● 山西省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 孟祥定 劉晉華

太原市在用燃?xì)忮仩t節(jié)能狀況與分析

● 山西省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 孟祥定 劉晉華

太原市燃?xì)忮仩t數(shù)量逐年增加，但燃?xì)忮仩t在節(jié)能方面還有很大空間，針對(duì)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷、排煙溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、進(jìn)風(fēng)溫度等影響鍋爐效率的主要方面進(jìn)行分析，提出在燃?xì)忮仩t使用方面應(yīng)盡量提高鍋爐運(yùn)行負(fù)荷、尾部宜加裝冷凝裝置、調(diào)整合適的燃空比來(lái)起到節(jié)能減排的目的。

燃?xì)忮仩t 節(jié)能

前言

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、清潔的鍋爐燃料，燃?xì)忮仩t由于具有安全、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)，在城市工業(yè)生產(chǎn)、生活中被廣泛使用。但是在實(shí)際使用過(guò)程中，使用效率平均值為88%，有的甚至低至76.43%，與燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)效率不低于90%相比，在節(jié)能使用方面還有很大空間，本文將以2013年以來(lái)太原市在用燃?xì)忮仩t運(yùn)行工況測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出燃?xì)忮仩t能效方面存在的問(wèn)題，并提出節(jié)能對(duì)策。

太原市在用燃?xì)忮仩t總體情況分析

太原市五年來(lái)燃?xì)忮仩t總量情況如圖1所示。

圖1　太原市五年來(lái)燃?xì)忮仩t總量情況

由圖1可知，太原市在用鍋爐數(shù)量五年來(lái)基本保持1 000臺(tái)左右，隨著近年來(lái)氣化山西政策的推行，以及太原市集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)、城中村改造的進(jìn)行，燃?xì)忮仩t數(shù)量正逐年增加，截至2015年，燃?xì)忮仩t已占全市鍋爐總量的45.86%。目前，太原市仍有10 t以下燃煤鍋爐249臺(tái)，根據(jù)《太原市2016年全面改善省城環(huán)境質(zhì)量實(shí)施意見(jiàn)》及相關(guān)規(guī)定要求，2016年太原市建成區(qū)20 t及以下分散燃煤采暖鍋爐將全部清零，20 t以上分散燃煤采暖鍋爐基本實(shí)現(xiàn)清潔供熱替代。顯然，到2016年底，燃?xì)忮仩t的數(shù)量將進(jìn)一步增加。

太原市在用燃?xì)忮仩t節(jié)能措施分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，太原市在用鍋爐運(yùn)行工況測(cè)試的平均熱效率為88.13%。由TSG G0003-2010可知，氣體未完全燃燒熱損失在0.2%～1%之間，也就是說(shuō)氣體未完全燃燒熱損失差距在1%范圍之內(nèi)。而排煙熱損失q2平均值為7.65%，其中最大值為19.7%，最小值為1.55%；散熱損失q5平均值為3.87%，其中最大值為14.5%，最小值1.3%。顯然，散熱損失和排煙熱損失才是影響鍋爐效率的最主要方面。

1.降低鍋爐的散熱損失

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，鍋爐運(yùn)行平均負(fù)荷在額定負(fù)荷的65%～80%之間，其中鍋爐運(yùn)行負(fù)荷最低值為額定負(fù)荷的17.5%，運(yùn)行效率為74%，鍋爐運(yùn)行負(fù)荷低是造成鍋爐散熱損失大的主要原因之一。不同額定出力鍋爐的散熱損失如表1所示：

表1　不同額定出力鍋爐的散熱損失

當(dāng)實(shí)際運(yùn)行出力低于額定出力的75%時(shí)，散熱損失按公式（1）、（2）進(jìn)行修正。

也就是說(shuō)，實(shí)際運(yùn)行出力低于額定出力的75%時(shí)，散熱損失至少為額定出力下的1.3倍，當(dāng)鍋爐容量小于4 t時(shí)，散熱損失將達(dá)到4%以上，對(duì)于燃?xì)忮仩t來(lái)說(shuō)，這個(gè)比例是相當(dāng)大的。

由于企業(yè)在設(shè)計(jì)鍋爐系統(tǒng)時(shí)出于企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)大、用源設(shè)備增多長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的考慮，鍋爐容量往往選取較大，但是受經(jīng)濟(jì)低迷及行業(yè)周期的波動(dòng)，鍋爐出力預(yù)留的裕量不僅得不到利用，甚至鍋爐運(yùn)行長(zhǎng)期、嚴(yán)重的偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，無(wú)法達(dá)到最佳的運(yùn)行工況，這就造成鍋爐散熱損失偏大。

鍋爐容量及數(shù)量的選取，應(yīng)充分考慮熱負(fù)荷需求及其變化特點(diǎn)，選擇不同容量大小或不同壓力的鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)使用，使鍋爐在最佳能效工況下運(yùn)行，最好不低于鍋爐額定出力的75%，當(dāng)熱負(fù)荷波動(dòng)較大且頻繁時(shí)，還應(yīng)當(dāng)采取膨脹罐或其他儲(chǔ)能設(shè)備等均衡負(fù)荷的措施，使鍋爐運(yùn)行負(fù)荷較為平穩(wěn)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。另外，還要注意鍋爐本體及熱力系統(tǒng)的保溫，選擇保溫性能好的導(dǎo)熱性低的材料，減少與周?chē)諝獾膶?duì)流散熱損失。同時(shí)，在鍋爐的鍋殼、煙道、省煤器、管道等部件采用外包保溫材料的方法，不僅可以減少散熱，而且還可以防止鍋爐爐膛和煙道漏風(fēng)。

2.降低鍋爐排煙熱損失

燃?xì)忮仩t排煙熱損失q2可按式（3）進(jìn)行計(jì)算：

由式（3）得出，可采取降低排煙溫度、提高入爐空氣溫度以及降低排煙處過(guò)量空氣系數(shù)的辦法來(lái)降低排煙熱損失。以下將從這三方面分別進(jìn)行分析。

（1）降低鍋爐排煙溫度

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，太原市燃?xì)忮仩t排煙溫度算數(shù)平均值為151.57℃。其中最高值為295.2℃，測(cè)試效率為77.2%；最低值為51.6℃，測(cè)試效率為92.16%，此鍋爐為冷凝鍋爐。在相同情況下，排煙溫度越低，效率越高，不同排煙溫度下對(duì)應(yīng)的效率增加量如表2所示：

由表2可知，當(dāng)排煙溫度在煙氣水露點(diǎn)溫度55.5℃以上時(shí)，吸收的煙氣余熱為煙氣中的顯熱量，排煙溫度每降低10℃可提高鍋爐熱效率約0.5%。特別是當(dāng)排煙溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度55.5℃以下時(shí)，吸收的煙氣余熱包括煙氣顯熱量和水蒸氣的凝結(jié)熱，排煙溫度每降低10℃，可以提高鍋爐熱效率約3.6%，當(dāng)排煙溫度為40℃時(shí)，熱效率甚至可提高14.5%。

表2　鍋爐在不同排煙溫度下對(duì)應(yīng)的效率增加量

在用鍋爐可以在保持鍋爐本體不變的情況下，在尾部加裝噴淋、管板式換熱器等裝置進(jìn)行余熱回收，不僅能起到降低排煙溫度、提高鍋爐效率、節(jié)約能源及鍋爐運(yùn)行費(fèi)用的目的，如果排煙溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度，還能夠?qū)O2、SO2、NOX起到凈化減排的效果。

太原市在用工業(yè)燃?xì)忮仩t總?cè)萘繛?50 t，排煙溫度折算值為151.57℃，如果能夠在鍋爐尾部加裝冷凝設(shè)備，將煙氣顯熱以及大量水蒸氣攜帶的汽化潛熱吸收，使排煙溫度降到50℃，將提高鍋爐效率10%左右，如果按2015年平均運(yùn)行100天考慮，全年共節(jié)省天然氣756萬(wàn)立方，節(jié)省費(fèi)用近2 000萬(wàn)。

但是，加裝換熱裝置會(huì)造成排煙阻力增加、燃燒背壓增大、酸性冷凝水的腐蝕等安全方面的影響，以及增加投資、回收期拉長(zhǎng)等經(jīng)濟(jì)效益方面的因素。只有綜合考慮各個(gè)方面，開(kāi)展鍋爐余熱回收，達(dá)到合理的排煙溫度值，才是最有效經(jīng)濟(jì)的節(jié)能手段。

（2）降低排煙處過(guò)量空氣系數(shù)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，過(guò)量空氣系數(shù)最高值為3.89，最小值為1，平均值為1.56，過(guò)量空氣系數(shù)大會(huì)增加總的煙氣量，使得更多的高溫?zé)煔獗慌抛?；而過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)小，會(huì)造成燃燒不完全，氣體未完全燃燒熱損失增加，甚至造成受熱面發(fā)生積碳現(xiàn)象。選擇合適的過(guò)量空氣系數(shù)即控制燃?xì)夂涂諝獾谋壤蛊溥_(dá)到最佳混合比例燃燒，才是節(jié)能的有效措施。

生產(chǎn)中由于受條件制約，調(diào)試員往往根據(jù)火焰顏色來(lái)進(jìn)行空燃比的調(diào)節(jié)，由于根據(jù)火焰顏色來(lái)調(diào)節(jié)分量的辦法具有很大的主觀性，調(diào)節(jié)的比例往往并不合適，同時(shí)受天然氣來(lái)氣壓力及品質(zhì)的影響，燃空比也在發(fā)生變化，所以，應(yīng)采用煙氣分析法，借助儀器得出的數(shù)據(jù)，來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐燃燒工況，提高鍋爐節(jié)能水平。使用單位可以在尾部煙道加裝氧含量分析儀，通過(guò)對(duì)煙氣中的氧含量的反饋信號(hào)與燃燒機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒機(jī)風(fēng)機(jī)、閥組等元件的控制，使氧含量保持在1.0～1.15之間，起到降低排煙熱損失的作用。

（3）提高鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度

燃燒用空氣溫度越高，則燃燒時(shí)需要從燃?xì)獾玫降臒崃烤驮缴伲焦?jié)能。但是，由于空氣比熱小，傳熱系數(shù)低，煙氣的溫降和空氣溫升基本相同，回收熱量有限，僅為煙氣顯熱的一半。同時(shí)，通過(guò)空預(yù)器來(lái)降低排煙溫度需要較大的傳熱面積，則會(huì)增加尾部金屬消耗和設(shè)備初投資，經(jīng)濟(jì)效益較低。而且，與燃油鍋爐相比，提高空氣的進(jìn)風(fēng)溫度，對(duì)燃燒狀況影響不大。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不建議用戶采用安裝空預(yù)器的辦法來(lái)對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行節(jié)能改造。

結(jié)語(yǔ)

太原市區(qū)燃煤鍋爐將逐步淘汰，未來(lái)太原市在用鍋爐將以燃?xì)忮仩t為主。本文對(duì)燃?xì)忮仩t的使用方面提出了以下建議：

（1）鍋爐房設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷合理選擇鍋爐，避免出現(xiàn)大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)可選擇不同容量大小鍋爐搭配使用，對(duì)于運(yùn)行負(fù)荷變化較大的，宜增加膨脹裝置來(lái)進(jìn)行緩沖，保證鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）鍋爐的排煙損失是鍋爐各項(xiàng)損失中占比例比較大的一項(xiàng)，排煙溫度降低到50℃以下時(shí)，可提高鍋爐效率10%以上，建議設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用冷凝鍋爐，在用鍋爐在尾部煙道加裝特殊換熱器，把排煙中的水蒸氣凝結(jié)下來(lái)，回收其熱量，以此提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。

（3）在用鍋爐應(yīng)采用煙氣分析法對(duì)尾部進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整鍋爐燃燒狀況，使過(guò)量空氣系數(shù)長(zhǎng)期穩(wěn)定處于最佳狀態(tài)，減少鍋爐的排煙熱損失。

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