,2003