工业锅炉热损失分析及节能降耗措施

何镜章

【摘 要】工业锅炉在工业生产中作为主要热能动力设备，其供能效率直接影响工业生产的效益，为降低能源的高耗和污染物的排放，文章对如何降低工业锅炉的热量损失以及能源消耗进行分析，并针对性地提出相关节能改造方案。

【关键词】热损失；排烟；未完全燃烧；节能；效益提高

由于工业锅炉的燃烧热效率不高，导致了能源消耗巨大，并产生过多的污染气体。本文通过以正平衡法对锅炉热效率进行测试评定，并以反平衡法测出锅炉各项热损失确定锅炉热效率情况，相互检验两种方法来分析热效率降低的原因，从而对应的提出降低热损的相关措施，得到节约燃料和减轻废气排放的效果。

工业锅炉为工业生产提供工艺蒸汽，是工业生产的必须品。工业锅炉能源消耗和污染排放量都很高，所以我们必须结合锅炉结构、燃烧系统、操作流程、辅助设备、水质、煤种等各方面，做好工业锅炉节能减排工作，减少热损失，提高锅炉热效率，促使锅炉经济运行。

1.工业锅炉（煤粉、层燃）热损失的分析

为了提高锅炉经济性，实际企业锅炉运行中主要考虑锅炉热损失，从性质上讲以两类热损失为主，及未完全燃烧热损失和传热热损失。未完全燃烧热损失又为机械未完全燃烧热损失q4和化学未完全燃烧热损失q3，对于燃煤锅炉中排烟热损失及机械未完全燃烧热损失两项，占锅炉热损失90%以上。锅炉排烟温度是由于高于外界空气温度而造成的热损失，在室燃炉的各项热损失中q2约为4%～8%，q2在排烟温度每增加15℃～20℃时q2增加1%左右，即锅炉热效率降低1%左右。机械不完全燃烧热损失，由于灰中含有未燃尽的碳造成的热损失，通常以降低飞灰含碳量和灰渣含碳量来衡量损失情况。

1.1排烟热损失分析q2（排烟热损失）

理论上对于一定的煤种排烟热损失与排烟空气过剩系数α及排烟温度差有关，并随着排烟温差和过剩系数α增大而增大，空气过剩系数α过大，是由于一次风量过大。

对于层燃锅炉影响排烟温度的因素大致由于锅炉结构、燃烧系统简单，煤层的厚度不匀，局部燃烧工况不合理，燃烧不完全，煤粉颗料不均匀，风量调节失控等原因造成的。

对于煤粉炉影响排烟温度的因素大致包括以下几种情况：（a）受热面积飞灰会引起受热面吸热量下降传热下降，吹灰对降低煤粉炉中空预器内风量减少；（b）空预器传热量下降，导致排烟温度升高。对于受热面积灰的影响，炉膛出口温度正常，而排烟温度明显偏高产生的原因，大致由于下管式空预器积灰和省煤器积灰引起；（c）系统漏风产生的温度效应不同对过剩系数α产生影响。炉膛和制粉系统的漏风，会导致排烟温度上升，另一方面炉膛漏风部位，越接近炉底，会使传热下降。对于水平烟道和尾部烟道漏风，由于对流传热的比例的增大，漏风产生的温度效应不同，最终导致排烟温度下降，产生温降效应。因此，可认为漏风产生的综合影响为排烟温度相对未漏风不变或轻微下降，另一方面漏风由于风室串风、炉门不严、烟道、烟箱、出渣门、吹灰器、煤斗、炉排等情况会造成空气过剩系数α增大；（d）燃料的种类燃烧的配风方式，对提高燃烧效率，是燃料尽可能燃烧完全，对排烟温度的影响也很大。如低负荷时采取集中燃烧的方式，减少一次风速，采用煤粉浓淡分离，改变炉内切圆过小，三次风带粉过多等配合上下层燃烧器热负荷比例等因素，从而降低排烟温度。在高负荷运行，炉膛出口温度偏高或燃烧中心上移产生的排烟温度过高，多属于燃烧原因造成。通常燃烧产生的烟气总容积只与空气过剩系数α有关，随着α增大而增大。炉膛容积热负荷Q随着α增大而减小，随着炉膛平均温度的增加而减小，但燃烧时间越短，炉膛容积热负荷Q越大，炉膛压力越大，炉膛容积热负荷Q越大。此时风量、风速增加、带粉增加，烟气量增加，烟气流速增加，炉内各项热力特性参数增大。对于负荷过大，一般通过一级减温水，流量监控措施，同时炉膛负压过高时，也会造成空气过剩系数α过大。

1.2机械不完全燃烧热损失q4分析（固体不完全燃烧损失）

对于一定的煤种，q4热损失完全取决于飞灰含碳量，灰渣含碳量，降低灰飞含碳量及炉渣含碳量，是减少热损失的一项有效途径。对于煤粉炉而言，影响飞灰含碳量，灰渣含碳量的主要因素有，改善着火燃烧条件，如提高热风温度、风量、煤粉颗粒大小，风煤比系数，煤粉浓度等。煤的挥发分高，着火温度低，着火距离近，燃烧过度和完全燃烧，但容易结焦，挥发性低的煤种，燃烧稳定性和经济性下降，但是同时挥发分增加，灰飞含碳量明显下降。煤粉越细，燃烧时燃尽时间越短，飞灰可燃物含量越小，燃烧越完全。通常煤粉细度R90<10%，细度对飞灰可燃物影响不大，当R90>15%时，飞灰可燃物迅速增大。煤粉浓度（煤粉与空气质量之比），对着火稳定的影响，试验表明煤粉的浓度增加，着火容易，特别是对劣质煤着火总是有利的。煤粉炉中增加一次风量、煤粉浓度、气流温度，在一次风量20℃升至300℃时，着火热可减少60%，升至400℃时，着火热可减少80%。此时，对降低飞灰含碳量和稳定燃烧非常有利。固体（机械）不完全燃烧热损失q4与飞灰比a的关系是飞灰比增加q4增加。

空气动力场的影响，包括入炉总量，氧浓度的分布，均匀度，在实际运行操作中，烟气含氧量一般在3.5%，如果此时空气过剩系数α能低于1.05，及含氧量控制在1%以下，能保证燃烧，此时属于低氧燃烧，低氧燃烧的优点，减少送风量和烟气量，排烟量下降，金属高温氧化的可能性下降，SO2、NO2等的下降，采用合理的稳定的燃烧工况，配分一、二、三次风的风速、风率及均匀性，对于燃烧波动和稳定，可减少燃烧热损失，同时对于排烟温度和排烟量影响很大，同时影响飞灰含碳量，实际运行表明，炉膛负压增大，会造成飞灰含碳量增加。

1.3传热热损失分析

水垢厚度与浪费燃料，对于中小型锅炉水垢厚度增加锅炉热效率下降。锅炉运行空气过剩系数α的最佳值，才能保证燃烧最大可能燃尽，最大限度提高锅炉燃烧效率。锅炉高负荷运行、煤层增厚、炉排速度加快，造成灰渣含碳量增加；低负荷运行时煤层过薄、煤层阻力不均匀，大量空气从煤层中流失，造成燃烧不完全，也会造成灰渣含碳量增加。空气量过大过小都无益，空气过剩系数α过高，火焰温度就会过低，燃烧速度减慢，结果导致传热量减少，同时，烟气量增大，排烟温度增大。

2.综合以上热损失分析对于工业燃煤锅炉

可采取以下措施达到节能降耗的要求：

（a）降低锅炉排烟温度，杜绝漏风减少造成排烟量，合理组织燃烧方式减少燃烧损失，保证锅炉给水品质，改进操作水平，加强管理。

（b）加强绝热保温减少散热损失锅炉对于q2在散热损失中是最大的，大约在6%～20%左右，当排烟温度降低12℃～15℃，散热损失可降低1%左右，对此采取的措施有：避免或减少失热面上的结渣、结灰、堵灰现象。增加或改进尾部受热面，降低排烟温度。灰渣的热阻大约为钢铁的400倍，一般受热面上结灰渣1mm时，需多耗燃料2%～3%，因此，对于松散状结灰可定期吹灰，如长时间对附在管子上的紧密状结灰，由于吸附在烟气中SO2、SO3、水蒸气等硫酸盐和亚硫酸盐等原因，造成不易清理。

（c）避免锅炉在低负荷运行，减少起停次数，锅炉低负荷运行时烟气的流数低，容易造成结灰。减少排烟量，取决于空气过剩系数α和沿程各烟道的漏风量的大小，空气过剩系数α不仅影响q2，且对炉内燃烧q3和q4都有影响，在一定限度内，降低空气过剩系数α，将使q2降低，但q3和q4会增加，所以采取最佳的空气过剩系数α的条件，是使q2+q3+q4的和值为最小时的值。对于中小型链条层燃炉，可改造炉内结构，炉膛布置情况，炉内气流组织，燃烧方式，煤种等。如采用合理的炉拱，将炉膛的后部空气过剩系数α推向前步，在由前后拱形成的“喉口”处与炉膛前部的空气过剩系数α和挥发分混和，促使可燃气体完全燃烧，同时由于后拱低而长可减少燃料层对受热面的直接辐射，保持燃尽阶段的所需要的温度，减少机械不完全燃烧的损失及飞灰量。采用二次风，在炉排上方的炉墙喷入二次风，强化炉内气流扰动和混合，促进燃料及时着火，增加未燃尽颗粒充分燃烧，减少气体飞灰的不完全燃烧损失。优化锅炉燃烧方式，对于煤粉炉如采用低氧燃烧技术，在降低氧含量燃烧时，需要调整热风风压、风量，控制燃烧器燃料混合均匀，使火焰燃烧正常，防止发生煤气脱火现象和回火现象，控制炉内燃烧平衡，降低燃烧速度，提高燃烧温度，达到最佳的工艺操作燃烧效果。通过含氧量操作调整，保持燃料不变的情况下，提高锅炉热效率，减少燃料浪费和废气排发。对于链条炉采用分层燃烧技术，使煤粉颗粒分层均匀，燃烧时燃烧面积增大，热强度提高，改善着火性能和燃烧性能，燃料更加充分燃烧，有效降低炉渣含碳量。改造链条炉为沸腾炉，沸腾炉具有燃烧强度高，传热效果好，每种适应广，脱硫效果好，减少大气污染减排效果好等优点。解决了链条炉中燃烧不完全，煤耗高热效率低出力不足，煤质适应性差，机械故障多等问题。对于锅炉辅机设备，如风机，水泵等采用节能技术。对于送、引风机系统、给水、除尘系统，采用调速控制流量的变频技术进行综合节能改造。

3.结语

工业锅炉是人们生活生产活动中的重要设备，在如今讲究低耗环保的新理念下，必须积极研究工业锅炉的使用，通过新的研究理念，不断实践，从而实现节能减排的目标，降低能源消耗，减少环境污染。 [科]

【参考文献】

[1]齐兵.浅析燃煤工业锅炉节能降耗措施[J].林业科技情报，2011（03）.

[2]孙德刚.燃煤工业锅炉污染物排放特征及节能减排措施研究.清华大学，2010.