摘 要：以某石化企業(yè)油田熱電廠的三臺75t/h高壓燃油鍋爐為節(jié)能改造的研究對象，對燃油鍋爐進行了正反熱平衡計算、反平衡分析、煙氣數(shù)據(jù)分析和熱力計算得到鍋爐的熱效率、各項熱損失大小，對計算結(jié)果進行了分析，歸納出燃油鍋爐存在排煙損失偏大的問題。

關(guān)鍵詞：燃油鍋爐；熱平衡；空氣預熱器；無機傳熱技術(shù)

前言

通過改善燃燒、強化換熱及熱回收新技術(shù)試驗，對全廠過程能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和回收過程進行技術(shù)更新，實現(xiàn)高效率、低能耗、低污染的綜合利用。

1 油田熱電廠高壓燃油鍋爐的運行現(xiàn)狀

某石化企業(yè)熱電廠的三臺75t/h高壓燃油鍋爐主要任務(wù)是為油田主要廠區(qū)各生產(chǎn)裝置提供動力用汽及生產(chǎn)工藝用汽。三臺燃油鍋爐采用高參數(shù)蒸汽，先發(fā)電后供汽，逐級利用。鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽（10Mpa，溫度520℃）為兩臺6000kW的高壓背壓汽輪機組做功發(fā)電。做功后排出的中壓蒸汽（壓力3.7Mpa，溫度410℃）一部分進入一臺中壓汽輪機發(fā)電機組繼續(xù)做功發(fā)電，一部分自用，其余的中壓蒸汽向外輸送供生產(chǎn)裝置的動力用汽和工藝用汽。中壓背壓汽輪機發(fā)電機組排出的低壓蒸汽除一部分自用外，其余的低壓汽也向外輸送。目前，這三臺高壓燃油鍋爐的運行狀況同樣面臨著由于燃油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化以及設(shè)備陳舊老化等問題而引起的燃燒狀況趨于惡化的困境。鍋爐的耗油量增大，熱效率降低。根據(jù)初步調(diào)查和分析，認為可能存在著以下一些問題：即燃燒狀況不佳，燃燒系統(tǒng)有待進一步改進；鍋爐的排煙損失較大，省煤器和空氣預熱器有進一步改造的必要性。為了進一步對鍋爐存在的實際問題作具體深入的分析，就要對鍋爐的運行狀況進行全面的熱平衡標定。

燃油鍋爐熱效率的正反平衡計算

為了對鍋爐運行狀況做出具體的分析，就必須根據(jù)所測的數(shù)據(jù)進行分析計算。在這里主要對鍋爐進行了正反熱平衡計算，求出了鍋爐熱效率的大小。通過反平衡分析，計算出鍋爐存在的各項熱損失的大??；同時通過煙風數(shù)據(jù)的分析及熱力計算，了解鍋爐在結(jié)構(gòu)上存在的缺陷。通過以上分析，我們就可以對鍋爐存在的問題做出具體準確的診斷，為鍋爐改造方案的提出提供事實基礎(chǔ)。表1給出了熱電廠三臺燃油鍋爐測試的主要原始數(shù)據(jù)。

本次鍋爐標定對象是熱電廠1、2、3#燃油鍋爐。標定的主要目的是確定燃油爐的燃燒是否充分，了解燃油爐的熱利用率程度和確定燃油爐的廢氣、廢熱排放程度。標定的內(nèi)容包括鍋爐在不同穩(wěn)定工況下運行時的蒸汽參數(shù)、煙氣參數(shù)、空氣參數(shù)以及燃油數(shù)據(jù)等。標定工作是在嚴格的技術(shù)要求和規(guī)范下的，因此獲得了真實準確的數(shù)據(jù)。最后在標定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整理和篩選，我們進行了鍋爐的正反平衡計算。所有的計算結(jié)果都匯總在表2中。

從計算結(jié)果總表中我們可以看出，鍋爐的排煙損失偏大：2、3#高壓爐的排煙損失更大，普遍在10%左右，與設(shè)計值6.002%相比偏高了許多；可見排煙損失過大是降低鍋爐熱效率的主要因素。同時所標定的燃油鍋爐也存在著大約1%左右的散熱損失，與鍋爐的設(shè)計值相比也普遍偏高，所以也是影響鍋爐熱效率的不可忽略的因素。

對于各項損失產(chǎn)生的原因及鍋爐存在的問題，作以下具體的分析：對于熱電廠1、3#高壓爐，過量空氣系數(shù)過大是造成鍋爐排煙損失過大的主要因素，而造成鍋爐過量空氣系數(shù)過大的主要原因是鍋爐燃燒狀況不佳，燃燒不充分和鍋爐的漏風太嚴重；而對于熱電廠2#高壓燃油鍋爐，排煙溫度過高和過量空氣系數(shù)過大是造成鍋爐排煙損失過大的主要因素，說明鍋爐同樣存在較為嚴重的漏風現(xiàn)象和燃燒狀況不佳的問題，此外這臺高壓鍋爐的空氣預熱器的效率不高，不能較充分地回收煙氣余熱，因此空預器也有改造的必要。由于2#高壓鍋爐的排煙溫度過高，同時過量空氣系數(shù)過大，造成鍋爐排煙損失很大，鍋爐存在嚴重的漏風現(xiàn)象和燃燒狀況不佳的問題，可見這臺高壓鍋爐的空氣預熱器效率不高，不能較充分地回收煙氣余熱，因此需要對2#燃油鍋爐的空氣預熱器進行更新設(shè)計。從而減少鍋爐排煙損失，提高鍋爐熱效率，使鍋爐運行更加經(jīng)濟。

根據(jù)對熱電廠鍋爐的熱平衡標定提供的設(shè)計參數(shù)（如表3所示），對2#高壓燃油鍋爐原有的空氣預熱器進行改造設(shè)計。從表3中可以看出：該燃油鍋爐排煙溫度過高，基本測定在208℃左右，煙氣熱損失較大，大量的熱量隨煙氣排入大氣，即浪費了能源，又造成了環(huán)境的熱污染。而過量空氣系數(shù)過大是造成鍋爐排煙損失過大的主要因素。通過對原有空氣預熱器進行改造設(shè)計，以便降低排煙溫度，減少熱損失，提高鍋爐的熱效率。最終達到節(jié)省燃料的目的。

表4列出了改造后的2#燃油鍋爐空氣預熱器的熱力計算結(jié)果。經(jīng)過計算，將排煙溫度由原有的208℃降低到現(xiàn)在的158℃，降低了50℃。大大減少了排煙損失。經(jīng)預熱器加熱后的空氣溫度由原來的130℃提高到現(xiàn)在的239.8℃，提高了將近110℃?？諝夂蜔煔鈧?cè)的流速、阻力皆符合設(shè)計要求。該空氣預熱器的換熱量為4082KW，同原有相比，多回收了近1.5倍的熱量，提高了燃油鍋爐的熱效率。

2 設(shè)備的投資概算與回收預測

2.1 設(shè)備概算

按給定條件設(shè)計，設(shè)備概算如下：（1）無機傳熱空氣預熱器120萬元；（2）差旅費、調(diào)研費、設(shè)計費 15.6萬元；（3）設(shè)備標定費10.0萬元；（4）運費 2.5萬元；（5）設(shè)備調(diào)試、技術(shù)服務(wù)費 13.4萬元；（6）保溫材料費、防火門等15.8萬元；（7）拆除費10.0萬元；（8）設(shè)備的安裝、改造費32.0萬元其中，人工費20萬元，材料費12萬元；（9）吹灰器系統(tǒng)15.0萬元。以上各項總計項目總投資為 234.3萬元。

2.2 設(shè)備回收期預測

改造后的新型熱管式空氣預熱器共回收熱量為4.082MW，原有空氣預熱器回收熱量Q1=Vk（Ck2t2-Ck1t1）/3600/1000=1.731 MW。多回收熱量2.351 MW，折合846.36×104kj/h。燃料的發(fā)熱值為41031kj/kg，鍋爐的熱效率按90%計算，

則燃料的節(jié)約量： 846.36×104/41031/0.9=229.2kg/h。

每年鍋爐的運行時間按8000小時進行計算，

則每年節(jié)約燃料為229.2×8000/1000=1833.6噸/年

渣油的價格按1000元/噸計算，則每年節(jié)約燃料費為1833.6×1000=183.36萬元。

項目的改造投資費用為 234.3萬元。

投資回收期為：234.3÷183.36=1.28年=467天，設(shè)備的投資在不到470天的時間即可收回全部改造投資。

3 結(jié)束語

本章熱管式空氣預熱器的設(shè)計是在前面熱電廠燃油鍋爐改善燃燒狀況的基礎(chǔ)上，為進一步提高鍋爐的熱效率而提出的，是本次鍋爐設(shè)計改造的一個重要組成部分。通過對鍋爐余熱回收需要考慮的特點分析，以及對熱管的主要特點和無機傳熱技術(shù)性能的了解，在設(shè)計過程中主要是采用新型無機傳熱熱管作為傳熱元件，對鍋爐的空氣預熱器進行了熱力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并進行了投資概算和回收期預測。得出設(shè)備投資在不到470天的時間內(nèi)即可全部回收。（1）對熱電廠進行節(jié)能技術(shù)改造，首先需要進行燃料的燃燒和燃油鍋爐的熱平衡計算，這是最基礎(chǔ)的工作。通過對油田熱電廠燃油鍋爐的運行狀況進行全面的調(diào)查，摸清了燃油鍋爐能耗現(xiàn)狀，分析了存在的問題及能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，提出了具體改造意見，并為后面的助燃劑試驗以及空氣預熱器改造熱力計算提供依據(jù)。（2）新型高效無機傳熱熱管式空氣預熱器的設(shè)計是在前面熱電廠燃油鍋爐改善燃燒狀況的基礎(chǔ)上，為進一步提高鍋爐的熱效率而提出的。無機傳熱式空氣預熱器都具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，設(shè)備的使用壽命長等優(yōu)點。而無機傳熱式空氣預熱器則可根據(jù)場地情況或特殊換熱介質(zhì)（兩種介質(zhì)不允許混合）制作成分離式換熱設(shè)備等。其獨立的傳熱元件不會因單支傳熱元件的損壞而影響設(shè)備的運轉(zhuǎn)和工程停產(chǎn)，這是其他常規(guī)換熱設(shè)備無法比擬的。（3）由于時間所限，本設(shè)計沒有對燃油鍋爐內(nèi)和空氣預熱器內(nèi)吹灰做相應(yīng)探討。因為稠油燃料灰分大，在爐管外表面容易積灰，不易清除，需要經(jīng)常停爐清灰，浪費時間，損失很大，因此可以探討采用何種辦法可在不停爐的前提下做到清灰的目的，減少因停爐造成的損失。