工业锅炉燃烧的安全与节能

工业锅炉燃烧的安全与节能

节能是人类面临的一项重要任务之一。虽然太阳能、核能、地热能、风能等可再生能源可以为人类提供大量的能源,但是目前这些新的能源还不能大规模地开发利用,人类近期只能以化石燃料(煤、石油、天然气等)为主要能源。我国现有锅炉50多万台,年耗煤量约5亿t,其耗煤量、烟尘和CO2排放量约占全国总量的1/3,因此工业锅炉的安全、节能、环保对我国的经济发展有着重要意义。锅炉节能的途径很多,但总体上可从两方面入手,其一是热能转换过程;其二是热能利用过程。热能转换过程是指燃料从化学能转变为热能的燃烧过程,这一过程涉及燃烧的设备与技术;热能利用过程是指通过一定的装置和专门的系统及技术将燃烧放出的热量有效地传递并被工质吸收,产生要求参数的蒸汽和热水。通常采用先进的传热材料和工艺技术来实现高效传热,达到节能目的。1工业设备的燃烧节能技术1.1燃用高挥发分烟煤的工艺设计工业锅炉炉拱的作用有两个:一是能够加强炉膛内气流的混合;二是能够合理组织炉内的热辐射和热烟气流动。然而,当燃煤的种类及特性不同时,炉拱作用的侧重面也有不同。当燃用挥发分很低的无烟煤时,最大的困难是燃料不宜着火,这时的拱形设计及布置应以保证燃料的及时着火为主;当燃用高挥发分的烟煤时,由于大量挥发分的集中析出,使炉膛内气体分布的不均匀性更加突出,这时的拱形设计及布置应以加强气流混合为主,以有利于挥发分的充分燃烧与燃尽。目前工业锅炉使用的煤种往往变化较大,而且与设计煤种有较大差异,因此在实际使用中,往往要对炉拱进行必要的改造以适应煤种的需要。1.2燃烧特性对锅炉空气的影响在机械化锅炉如链条炉、振动炉、往复炉中,根据燃烧的特点,合理送风,对促进炉内燃烧是很重要的。在链条炉中,燃料随炉排不停地运行,依次发生着火、燃烧、燃尽阶段,沿炉排长度方向所需的空气量不同。在炉排头部的预热区和尾部燃尽阶段,空气需要量小;在炉排中部的燃烧阶段,空气需要量大。根据这一特点必须分段送风以满足燃烧的需要。目前国内生产的锅炉虽然都考虑这一特性,采用了分段风室,并装有调节风门,但据调查,某些企业在锅炉实际运行中没有按照燃烧特性进行风量调节,使燃烧所需的空气量与实际供风量没有很好地配合,不完全燃烧损失增大。因此,在锅炉燃烧调整中,要根据燃烧需要对供给空气量及时调节,以降低热损失,提高热效率。1.3面颗粒不均匀分层给煤装置与均匀分层燃烧技术具有节能与环保的双重效益,它由四项技术组成。一是用均匀给煤技术解决煤仓颗粒不均而导致的炉排上煤层横断面颗粒不均匀影响燃烧的问题;二是用均匀分层给煤技术使煤层颗粒按下大上小逐级均匀排列,使煤层任何断面上的分层颗粒一致,解决了原始密实煤层通风不良缺氧燃烧的问题;三是能使煤层上面小颗粒煤,在火床上跳跃起来半沸腾燃烧;四是使燃煤中的煤粉在火床上方空间,类似煤粉炉悬浮燃烧。实践证明,这项燃烧技术提高煤的燃烧效率,提高了锅炉煤种适应性。消除了局部温度高、烧毁炉排密封件、老鹰铁和炉排膨胀不均的问题。1.4次风方面的作用二次风对强化气流燃烧是很有效的。二次风有以下作用:a.加强炉内气流的扰动和混合,使炉内的氧气和可燃气体均匀混合,使化学不完全燃烧损失和炉膛过剩空气系数降低。b.二次风在炉内形成烟气漩涡,一方面延长了悬浮细煤粒在炉内的停留时间,使其充分燃烧,使不完全燃烧损失降低;另一方面由于气流旋涡的分离作用,使煤粒、灰粒甩回炉内,减少了飞灰溢出量,使机械不完全燃烧损失降低。c.二次风使炉内高温烟气的充满度得到改善,提高了炉内受热面的利用率。二次风如能和炉拱配合,效果会更加明显。据统计,工业锅炉正确使用二次风可使锅炉热效率提高4%～10%,锅炉容量越大,使用二次风节能效果越明显。1.5烟气量的影响a1过低,燃料燃烧缺乏空气,使化学不完全燃烧损失和机械不完全燃烧损失加大。a1过高,一方面使烟气量增加,使排烟热损失q2加大;另一方面使炉内温度降低、燃烧恶化,使机械不完全燃烧损失q4和化学不完全燃烧q3增大。目前在工业锅炉实际运行中,普遍存在a1过大,这是由于操作人员缺乏燃烧知识,使锅炉送、引风门处于全开状态,炉膛漏风,使a1值达到2.0以上,a1正常值为1.3～1.5。1.6锅炉燃烧操作技术在锅炉运行中,为适应锅炉负荷变化,常需要进行必要的燃烧调整。链条炉常需要进行煤层厚度、分段送风、炉排速度、二次风量和a1的调整。锅炉的燃烧好坏与运行操作技术有很大的关系。为了减少由于操作不当对燃烧的影响,便于迅速根据负荷变化进行燃烧调整,提高锅炉热效率,只有实现燃烧自动化。燃烧自动化一般以蒸汽压力为调整参数,根据蒸汽压力的高低来调整炉排速度及进风和引风量。2水处理能的经济效益2.1热水的导热系数一般锅炉给水中含有大量的溶解气体和盐类,如果给水未经处理或处理不当,会造成锅炉受热面腐蚀和结垢现象。锅炉受热面结水垢时,受热面热阻增大,传热性能变差,燃料燃烧所放出的热量不能迅速地传递到炉水中。在这种情况,为了保持锅炉的额定参数,就必须更多地投加燃料,提高炉膛和烟气温度,因此,造成能源的浪费。水垢的导热系数很小,约为钢板导热系数的1/30～1/50。经测定,锅炉受热面结1mm水垢,燃料消耗要增加8%～10%。2.2脱碱去盐处理降低锅炉排污热损失的途径有两条:一是锅炉给水处理,对给水进行脱碱去盐处理,使锅炉排污量减少。二是对排污水进行回收和利用,如设置定期排污膨胀器或连续排污膨胀器,二次蒸汽用来加热除氧器给水,高温排污水通过换热器预热给水。3节能技术的应用和维护3.1机械不完全燃烧损失锅炉超负荷运行时,燃煤量增大,锅炉煤层加厚,炉排速度加快,才能满足负荷增大的需要。煤层加厚和炉排速度加快使机械不完全燃烧损失加大,燃煤量增加使炉内温度升高、排烟温度增加、排烟损失加大。锅炉负荷降低运行时,燃煤量减少,炉内温度降低,使燃烧工况变差、化学不完全燃烧损失加大。因此,应使锅炉按额定负荷运行以获得最经济工况。3.2清除锅炉热面积灰积灰对锅炉热效率的影响是很明显的。灰垢导热系数为水垢导热系数的1/15,为钢板的1/450～1/750,因此及时而有效地清除锅炉受热面的积灰,提高了锅炉热效率。3.3加强锅炉炉墙和管道的保温a.保温。由于锅炉炉墙、汽水热力管道系统的温度总是比周围的温度高,所以炉墙和汽水管道系统的部分热量要通过辐射和对流方式散发到周围空气中,造成锅炉的散热损失q5,同时使炉膛温度降低,影响燃烧,使化学不完全燃烧损失q3增加,造成锅炉热效率下降。因此,要重视并加强锅炉炉墙和管道的保温,采用先进的保温材料,减少热损失,提高锅炉热效率。b.堵漏风。中小型工业锅炉炉膛和尾部漏风现象很普遍。漏风既使烟气量增加,还使炉膛温度降低,对燃烧影响很大。因此,一旦发现炉膛和尾部烟道漏风,要尽快设法堵漏。c.防泄、防冒。锅炉房内热力管道及法兰、阀门填料处蒸汽和热水的“跑、冒、滴、漏”现象普遍存在,这使锅炉有效利用热量减少,补充水量增加,降低锅炉的热效率。因此,要及时维修,减少这项热损失。4采用新节能工艺和设备4.1增加锅炉水的节能目前国内有不少企业将热管技术用于工业锅炉的烟气余热回收,把热管换热器安装在锅炉烟道内,利用烟气余热加热锅炉给水,节能效果显著,既提高了给水温度,又降低了排烟温度。因此这种热管换热器是中小型工业锅炉房回收烟气余热的理想设备。4.2提高凝结水回收率提高凝结水和废蒸汽的回收率是锅炉节能的重要环节。提高凝结水回收率不仅使锅炉软化水补充量减少,减轻了水处理系统的负荷,同时使给水温度提高,达到节煤、节电、节约软水和提高用汽设备交换能力的目的。4.3高压饱和水蒸汽蓄热器的工作原理:当锅炉负荷减少时,将锅炉多余蒸汽供入蒸汽蓄热器内,使蒸汽在一定压力下变为高压饱和水;当供热负荷增加、锅炉蒸发量供不应求时,降低蓄热器中压力,高压饱和水即分离为蒸汽和低压饱和水,产生的蒸汽供用户使用。工业锅炉房设置蓄热器后,使锅炉处于正常负荷下运行,消除了负荷波动对锅炉燃烧和热效率的影响,提高了锅炉的热效率。4.4加热除氧法真空除氧是一种省能型除氧方法。目前大型工业锅炉给水除氧一般采用大气热力除氧。这种方法要把给水加热到大气压力下的沸点温度,才能排走水中的氧。当采用真空除氧时,真空度维持在7998Pa时,给水温度只要加热到60℃就能达到除氧目的。这样既节约了蒸汽,又减少了排烟损失,从而提高了锅炉热效率。5高效节能型锅炉鼓、引风机和给水泵锅炉的鼓、引风机和给水泵是锅炉房的主要耗能设备,约占锅炉房耗电量的80%～90%。因此,研究鼓、引风机和给水泵的节能方法是提高锅炉净效率的关键。近10年来,国内电泵制造业已陆续生产出一些高效节能型锅炉鼓、引风机和给水泵。耗能大的鼓、引风机和给水泵,应通过各种途径予以改造,以提高其效率。同一台风机和水泵在不同转速下的运行工况,其流量(Q)与转速(n),功率(N)与转速(n)之间的关系可以用比例定律来表示:Q1Q2=n1n2Q1Q2=n1n2;N1N2=n31n32Ν1Ν2=n13n23可见风量与转速成正比,功率与转速的立方成正比,因此调节风机或水泵的转速对于节能有重大的意义。6改配锅炉为低密度锅炉从节约能源消耗、提高能源转换利用效率的角度看,工业锅炉用户区应实行集中供热的方式,从而提高锅炉的容量和参数,提高锅炉运行的自动化程度,节约能源消耗。在热用户比较集中的区域,把分散的、旧式小型锅炉替换下来,改用效率高、机械化程度较好的中等容量锅炉。集中供热可以有效地减少城市环境污染、能源消耗。热能与电能是国民经济中能量利用的重要方式。如果采用热电联合生产方式,例如在电厂采用背压式汽轮机发电,利用其排汽供热,把热与电的生产有