鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能及運(yùn)行管理探討

劉 晨

（臨沂市工程咨詢?cè)河邢薰荆?山東 臨沂 276000）

0 引言

鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)消耗大量的能源，并造成環(huán)境污染。在具體的工作中，要根據(jù)實(shí)際情況，選擇科學(xué)合理的方法，從多個(gè)方面進(jìn)行有效改善，如引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)、做好日常的運(yùn)營(yíng)管理等，確保鍋爐汽輪機(jī)在最優(yōu)的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到減少鍋爐汽輪機(jī)能量消耗的目的，充分發(fā)揮其生產(chǎn)功能，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行中的現(xiàn)狀問題

鍋爐汽輪機(jī)在節(jié)能運(yùn)行中，主要有以下三個(gè)方面的問題。一是鍋爐的熱效率不高。鍋爐汽輪機(jī)容量過低，燃燒不完全，從而使其熱效率下降。高溫廢氣更增加了熱能的散失。但在大容量的鍋爐汽輪機(jī)中，往往會(huì)出現(xiàn)低負(fù)荷工作的情況，這樣，不但會(huì)造成更多能量消耗，而且燃燒效率會(huì)下降，從而導(dǎo)致燃燒條件惡化。二是自動(dòng)控制技術(shù)有待提升。目前，鍋爐汽輪機(jī)的自動(dòng)控制設(shè)備利用率不高，許多鍋爐尚未采用運(yùn)行檢測(cè)表。在實(shí)際操作中，工作人員不能精確地獲得和掌握有關(guān)的數(shù)據(jù)，不能及時(shí)針對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)受到各種因素的影響，造成無謂的能量消耗，降低運(yùn)行的自動(dòng)化程度[1]。三是污染嚴(yán)重。鍋爐汽輪機(jī)在燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，其自身燃燒情況為層燃態(tài)，燃燒效率低下，煙氣溫度在140～150 ℃之間。加之，燃燒不完全，在排放的煙霧中含有大量的CO2、SO2等有害氣體，這些氣體會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)人類和動(dòng)植物造成嚴(yán)重危害。

2 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能技術(shù)

2.1 節(jié)能

為了徹底改變鍋爐燃燒體系結(jié)構(gòu)，將鍋爐燃燒體系的改良技術(shù)分為分層燃燒、天然氣助燃等。通過將常見的粘土更換成爐拱材料用碳化硅，并調(diào)整爐拱的大小和尺寸，全面設(shè)計(jì)拱區(qū)區(qū)域，預(yù)防爐排漏煤或配風(fēng)不均等情況。在此基礎(chǔ)上，對(duì)鍋爐風(fēng)腔進(jìn)行雙側(cè)進(jìn)風(fēng)，并在其上設(shè)置均流擋板，從而有效解決了風(fēng)腔與風(fēng)口的連通方式。除此之外，還可以在夾層中充分利用纖維填充材料，對(duì)夾層進(jìn)行保溫，并涂抹遠(yuǎn)紅外涂料，增強(qiáng)高熱輻射能力。采用新型燃煤添加劑，增大灰熔點(diǎn)，避免鍋爐燒焦的問題發(fā)生。

目前，對(duì)鍋爐煙氣廢熱利用技術(shù)的研究可分成三種，一是利用煙氣廢熱對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，更好地實(shí)現(xiàn)燃料霧化狀態(tài)，從而提高爐內(nèi)的溫度。同時(shí)，還可以有效降低排煙表面的損耗。二是利用煙氣廢熱對(duì)燃料進(jìn)行加熱。隨著燃料的不斷升溫，燃料的粘性有了很大的提高，從而在某種意義上避免了燃料進(jìn)入熔煉過程中出現(xiàn)的霧化現(xiàn)象。當(dāng)燃料的溫度持續(xù)上升時(shí)，爐膛內(nèi)的絕熱燃燒溫度將發(fā)生變化[2]。溫度增加過程中，輻射換熱系數(shù)隨加熱時(shí)間的增加而增大，從而保證加熱過程中的傳熱系數(shù)。三是利用煙氣廢熱加熱供水系統(tǒng)。加熱后，爐膛內(nèi)物料總溫度升高，各傳遞熱量間的溫差減小。若能有效控制煙氣余熱的預(yù)熱給水，并具有相應(yīng)的鍋爐入口物質(zhì)，則可對(duì)煙氣余熱進(jìn)行二次利用。同時(shí)，還可以使排煙溫度下降，合理應(yīng)用多余的空氣體系，使鍋爐的熱效率最大化。

2.2 蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻技術(shù)可分為兩類，一類是直接蒸發(fā)冷卻，另一類是間接蒸發(fā)冷卻。蒸發(fā)冷卻設(shè)備總體上比較簡(jiǎn)單，使用成本并不高。直接蒸發(fā)冷卻有一定的限制，當(dāng)氣溫高于22 ℃時(shí)，制冷的效率就會(huì)下降。可充分選擇干燥、半干燥地區(qū)，或者在加熱和降低溫度的情況下，高效使用蒸發(fā)制冷設(shè)備。間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)主要由一次空氣和二次空氣組成，二者之間以交織的形式進(jìn)行流動(dòng)，利用循環(huán)水噴淋，在換熱器的表皮上增加一層水膜，使得空氣和水不會(huì)與換熱器直接接觸，并蒸發(fā)膜上層的水，從而有效降低空氣的干體溫度。同時(shí)，還可以利用壁面的導(dǎo)熱對(duì)空氣進(jìn)行冷卻。

2.3 風(fēng)機(jī)節(jié)能

風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)包括變頻調(diào)速技術(shù)，在調(diào)速設(shè)備方面，主要包括單機(jī)控制技術(shù)和交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)。在電負(fù)載發(fā)生改變的情況下，應(yīng)采取相應(yīng)的措施調(diào)節(jié)鍋爐的給煤量、水量及風(fēng)量等，理解構(gòu)成要素間的關(guān)系。另外，還涉及到液力耦合器調(diào)速技術(shù)。在實(shí)際操作中，主要是通過液體流量調(diào)節(jié)耦合裝置的速度，改變耦合裝置的輸出速度和輸入速度出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

3 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能措施

3.1 改進(jìn)汽輪機(jī)熱力體系

鍋爐汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性與熱力系統(tǒng)有比較緊密的聯(lián)系，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，既可以改善總體工作特性，又可以減少能量損失，而且綠色環(huán)保。工作人員要根據(jù)鍋爐汽輪機(jī)構(gòu)造，采取相應(yīng)的方法進(jìn)行最優(yōu)布置，例如，除了中高壓之外，還可以對(duì)下缸疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，有效提升工作效率。

3.2 提高汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需溫度

如果水的溫度太低，能量消耗就會(huì)越來越大，從而導(dǎo)致廢氣排放越來越多。操作人員必須按照要求進(jìn)行作業(yè)，并注意溫度的控制。在日常工作中，要注意管道清潔，防止有異物阻塞管道。在進(jìn)行下一步工作之前，應(yīng)先確認(rèn)加熱器的水位是否合適。工作人員要經(jīng)常檢修加熱爐的銅管，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理。

3.3 正確調(diào)控汽輪機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)

在鍋爐汽輪機(jī)啟動(dòng)中，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整輔助裝置的起動(dòng)時(shí)機(jī)，盡量降低無謂的疏水性排泄。可以使用機(jī)組啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，也可以使用相應(yīng)的凝疏管線系統(tǒng)，將啟動(dòng)過程中的蒸汽壓力控制在2.5～3.0 MPa。通過人工打開真空破壞門，并保持65～70 kPa 的真空狀態(tài)，增加汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)入量，改善暖機(jī)效率，改善脹差控制，縮短了并網(wǎng)時(shí)間[4]。如有必要，則應(yīng)考慮再循環(huán)使用。為了減少起動(dòng)時(shí)間，可以采用加大起動(dòng)管道直徑和增加疏水點(diǎn)的方法，從而有效減少暖管時(shí)長(zhǎng)。針對(duì)金屬溫差偏差過大等問題，設(shè)計(jì)安裝氣缸夾層加熱設(shè)備加以改善。在進(jìn)行升級(jí)之前，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的檢查和測(cè)試，并對(duì)可能發(fā)生的意外情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，還要在施工現(xiàn)場(chǎng)配備維修人員，以便能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)可能發(fā)生的設(shè)備故障做出反應(yīng)。在鍋爐汽輪機(jī)停機(jī)中，在常規(guī)停機(jī)和臨時(shí)停機(jī)的情況下，可以采用滑動(dòng)方式停機(jī)，這樣既可以使用蒸汽產(chǎn)生的熱量，而且還可以使鍋爐裝置溫度下降，便于設(shè)備維修。

3.4 改善運(yùn)行方法

在對(duì)鍋爐汽輪機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造時(shí)，可以通過改變操作方法實(shí)現(xiàn)其節(jié)能、降耗的目的。一是通過對(duì)鍋爐裝置的進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)操作模式進(jìn)行優(yōu)化，將煙氣余熱和分層燃燒技術(shù)結(jié)合起來，提高燃燒的完整性，從而提高燃料的利用率。二是將頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用于鍋爐，有效調(diào)節(jié)燃煤和空氣的流量，從而減少燃煤使用頻率。三是改變循環(huán)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，可以有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)載。在相同的壓力下，隨著循環(huán)水流量的提高，單元受力增大，能量消耗增大。生產(chǎn)廠家要合理調(diào)整單元負(fù)載，使其受力符合規(guī)范，使單元附加價(jià)值和循環(huán)水泵附加價(jià)值之差最大化，從而減少單元的運(yùn)轉(zhuǎn)能量消耗。四是在加熱爐中，水位和水溫的關(guān)系更加緊密，當(dāng)端差最小時(shí)，水位最為合理，熱損耗也會(huì)變得最小。企業(yè)可以在加熱爐中安裝溫度傳感器和溫控設(shè)備，傳感器能夠精確地收集到各種部位的溫度。通過與PLC的控制系統(tǒng)相配合，有效調(diào)整加熱爐的溫度，從而使端差達(dá)到最低，減少能量消耗。五是在改善抽氣裝置運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，需配合周圍的溫度作相應(yīng)調(diào)節(jié)。在夏天的高溫環(huán)境下，抽氣裝置工作效率低下，能源消耗大。因此，要對(duì)抽氣裝置液體溫度和周圍溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，使用低溫冷卻水降低液體溫度，使用空調(diào)系統(tǒng)降低周圍溫度。

4 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行管理對(duì)策

4.1 改進(jìn)、優(yōu)化有關(guān)管理系統(tǒng)

完善的規(guī)章制度能夠?qū)Σ僮髡叩男袨樾纬捎行У闹萍s，因此，要建立一套完整的鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行管理規(guī)章制度，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際裝備狀況，建立并實(shí)施責(zé)任制，明確每個(gè)人的工作職責(zé)。同時(shí)，還要對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，使員工能準(zhǔn)確掌握設(shè)備性能、參數(shù)和日常管理中的關(guān)鍵點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)鍋爐汽輪機(jī)持續(xù)高效運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，建立并完善相應(yīng)的連帶責(zé)任體系，進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)人員的安全生產(chǎn)責(zé)任意識(shí)，確保每道生產(chǎn)工序安全穩(wěn)定進(jìn)行。在生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生故障，不但要追究操作者的負(fù)責(zé)，各部門主管也要負(fù)連帶責(zé)任。除此之外，成立鍋爐汽輪機(jī)監(jiān)控團(tuán)隊(duì)，由組長(zhǎng)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)組監(jiān)控進(jìn)行統(tǒng)籌安排，副組長(zhǎng)進(jìn)行督促和督導(dǎo)，監(jiān)控員在組長(zhǎng)、副組長(zhǎng)帶領(lǐng)下，完成鍋爐汽輪機(jī)監(jiān)控[5]。系統(tǒng)中所要求的監(jiān)控項(xiàng)目有振動(dòng)監(jiān)控、葉片監(jiān)控、載荷監(jiān)控和閥門監(jiān)控等。如在進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)控時(shí)，遇到突然發(fā)生的強(qiáng)烈震動(dòng)，如果震動(dòng)超出緊急停機(jī)的條件，就需要立刻進(jìn)行緊急停機(jī)，尋找到震動(dòng)的根源，在解決震動(dòng)問題之后，才能重新啟動(dòng)鍋爐汽輪機(jī)。對(duì)于那些數(shù)值逐步增大，但是還沒有達(dá)到緊急停機(jī)要求的異常震動(dòng)，監(jiān)控人員需要對(duì)鍋爐汽輪機(jī)真空狀態(tài)、工作液溫度、膨脹及膨差和潤(rùn)滑油溫度等進(jìn)行全方位的檢測(cè)，將這些異常的參數(shù)調(diào)節(jié)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，從而使鍋爐汽輪機(jī)組重新回到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。同時(shí)，要向主管部門報(bào)告以上工作情況，為主管部門制定防治措施提供依據(jù)。

4.2 加強(qiáng)日常管控

要安排專人全天候監(jiān)督管控鍋爐汽輪機(jī)的運(yùn)行情況，否則，若發(fā)生突然停機(jī)，很容易導(dǎo)致設(shè)備失效。鍋爐運(yùn)行中存在著一定程度的升溫現(xiàn)象，鍋爐汽輪機(jī)并網(wǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)消耗大量能源。要想減少能耗，就必須縮短起動(dòng)時(shí)間，同時(shí)，又不會(huì)危及到裝置安全運(yùn)轉(zhuǎn)。將側(cè)壓設(shè)定為4 MPa 并打開，再通過人工操作開啟真空破壞門，使其保持在-60～-50 kPa 的范圍內(nèi)，從而提高起動(dòng)速率，增加水蒸氣輸出，減少起動(dòng)時(shí)能耗。在機(jī)組停止運(yùn)行時(shí)，宜采取滑差參數(shù)停止方式，此方式不僅可降低鍋爐汽輪機(jī)溫度，而且還可以更好地利用廢熱。在設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，要對(duì)設(shè)備零件、凝結(jié)器等進(jìn)行檢查，對(duì)灌水漏水、真空密封性等問題進(jìn)行全面檢查，確保設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，還要增強(qiáng)對(duì)日常裝備的常態(tài)化監(jiān)督管控，把閥門內(nèi)漏當(dāng)作每日檢查的重點(diǎn)，在起動(dòng)裝置之前，必須對(duì)疏水閥進(jìn)行密封檢驗(yàn)，以保證其處于最佳狀態(tài)。

4.3 重點(diǎn)把握汽輪機(jī)的運(yùn)行要點(diǎn)

重點(diǎn)把握汽輪機(jī)的運(yùn)行要點(diǎn)，具體從以下三個(gè)方面展開。一是對(duì)鍋爐汽輪機(jī)供水水溫進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控，同時(shí)，對(duì)加熱設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常性保養(yǎng)，保證各個(gè)元件的密封性，使其能夠達(dá)到鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而保證整個(gè)鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)的熱量交換與傳熱。二是要及時(shí)修復(fù)高加筋管道的漏水部位，如果漏水比較厲害，則要進(jìn)行替換。此外，為了防止水垢太厚會(huì)降低高加筋管內(nèi)的傳熱效果，要經(jīng)常使用噴霧或化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗。三是保證凝結(jié)器的真空度，保證裝置正常運(yùn)行，降低煤耗。要做好日常維護(hù)工作，確保凝結(jié)器真空度滿足裝置操作需要。同時(shí)，要清理凝結(jié)器內(nèi)的結(jié)垢，避免結(jié)垢對(duì)換熱效率造成不利影響。

5 結(jié)語(yǔ)

在鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)已然成為必然趨勢(shì)，在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)和節(jié)能措施的同時(shí)，要加強(qiáng)常態(tài)化監(jiān)測(cè)管控，定期檢查維修設(shè)備，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。