初 旭

（中國(guó)石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

采取各種技術(shù)手段提升鍋爐熱效率是永恒不變的話題，只有提升熱效率，才能滿足日益嚴(yán)格的排放要求，才能提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。提高鍋爐的熱效率需要應(yīng)用熱平衡原理分析鍋爐的燃燒與熱損失，了解鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)影響熱效率的因素進(jìn)行優(yōu)化，使各項(xiàng)因素向著提高鍋爐熱效率的方向轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)提升鍋爐熱效率的目的。

1 鍋爐運(yùn)行熱效率的相關(guān)概述

1.1 鍋爐熱效率

鍋爐的效率是指燃料燃燒總熱量中鍋爐有效利用熱量所占的百分比。一般運(yùn)用熱平衡原理進(jìn)行分析，全面分析熱損失的組成成分，熱損失減少了，有效利用的熱量就增多了，鍋爐熱效率就得以提升。因此，提升鍋爐熱效率的有效辦法就是降低鍋爐的熱損失，只有采取各種科學(xué)辦法降低鍋爐的熱損失，才能促進(jìn)鍋爐熱效率的提升，解決目前的能源矛盾。

1.2 熱損失

本文涉及的熱損失是指燃料燃燒產(chǎn)生的能量中沒(méi)有被鍋爐有效利用的那一部分熱量。導(dǎo)致熱量損失的原因較多，燃料燃燒不完全、高溫?zé)煔鈳ё邿崃?、灰渣損失、鍋爐散熱等因素都能導(dǎo)致熱量的損失，其中又以燃燒不完全與高溫?zé)煔鈳ё邿崃克斐傻挠绊懽畲?，能達(dá)到總熱量的30%左右。因此，對(duì)造成鍋爐熱損失的因素進(jìn)行分析，并采取有效措施是十分必要的。

2 降低熱損失提高鍋爐熱效率控制因素

2.1 鍋爐散熱損失

鍋爐在實(shí)際使用過(guò)程中，不可避免地與外部環(huán)境進(jìn)行熱量交換造成散熱損失，鍋爐散熱量的多少與制造鍋爐的材料密切相關(guān)，不同材料的保溫性能有較大差異，只有對(duì)不同材料的保溫性能進(jìn)行深入分析，才能設(shè)計(jì)出更合理的鍋爐布局，降低鍋爐散熱損失。燃料在鍋爐內(nèi)部燃燒，使鍋爐內(nèi)部的溫度大大高于鍋爐外部的溫度，就與外部環(huán)境形成熱傳導(dǎo)，使用導(dǎo)熱性差的材料對(duì)鍋爐進(jìn)行保溫或提高鍋爐的密閉性都能有效降低鍋爐散熱?，F(xiàn)階段，我國(guó)廣泛使用的鍋爐中，很多存在密封不良的情況，這對(duì)于提高我國(guó)鍋爐的整體性能非常不利。

2.2 鍋爐排放引起的熱損失

在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，隨著煙氣排放而散失的熱量也是造成鍋爐熱損失的原因之一，必須對(duì)其加以控制。鍋爐排放控制也是提高鍋爐熱效率的主要手段，應(yīng)該根據(jù)鍋爐的使用需求，選擇合理的排放技術(shù)。隨著煙氣散發(fā)的熱量會(huì)引起鍋爐內(nèi)部壓力的變化，當(dāng)鍋爐內(nèi)部充滿煤粉或燃?xì)鈺r(shí)，通過(guò)燃料的燃燒產(chǎn)生熱量，除有效做功的熱量外，有一部分熱量會(huì)留存在煙氣或爐渣內(nèi)，但鍋爐的持續(xù)運(yùn)行需要及時(shí)清除煙氣和爐渣，以保障鍋爐內(nèi)的壓力維持在一個(gè)安全的數(shù)值，不可避免會(huì)帶走一部分熱量，這應(yīng)引起技術(shù)人員的重視。

2.3 燃料燃燒不充分造成的熱損失

燃料的燃燒是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，燃料的燃燒效果不僅取決于燃料自身的性質(zhì)，還取決于燃燒條件。外部條件發(fā)生變化時(shí)，燃料的燃燒也會(huì)發(fā)生很大變化，所釋放的熱量有很大差距，研究鍋爐熱損失時(shí)，有必要研究燃料燃燒不完全這一因素。沒(méi)有充分燃燒的煤粉隨著煙氣排放到大氣中，會(huì)形成一定的熱損失，鍋爐內(nèi)空氣供給不足、燃料質(zhì)量差或煤粉分布不均勻等也會(huì)造成燃燒不完全，這些未燃燒完全的燃料會(huì)隨著煙氣排放或爐渣清理而損失，降低鍋爐的熱效率。

3 提高鍋爐運(yùn)行熱效率的重要措施

降低鍋爐熱損失才能提高鍋爐的熱效率，符合節(jié)能減排要求，必須對(duì)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行分析，找到有效提高鍋爐熱效率的措施。在這一過(guò)程中要積極尋求理論支撐，從影響鍋爐工作效率的各方面因素入手，有針對(duì)性地做出優(yōu)化，才能真正提高鍋爐的熱效率，推動(dòng)鍋爐在各項(xiàng)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.1 降低排煙熱損失

排煙熱損失是鍋爐熱損失的主要組成部分，在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，降低排煙熱損失是有效提升鍋爐熱效率的方法之一，采取各種科學(xué)手段降低排煙熱損失是提升鍋爐熱效率的首選途徑，應(yīng)當(dāng)給予高度重視。降低排煙熱損失應(yīng)從以下3 個(gè)方面做起。

（1）控制排煙溫度。在煙氣排入大氣之前盡量完成熱量交換，在實(shí)際使用中嚴(yán)禁用戶私自改造鍋爐，以免造成鍋爐密封性下降的問(wèn)題。如果因鍋爐密封不嚴(yán)而導(dǎo)致煙氣泄漏，勢(shì)必提升熱量損失，要立即檢查排煙系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并及時(shí)修復(fù)。

（2）提高熱交換區(qū)的面積，控制熱交換設(shè)備的導(dǎo)熱系數(shù)。如果鍋爐內(nèi)部結(jié)渣現(xiàn)象嚴(yán)重，會(huì)大大降低換熱表面的導(dǎo)熱系數(shù)，使排煙溫度升高，這時(shí)應(yīng)及時(shí)清理爐渣，使換熱設(shè)備的導(dǎo)熱系數(shù)維持在優(yōu)良的數(shù)值內(nèi)。因此在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)處理影響熱交換的問(wèn)題。

（3）換熱管結(jié)垢要及時(shí)清理。導(dǎo)致?lián)Q熱管結(jié)垢的因素有很多，鍋爐內(nèi)循環(huán)水的酸堿值不合適，水中含有的金屬離子過(guò)多都能加速換熱管結(jié)垢，因此要定期清理?yè)Q熱管污垢，維持換熱管熱交換效率在一定的數(shù)值內(nèi)，使鍋爐內(nèi)的煙氣能充分交換熱量。對(duì)爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行管理，送風(fēng)不合理會(huì)影響鍋爐內(nèi)的燃燒，煙道漏風(fēng)也能影響鍋爐內(nèi)的燃燒，要定期檢查送風(fēng)系統(tǒng)與煙道是否存在問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，保障爐膛內(nèi)始終處于高效燃燒狀態(tài)。

3.2 避免燃料燃燒不完全造成的熱損失

燃料燃燒不完全是造成熱損失的主要原因之一，燃料燃燒不完全將會(huì)產(chǎn)生更多的爐渣和煙塵，不僅加大了對(duì)環(huán)境的污染，也使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒環(huán)境變差。要避免燃料燃燒不完全的現(xiàn)象，就要對(duì)爐膛溫度進(jìn)行有效控制。一般爐膛出口溫度應(yīng)達(dá)到800 ℃以上，并且在燃燒過(guò)程中需要加入一定的水分，才能有效促進(jìn)燃燒，使燃料燃燒更加完全。提高燃料與空氣的混合程度，也能有效提高燃料的燃燒率。在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)采用更加科學(xué)的爐內(nèi)結(jié)構(gòu)來(lái)促進(jìn)燃料的燃燒，并對(duì)燃燒狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)，使送風(fēng)量、吹煤量、排渣速度3 項(xiàng)指標(biāo)相互適應(yīng)，一旦指標(biāo)匹配不好就會(huì)造成燃料燃燒不完全。

3.3 降低氣體不完全燃燒的熱損失

氣體不完全燃燒就無(wú)法釋放全部的熱量，降低鍋爐的熱效率。在提升鍋爐熱效率優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮氣體的燃燒率，采取積極手段提高氣體的燃燒程度：①對(duì)空氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燃料與空氣的混合狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)，采取分層燃燒的方式，使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒更加完全；②采取有效措施延長(zhǎng)煙氣的停留時(shí)間，使氣體有足夠的時(shí)間完成燃燒；③對(duì)爐膛內(nèi)的燃燒狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控，準(zhǔn)確測(cè)量鍋爐散熱量與水溫，在鍋爐外層采取有效的保溫措施，從而全方位提升鍋爐的熱效率。

4 實(shí)例分析

4.1 吸收式熱泵設(shè)計(jì)參數(shù)

某工程要求排煙溫度超過(guò)60 ℃，其實(shí)際排煙溫度可達(dá)70 ℃，排煙速度符合設(shè)計(jì)要求，基本符合溴化鋰吸收式熱泵的使用條件，因此可采用這種方式設(shè)計(jì)鍋爐的熱量回收裝置，最終確定的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：制熱量4000 kW，最終煙氣溫度28 ℃，整體冷卻能力超過(guò)144 ℃。

4.2 換熱量及熱能轉(zhuǎn)換率

熱能轉(zhuǎn)換效率是熱泵的主要性能指標(biāo)，也是熱泵檢驗(yàn)指標(biāo)。為了達(dá)到需要的轉(zhuǎn)換率，需計(jì)算出鍋爐熱交換總量與各分機(jī)構(gòu)的熱交換量，這里的熱交換總量是指熱泵最終有效轉(zhuǎn)化的熱量。在熱泵兩側(cè)分別加入不同流體，在管殼熱交換器中實(shí)現(xiàn)熱量的交換，熱量由煙氣高溫測(cè)向低溫測(cè)交換介質(zhì)傳遞，以實(shí)現(xiàn)熱量的回收。最終冷凝器將回收的熱量返回到鍋爐水中，實(shí)現(xiàn)熱量的完整循環(huán)。各換熱機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)見(jiàn)表1、表2。

表1 冷凝器（管殼式換熱器）性能數(shù)據(jù)

表2 蒸發(fā)器（管殼式換熱器）性能數(shù)據(jù)

蒸發(fā)器一側(cè)的水溫大大高于管殼另一側(cè)冷卻介質(zhì)的溫度，從而誘導(dǎo)它們以較快的速度進(jìn)行熱量傳遞，實(shí)現(xiàn)熱量交換的目的。循環(huán)水的熱量被冷卻介質(zhì)吸收后，傳遞到熱泵中，由熱泵進(jìn)行熱量循環(huán)。冷凝器內(nèi)的情況與之類似，管殼外的冷卻劑流經(jīng)熱交換器時(shí)吸收鍋爐水的熱量，使水蒸氣放出的熱量產(chǎn)生相變，并且由鍋爐水吸收這些熱量，形成熱量的完整循環(huán)。

5 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐熱損失包含的因素很多，只有從影響鍋爐熱效率的因素出發(fā)，采取針對(duì)性的措施，才能有效提升鍋爐的熱效率。通過(guò)本文的論述可以看出，鍋爐熱效率不僅取決于燃料的燃燒程度，也取決于鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)。因此在提高鍋爐熱效率時(shí)，要從降低排煙熱損失、避免燃料燃燒不完全造成的熱損失、降低氣體不完全燃燒的熱損失等3 個(gè)方面出發(fā)，進(jìn)行鍋爐結(jié)構(gòu)與設(shè)備的優(yōu)化，提升鍋爐管理水平，才能最大限度提升鍋爐熱效率，滿足節(jié)能減排的要求。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，相關(guān)企業(yè)應(yīng)遵循熱平衡原理，從鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況出發(fā)，有針對(duì)性地采取各種措施降低鍋爐的熱損失，對(duì)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行全方位把控，才能真正提升我國(guó)鍋爐運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。