淺析工業燃氣供熱鍋爐熱備方式

2021-11-29 13:58:58洪瑋鑫

應用能源技術 2021年1期

洪瑋鑫

(上海申能奉賢熱電有限公司，上海 201417)

0 引言

隨著社會經濟及各工業園區不斷發展，工業燃氣鍋爐的應用范圍更加廣泛。在國家提出的“節能減排”“集中供熱”理念的影響下，各企業對燃氣鍋爐在供熱質量與安全可靠性的問題提出了新的更高要求。在這種情況下，積極研究燃氣鍋爐供熱系統熱備保壓技術，是實現“集中供熱”發展目標的關鍵措施。那么，在燃氣鍋爐供熱系統中以何種方式進行熱備鍋爐，是相關人員需要研究的重點問題。

1 燃氣鍋爐供熱系統熱備方式及經濟性對比

1.1 最低穩定負荷備用

所謂的最低穩定負荷備用，即將燃氣備用鍋爐長期穩定運行在25%～30%負荷工況下。以我廠SZS50-2.6/250-Q型燃氣蒸汽鍋爐為例，滿負荷蒸發量為50 t/h，最低穩定負荷為12.5 t/h。該方式的優點是鍋爐一直處于運行狀態，如主要供熱鍋爐發生故障時，能快速確保供熱壓力及流量恢復正常運行狀態，不會對熱用戶產生影響。但缺點也比較明顯，在熱網低負荷情況下，由于備用鍋爐運行在最低穩定負荷下，造成主要供熱鍋爐無法達到滿負荷運行，降低了鍋爐的效率，從而降低了經濟型。

1.2 保壓啟動備用

所謂的保壓啟動備用，即根據燃氣備用鍋爐的汽包壓力進行一個固定的邏輯設定，低于某個壓力值時，鍋爐啟動升壓至某個壓力值時停爐，從而確保備用鍋爐長期處于一個熱備用狀態下，以此縮短鍋爐的啟動至滿負荷時間。以我廠SZS50-2.6/250-Q型燃氣蒸汽鍋爐為例，上汽包壓力低于0.8 MPa時，鍋爐啟動升壓至1.2 MPa時停爐，整個啟動升壓過程約10分鐘，耗氣量約100 m3，每日約需保壓啟動共計10次，共約耗氣量1 000 m3。該方式較最低穩定負荷備用經濟性好，但恢復熱網壓力及供熱量的速度較最低穩定負荷備用慢。

1.3 鄰爐加熱保壓備用

所謂的鄰爐加熱保壓備用，即從供熱母管上抽頭一路管道接至備用鍋爐，用于維持備用鍋爐長期處于一定壓力下，待需要緊急啟動時，備用鍋爐能快速啟動并拉高負荷。以我廠SZS50-2.6/250-Q型燃氣蒸汽鍋爐為例，從低壓熱網管道(運行壓力為1.5 MPa)抽頭一路直徑89 mm的管道至下汽包，保持上汽包壓力長期維持在1.0 MPa下，每小時耗汽量約1.5 t/h，每日共計約36 t。該方式同樣較最低穩定負荷備用經濟性好，但恢復熱網壓力及供熱量的速度較最低穩定負荷備用慢，與保壓啟動備用經濟性與快速性較一致。

2 不同熱備方式對設備的影響

2.1 最低穩定負荷備用

最低穩定負荷備用實際鍋爐處于長期運行狀態，負荷控制在25%，因此給水調節閥、減溫水調節閥均處于低開度小流量運行的狀態下，對閥門的調節線性要求比較高，同時對閥門密封面的吹掃較大，縮短了檢修周期，增加了檢維修的費用。正常檢修通常為一年一次，但在實際運行過程中，發現通常在連續運行3個月后，閥門有明顯內漏現象，解體后發現閥芯密封面有數條由于沖刷產生的凹陷。這樣使得汽包水位上升較快以及主汽排氣溫度較低。這樣就需要經常性的停爐進行修理，增加了維修的頻次同時，也在修理期間處于無備用鍋爐的狀況發生，供熱的安全性大大降低。

2.2 保壓啟動備用

保壓啟動備用模式屬于頻繁啟停鍋爐，鍋爐金屬部件長時間處于漲縮的周期性切換狀態，使得部件易產生疲勞損壞，降低了鍋爐部件的使用壽命，大大增加了鍋爐爆管的可能性。同時由于工業鍋爐管道及閥門多采用法蘭連接的方式，因此頻繁的啟停鍋爐，會大大增加法蘭連接面滲漏的風險。在實際的運行的過程中，鍋爐爆管的位置大多出現在燃燒器附近的前墻水冷壁以及尾部煙道的省煤器處管排，是這由于前墻水冷壁處離火焰噴射的位置最為接近，金屬疲勞最為明顯。其次尾部煙道的省煤器管排由于保壓啟動的時間較短，煙氣的濕度較大，溫度較低，尾部低溫段的腐蝕加劇，管排表面經常會有大量的氧化皮脫落，這一現象同時也出現在煙囪內壁上。為了減少爆管的發生次數，往往在檢修項目中增加更多數量的金屬檢測，這樣大大提高了檢維修的成本，也使得鍋爐因爆管停爐的風險增加，降低了熱網安全運行的可靠性。

2.3 鄰爐加熱保壓備用

鄰爐加熱保壓備用的方式由于是僅對下汽包內投入一定壓力的蒸汽，以此確保上汽包保持一定的壓力。由于是直接投入蒸汽的方式，汽包及管排受熱較均勻，鍋爐長期處于壓力及溫度恒定的狀態，這樣金屬部件就不會受到長期交變應力，減低了金屬疲勞，同時由于溫度恒定，各連接件的法蘭處受到熱脹冷縮的交替次數降低，大大降低了法蘭處泄漏的可能性。最初我廠使用該方法時，由于投入了一定的蒸汽，使得汽包水位會有所上升，需要定期打開排污閥進行放水，但在確定該方法的可靠性后，又對系統進行了優化，在投入蒸汽的同時，在汽包處又引出一路管道直接通入除氧器中，使得加熱后的蒸汽又得到了利用。用該方法保壓需要增加一路抽汽閥組，但在其他檢維修的成本上，投入較少，對熱網的安全性大大提高。

同時鄰爐加熱的投入對改善鍋爐運行環境以及鍋爐快速安全升溫升壓也起著至關重要的作用。一般來講汽包壁溫差在鍋爐的啟動初期必須嚴格控制，只有盡可能的改善汽包的壁溫溫度分布特性，滿足汽包的壁溫均勻，才能為鍋爐快速啟動創造條件。鍋爐啟動初期壓力較低的情況下，如汽包壁溫差值過大，可能造成汽包的彎曲和變形，并在汽包內壁出現附加的應力，甚至出現潛在的微裂紋傾向，多次快速啟動必然影響鍋爐運行的安全性。其次鄰爐加熱的投入對于過熱器也起到了相對的保護作用。一般鍋爐在點火啟動開始逐漸升壓期間，由于鍋爐需要投入一定的燃料量，爐膛內的輻射熱增加，使得過熱器處在干燒的狀態，這時部件內部就需要有介質流動來保護。而點火啟動初期的水循環還未完全建立，對各系統的保護就有一定困難，特別是處在燃燒調整不當的啟動過程中。如果投入了鄰爐加熱，就可以大大縮短啟動時間，起到保護汽包及過熱器等受熱部件的作用。