蒸汽推動在鍋爐上的應用

摘 要：通過技術改造，在老爐上安裝蒸汽推動裝置，使用蒸汽推動啟爐，可帶來比較可觀的經濟效益.同時還可以改善啟爐過程的安全性。

關鍵詞：蒸汽推動；鍋爐；應用

華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠有八臺鍋爐，其中1～6號鍋爐是在上世紀50年代和60年代安裝投產運行，7、8號鍋爐是在上世紀90年代安裝投產運行，其中，#7、#8爐原始安裝時已安裝了啟爐蒸汽推動裝置。由于1～6號鍋爐設計定型年代較早，原設計無啟爐蒸汽推動裝置，啟爐過程是直接用點火油槍進行緩慢升溫升壓。

隨著企業節能降耗工作的深入開展，特別是近年來燃油價格的大幅度上漲，蒸汽推動這一啟爐前的輔助裝置得到了高度重視。所謂蒸汽推動，就是在啟爐前先用汽機的工業抽汽加熱爐水，達到一定參數后鍋爐再投入點火油槍，這樣，再整個啟爐過程中，使用了一些做過功的廉價蒸汽，取代了部分價格昂貴的燃油，降低了啟爐成本。如果1～6號鍋爐都安裝上蒸汽推動裝置，那么每年在啟爐這一項上就可以 顯著提高經濟效益。由于蒸汽推動裝置安裝在鍋爐水冷壁下聯箱內，其對爐水的加熱比用油槍點火加熱更均勻，使受熱面金屬的膨脹也更加均勻，從而使啟爐過程的安全性也相應提高。

1～6號鍋爐簡介

1～6號鍋爐是采用分散式下降管、光管式水冷壁、雙汽包結構，循環方式為自然循環。其主要額定參數如下：

1 蒸汽推動的工作原理

蒸汽推動裝置實質上就是安裝在鍋爐水冷壁下聯箱內的蒸汽加熱設備。主要結構包括：水冷壁下聯箱內部帶有均汽孔的加熱蒸汽管、水冷壁下聯箱外部蒸汽連接管和控制閥門等。帶均汽孔的蒸汽管布置在下聯箱內部，與下聯箱軸向平行。均汽孔是在加熱管上沿軸向均勻鉆的小孔，它的作用是使爐水在下聯箱內沿聯箱長度方向均勻加熱。

在啟爐前，開啟蒸汽控制閥門投入加熱蒸汽，蒸汽經下聯箱外部連接管進入聯箱內部蒸汽管，加熱蒸汽通過蒸汽管上的均汽孔噴入爐水中，以混合方式加熱下聯箱內的爐水。爐水在下聯箱內受熱后，通過大汽包、水冷壁、下降管和下聯箱產生自然循環，爐水逐漸被加熱，溫度和壓力逐漸升高。當爐水的溫度和壓力接近加熱蒸汽的參數時，蒸汽推動結束，即可關閉加熱蒸汽控制閥門，投入點火油槍繼續升溫升壓。

下聯箱處于鍋爐水水循環回路的最低點，當下聯箱內的爐水被蒸汽加熱后，其密度減小，與上部汽包、水冷壁和下降管內的爐水產生密度差，爐水在這個密度差的作用下，下聯箱內被加熱的爐水沿水冷壁和下降管上升，汽包、水冷壁和下降管內的溫度較低的爐水通過水冷壁和下降管向下聯箱沉降，在下聯箱內再被加熱。這樣循環往復，爐水以自然對流傳熱的方式使整個水循環系統的爐水逐步被加熱。當爐水達到一定的溫度和壓力后，再啟動鍋爐燃燒系統繼續升溫升壓。

2 采用蒸汽推動啟爐的優點

2.1 節約燃油

富拉爾基熱電廠鍋爐采用母管制運行方式，冷態啟爐，鍋爐啟爐至并汽需4個小時，若無蒸汽推動，鍋爐從點火升壓到并汽，一直需要投油燃燒。若啟爐前投入蒸汽推動，那么在冷態啟爐時，可縮短鍋爐點火到并汽的時間，節省一部分燃油。冷態啟爐初始的爐水參數為：壓力0MPa，溫度90℃左右。蒸汽推動的加熱蒸汽采用汽機0.8～1.3 MPa抽汽，蒸汽推動結束時的爐水參數按0.6 MPa溫度163℃來計算，根據啟爐升壓時間表，投入燃燒系統升到此參數需要1小時45分鐘。由此看來，使用蒸汽推動裝置，對應此時間段的燃油被節省下來。

2.2 減少工質損失

在沒有有使用蒸汽推動的情況下冷態啟爐時，由于鍋爐點火初期投入的油槍少，火焰在爐膛內的分布并不均勻，從而使得水冷壁受熱不均，若不采取措施，將使水冷壁等受熱面金屬膨脹不均，產生較大的熱應力，危害設備的安全。為了使設備金屬均勻膨脹，一般采用下聯箱放水的方法，使各循環回路的爐水溫度接近，放水多取決于各下聯箱之間的溫差。

采用蒸汽推動后，使啟爐初期的金屬膨脹問題得到改善。因為每個下聯箱內都安裝了蒸汽加熱裝置，而下聯箱又處于爐水循環回路的最低點，使爐水各循環回路的對流傳熱效果更佳。因此爐水循環系統金屬受熱膨脹更均勻，在蒸汽推動階段基本不用進行下聯箱放水，使工質損失減少。

另外，在蒸汽推動階段不開過熱器疏水，也相應減少了工質損失。

2.3 改善了啟爐過程的金屬設備安全

啟爐升壓過程需要一定的時間，就是為了保證鍋爐汽水系統金屬設備均勻受熱，使金屬自由均勻地膨脹，減小金屬的熱應力，確保設備的安全。如果盲目地縮短啟爐時間，雖然可以提高啟爐過程的經濟性，但是會給汽包等設備的金屬安全及設備結構安全造成危害，影響設備的安全運行和使用壽命。

在啟爐前使用蒸汽推動，可以縮短鍋爐點火到并汽的時間，而在蒸汽推動的時間段內，鍋爐汽包、水冷壁、下降管、下聯箱熱膨脹的均勻性要比爐內燃料加熱更好。這是因為蒸汽加熱裝置分布在每個下聯箱內，而下聯箱又是爐水循環回路的最低點，在下聯箱內加熱爐水，對流傳熱效果更好，下聯箱、水冷壁、下降管的金屬熱膨脹均勻，熱應力小。

若不采用蒸汽推動，鍋爐點火初期一般投入一支油槍，爐內火焰充滿度較差，爐內水冷壁受熱很不均勻，受熱強的循環回路金屬膨脹速度快，而受熱弱的循環回路不易建立穩定的自然循環，金屬膨脹速度慢，若不采取下聯箱放水等措施，就會給金屬和設備結構帶來很大的應力，甚至損壞設備。對于大汽包，由于各循環回路進入汽包的水溫溫差大，也會產生較大的熱應力，影響汽包的金屬安全和使用壽命。

由此可見，啟爐采用蒸汽推動，鍋爐水循環系統金屬受熱更均勻合理，產生的熱應力相對較小。因此，采用蒸汽推動啟爐，可以提高啟爐過程的安全性。

3 采用蒸汽推動啟爐產生的經濟效益

3.1 加熱前后蒸汽和爐水參數的變化

加熱蒸汽采用汽機0.8～1.3MPa抽汽母管蒸汽，蒸汽溫度為290℃。鍋爐啟爐前的初始狀態為冷態。蒸汽推動投入后，爐水溫度逐步升高，當爐水溫度上升到汽包壓力下的飽和溫度之后，則汽包壓力隨爐水溫度的升高而升高，這時爐水的溫度和壓力，就是飽和溫度和飽和壓力。當汽包壓力與加熱蒸汽壓力達到平衡點時，加熱自動停止。這時的汽包壓力比加熱蒸汽壓力約低0.2MPa，這是由爐水循環回路的高度差決定的。

加熱前爐水參數為：壓力：0MPa；溫度：80℃；焓：335kj/kg。

加熱后爐水參數為：壓力：0.6MPa；溫度：163℃；焓：689.1kj/kg。

加熱蒸汽參數： 壓力：0.8MPa；溫度：290℃；焓：3032.6kj/kg。

3.2 啟爐過程產生的經濟效益

3.2.1 使用油槍升壓付出的代價

由上述可知，蒸汽推動加熱結束時，鍋爐汽包壓力是0.6MPa，爐水溫度是163℃。若用油槍點火升壓達到上述參數，按鍋爐運行規程的啟爐時間表計算，需要1小時45分，這段時間要耗燃油2.5噸。燃油按5000元/噸計，價值12500元。

3.2.2 使用蒸汽推動付出的代價

大汽包按零水位計，爐水初始壓力0MPa，初始溫度80℃。水循環系統爐水所占容積為34m3，爐水的密度ρ=903.6kg/m3。大小汽包、水冷壁、下降管、下聯箱的金屬總重量為181噸（按圖紙尺寸計算）。

3.2.3 采用蒸汽推動啟爐的年經濟效益

由以上數據可知，采用蒸汽推動每次啟爐可節省費用12500-470=12030元。公司每年每臺爐平均啟停4.5次，照此計算，每臺爐的年平均經濟效益為54000元。若1～6號爐都使用蒸汽推動，那么公司每年在啟爐方面的經濟效益就有324000元。

以上只是從燃油和加熱蒸汽的價值對比得到的經濟效益，若把減少的工質損失和增加的輔機耗電考慮在內，實際效益比上述計算結果還要大。由此可見，采用蒸汽推動啟爐，不僅可以改善啟爐過程的安全性，還可以帶來可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]楊世銘.傳熱學（第二版）[M].北京：高等教育出版社.

[2]龐酈鳴，陳軍鍵.水和水蒸汽熱力性質圖和簡表[M].北京：高等教育出版社.

作者簡介：張立成（1977年11月-）男，遼寧省遼陽人，技師，華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠鍋爐檢修車間技術員，研究方向：熱力專業。