浅析影响锅炉效率的因素及提高锅炉效率的措施

2 6 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 浅析影响锅炉效率的 因素及提高锅炉效率的措施 杭州锅炉集团股份有限公司许 慧娟 摘要本文以电站煤粉锅炉为例， 介绍 了影响锅炉效率的 因素和提 高锅 炉效 率的措施 和操 作方 法。 关键词锅炉效率锅炉负荷 电站煤粉锅炉是利用燃料燃烧释放的热 能加热给水 以获得一定参数和品质 的蒸汽 ， 并用以发电的锅炉机组。从能量平衡的观点 看 ， 在稳定工况下， 输入锅炉的热量应等于输 出锅炉的热量 ， 输 出锅炉的热量包括被有效 利用的热量和损失的热量 ， 表示为热平 衡方 程( 1 ) 。 = 口 1 +Q 2 +Q 3 +口 4 +Q 5 +Q 6 ( k J l 【 g ) ( 1 ) 以送 入锅 炉热 量 的百 分率 表示 ， 则 为 ( 2 ) 。 g1+ g 2+ q 3+ g 4+ g 5+ q6= 1 0 0 ( 2 ) 可得出锅炉效率为 =g t= x】 0 o ( ) ( 3 ) 或 = 1 0 0一( q 2+q 3+q 4 +q 5 +q 6 ) ( ) ( 4 ) 其中：q 1 为有效利用热量 ； q 2 为排烟热 损失 ； q 3 为气体未完全燃烧热损失； q 4为固 体未完全燃烧 热损失 ； q 5 为散热损失 ； q 6 为 灰渣物理热损失； ( 3 )式为锅炉效率 的正平 衡表达式 ； ( 4 )式为锅炉效率 的反平衡表达 式 。 1 影响锅炉效率的因素 从锅炉效率的反平衡表达式可以看出影 响锅炉效率的因素主要是 g 2 、 q 3 、 q 4 、 q 5 和 g 6 五项损失 ， 另外锅炉负荷的变化也会造成各 项热损失的波动， 从而影响锅炉效率。下面 分别讨论影响锅炉效率的各个因素。 I I 排烟热 损失 排烟热损失指烟气离开锅炉末级受热面 时带走 的热量 ， 是锅炉各项损失 中最大 的一 项 ， 一般达( 58 ) 。影响排烟热损失 的主 要因素有 ： 排烟温度和烟气容积。 1 ) 排烟温度的高低直接决定着排烟热损 失的大小 。排烟温度越高， 则排烟热损失就 越大。一般排烟温度每升高( 1 01 5 ) 。 ， 就会 使排烟热损失增加 约 1 。可见 ， 适 当降低 排烟温度 ， 有利于提高机组经济性。但是 ， 从 设计方面 ， 如果排烟温度选得过低低于酸露 点温度， 将引起尾部受热面的低温腐蚀 ， 另外 需增加尾部受 热面积金属耗量、 烟气 的流动 阻力增大。在运行方面， 也应该 以设计值为 参考， 调整排烟温度高于酸露点温度 ， 可尽量 取低值以降低排烟损失。影响锅炉排烟温度 的因素主要有以下几个方面。 煤中水分较高会提高烟气的酸露点， 易 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 2 7 产生低温腐蚀 ， 为 防止或减轻对低温受热面 的腐蚀， 最有效的方法就是提高空预器受热 面的壁温 ， 而要提高壁温就要提高排烟温度 和入 口空气温度( 也称为进风温度 ) 。实际中 提高壁温最常用 的方法是提高人 口空气温 度 ， 一般使用 暖风器或热风再循环 。有的电 厂采用加装 暖风器 ， 以用来 提高进 风温度 。 但进风温度升高会使排烟温度也升高， 因而 排烟热损失将增大 ， 而使锅炉经济性 降低。 灰分增加 ， 受热面的沾污和磨损越严重 。 炉管结渣会影响水循 环 ， 造成炉膛 出 口温度 升高。尾部受热面沾污会使排烟温度显著升 高 ， 灰分高的煤发热量低 ， 在相 同负荷情况下 消耗的燃料量会增加 ， 造成烟气量和流速升 高 ， 导致排烟温度及排烟量升高 ， 使锅炉效率 降低。 挥发分减少时 ， 煤粉着火推迟 ， 燃烧的时 间也会增加 ， 造成炉膛 出口温度增加 ， 导致排 烟温度升高 ， 降低锅炉效率。 此外 ， 给水温度 的变化对排 烟热损 失也 有影响。给水 温度 变化 时， 为适 应加热给水 热量的变化 ， 燃料量也将改变。当给水 温度 升高时 ， 省煤器进 口的温压降低 ， 省煤器吸热 量下降使 出口烟温升高 ， 引起排烟温度升高 ， 降低了锅炉效率。但 同时给水温度增加 ， 使 达到额定负荷时给煤 量减小 ， 所 以用户在提 供设计的设计参数 要准确 ， 以使整个锅炉效 率更经济。 2 ) 在排烟温度一定 的情况下 ， 烟气 容积 的大小也对排烟热损失有影响。 烟气容积取决于燃料 的水分 、 炉膛 过量 空气系数及各处的漏风量 。炉膛过量空气系 数在保证不低 于推荐值 的限制 ， 且 能使燃料 充分完全燃烧的前提下， 可尽量取低值， 以利 于减少辅机耗 电率。同时， 应尽 量减少烟道 各处 的漏风量， 以降低排烟损失。 1 2 气体 ( 或化学 ) 未完全燃烧热损失 气体未完全燃烧热损失指燃烧过程中产 生的可燃气体未完全燃烧而随烟气排走所造 成的热损失。影 响的主要 因素有 ： 燃料 的挥 发分 、 炉膛过量空气系数 、 燃烧器的结构和布 置、 炉膛温度和炉 内空气动力工况等。 燃料中的挥发分 多， 炉 内可燃气体 的量 就增多 ， 容易出现不完全燃烧 ， 则 g 3 就 比较 大 ； 炉膛出口过量空气系数过小 ， 可燃气体 因 得不到足够的氧气而无法燃尽时 ，q 增 大； 若炉膛出口过量空气系数过大又会使炉膛温 度降低 ， 而一氧化碳在低 于( 8 0 09 o 0 ) 时 很难燃烧 ， 此时 q 3 也会增大 ； 炉膛结构及燃 烧器的布置不合理 ， 使燃料在炉内停 留时间 过短 或炉 内空气 动力场不好 时，q 3 也会 增 大。这些都将导致锅炉效率的降低。 1 3 固体 ( 或机械 ) 未完全燃烧热损失 q ( 固体未完全燃烧热损失) 是锅炉主 要热损失之一 ， 通常仅 次于排烟热损失。固 体未完全燃烧热损失主要包括灰渣热损失 、 飞灰热损失和漏煤热损失三部分。飞灰热损 失和灰渣热损失指固体碳颗粒在炉 内未完全 燃烧即随飞灰和炉渣一同排出炉外而造成的 热损失。固体未完全燃烧热损失越大则锅炉 效率越低。固体未完全燃烧热损失反映煤炭 燃烧的完全程度 ， 是判断锅炉热效率的重要 指标。影响固体未完全热燃烧的因素包括燃 料的种类和性质、 燃烧设备及炉膛型式、 燃烧 方式、 锅炉负荷 、 运行水平 、 炉膛温度 、 燃料及 空气流的混合等 ， 分析其原因， 主要有以下几 种原因 ： 1 )煤 质经常变化 、 锅炉适应差； 燃 料中 因水分过高或挥发分过低 均会延缓着火 ， 以 至于燃烧结束时碳颗粒还未完全燃尽 ； 碳颗 粒过大也会导致固体碳不完全燃烧。 2 )盲 目改进炉膛结构 ， 造成炉膛尺寸不 当， 飞灰损失大。 3 ) 运行工况不稳定， 负荷变化大。煤层 过厚或者进煤速度过快 ， 碳在炉膛 内来不及 完全燃烧 ； 风煤配 比不合适 ， 不能提供适合碳 充分燃烧的空气量。 4 )炉 膛温 度偏低 ， 不 能维持 良好 的燃 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 烧 o 1 4 散热损失 锅炉运行中， 由于保温材料并非完全绝 热， 锅炉的介质和工质的热量通过炉墙、 烟风 道 、 汽水管道的外表面散发出来， 这部分散失 的热量即表面散热损失。散热损失与炉墙结 构、 保温材料、 散热面环境温度和表面温度等 因素有关。表面散热大小主要是 由锅炉外壁 相对面积及外壁温度所决定的。 1 5 灰渣物理热损失 燃用 固体燃料时 ， 由于从锅炉 中排出的 炉渣有较高的温度( 约( 6 0 0 8 0 o ) ) 而造成 一 定的热损失。q ( 灰渣物理热损失 ) 即炉 渣、 飞灰与沉降灰排出锅炉设备时所带走 的 物理显热占输入热量的百分数 ， 其 大小决定 于燃料的灰分、 燃料的发热量和排渣方式等。 灰渣物理热损失是反平衡测量法热损失 中最小的。降低灰渣物理热损失 ， 要尽可能 地降低灰渣的出炉温度 ， 减少灰渣排放量。 1 6 锅炉负荷变化对效率的影响 锅炉运行的基本要求是保证生产 、 安全 可靠 、 节约能源、 减少污染 。锅炉铭牌上所标 的蒸发量称之为额定蒸发量 ， 是指锅炉在额 定参数下最大的连续产汽量。锅炉的设计效 率， 是指锅炉在适用燃料的范围内， 在额定蒸 发量下稳定运行所能达到的效率。锅炉的运 行效率与负荷有关 。如果锅炉的出力低 于额 定的蒸发量 ， 由于燃料的消耗量和供入量 的 减少 ， 炉内传热发生变化 ， 使各项热损失所占 的百分 比也都 发生变化。在设计合理、 运行 正常的情况下 ， 负荷降低在( 8 5 1 o 0 ) 范 围 内以后， 气体 与固体未完全燃烧的燃料将会 增加 ； 排烟热损失在维持原有 的过量空气系 数下 ， 由于排烟温度低而有所减少 ， 锅炉效率 变化不大或仍有增加 。这就是说锅炉热效率 是在额定蒸发量或附近 ， 最佳效率 区大约在 额定蒸 发 量 的 ( 8 51 0 0 ) 范 围 内。低 于 8 0 的负荷下运行或短时超出 1 0 0 的负荷 运行 ， 锅炉效率都将下降。 锅炉低负荷运行时， 燃煤量减少 ， 炉内温 度低 ， 使燃烧工况变差 ， 未完全燃烧损失会增 大， 当锅炉负荷很低时 ， 因炉内温度下降幅度 很大 ， 会难 以维持炉内稳定的燃烧。当锅炉 本身出力不足， 达不到额定蒸发量时， 锅炉效 率也往往下降。还应当引起注意的是， 在使 用品质低于设计值 的燃料时， 锅炉效率随负 荷的减小而下降的趋势 ， 将更加严重。 对锅炉运行效率影响的另一个方面是负 荷的波动。锅炉工况的频繁变化， 会直接影 响燃烧过程的稳定及其经济性。 负荷的变化对锅炉运行经济性的影响主 要反映在两个方面 ： 一是燃烧调整滞后， 来不 及适应负荷的变化， 往往造成煤风比例失调 ； 二是为 了适应负荷 的变化， 燃烧工况处于非 稳定状态， 燃烧调整失控 ， 造成燃烧效率显著 下降。 2 提高锅炉效率的措施及操作方法 在发电设备 的运行中， 总是希望能设法 提高锅炉的热效率 ， 降低燃料的消耗量 ， 使锅 炉的热经济性达到较高的程度 。那么如何来 提高锅炉的热效率 ， 还是应从 锅炉的热平衡 方程来人手。从热平衡计算热效率的方法 中 可以看出， 努力设法减小锅炉的各项热损失 ， 尽力提高可利用 的有效热量 ， 是提高锅炉热 效率 的有效途径 。 2 1 降低排烟热损失 锅炉排烟温度是反映锅炉设计 、 运行状 况及设备健康水平的综合性参数 。在锅炉运 行 中， 操作不 当引起排烟温度升高或排烟量 增大， 都会增加排烟热损失 ， 使锅炉热效率下 降。运行中降低排烟热损失可从以下几方面 分析考虑。 2 1 1 防止 受热面结 渣和积 灰 由于熔渣和灰 的传热系数很小 ， 锅炉受 热面结渣和积灰 ， 会增加受热面的热阻。同 样大 的锅炉受热面积 ， 如果结渣和积灰， 传给 工质的热量将大幅度减少， 受热面的利用率 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 2 9 降低， 造成炉内和各段烟温升高， 从而使排烟 温度升高。运行中， 合理调整风、 煤粉配合 ， 调整风速和风率 ， 避免煤粉刷墙 ， 防止炉膛局 部温度过高， 均可有效地 防止 飞灰粘结 到受 热面上形成结渣。在锅炉运行中应采用科学 先进的吹灰装置和技术定期对受热面进行吹 灰和及时除渣 ， 可防止或减轻 积灰、 结焦 ， 从 而保持排烟温度正常。 2 1 2 设计 中合理考虑送风机入 1 ：7空气温 度 锅炉运行中 ， 送风机入 口空气温度高 于 设计值时， 会减小空气预热器的传热温压， 使 传热量减小 ， 排烟温度升高 。当送风机人 口 风温升高较多时 ， 空 气预热器 出 口风温也会 有所升高 ， 虽然可以提高炉内烟气温度上升 ， 但是导致排烟温度升高。锅炉在夏季取用炉 顶空气时 ， 送 风机入 口空气温度可能会高 于 设计值 ， 从 而造成排烟温度升高 。所 以设计 中应考虑人炉空气温度升高与排烟温度升高 对锅炉热经济性 的影响 ， 合理地进行调整设 计受热面， 使锅炉的经济性得到提高。 2 1 3注 意给 水 温度 的影 响 锅炉给水温度降低会使省煤器传热温压 增大 ， 省煤器吸热量将增加 ， 在燃料量不变时 排烟温度会降低。但是 ， 如果保 持锅炉蒸发 量不变 ， 由于省煤器出 口水温有所下降， 蒸发 受热面所需热量增大 ， 就需增加燃料量 ， 使锅 炉各部烟温 回升。这样 ， 排烟温度同时受给 水温度下降和燃料量增加两方面的影响。一 般情况下 ， 如果保持锅炉负荷不变 ， 排烟温度 将会降低 。但利用降低给水温度来降低排烟 温度的方法并不 可取 ， 因为降低排 烟温度虽 然有可能使锅炉效率提高 ， 但在额定 负荷下 ， 会使给煤量增大 ， 电厂 的热经济性将会降低 。 2 1 4 降低炉本体漏风 ， 减少一次风 中冷风 含 量 炉本体及制粉系统漏风是排烟温度升高 的主要原因之 一， 在炉膛 出 口过量空气 系数 不变的情况下 ， 炉膛及制粉系统漏风将使送 风量下降， 空气预热器的传热系数下降。送 风量下 降又使空气预热 器出 口热风 温度升 高， 传热温压下降。传热系数及传热温压的 下降均使空气预热器的吸热量降低， 导致排 烟温度升高 。 另外， 空气预热器前部 的烟道漏风也使 烟温下降， 传热温压降低， 使受热面的吸热量 下降 ， 排烟温度升高。所以应采取有效措施 ， 降低本体漏风。对处于运行状态下的制粉系 统 ， 应尽量减少冷风用量 ， 增加热风用量。在 保证安全的前提下保持较高的磨煤机出入 口 温度。 采用合理的一次风速。制粉系统乏气使 用的干燥剂为热风加冷风 ， 当一次风率增加 时 ， 为控制磨煤机出口温度不超限， 必然使冷 风量增加 ， 这样 ， 在炉膛出 口过量空气系数不 变的前提下 ， 流过空气预热器 的热风量将减 少 ， 排烟温度升高。降低一次风率 的方法是 随负荷不 同而增减燃烧器。停用部分燃烧器 后 ， 不仅可减少一次风率而且能使火焰集 中 而且能提高火焰 中心高度 ， 对于低负荷运行 ， 这样做也能起到稳定燃烧的作用 ， 停用燃烧 器的顺序应 自下而上 。 2 1 5 降低炉膛火焰中心高度 提高单 台磨煤机 的出力 ： 在相 同的负荷 下， 尽可能提高磨煤机出力， 减少磨煤机运行 台数 ， 尽量使上层 的不投入 ， 降低炉膛火焰 中 心， 提高煤粉在炉膛内停留时间， 降低炉膛出 口烟 温 。 合理提高磨煤机 出口温度 ： 提高磨煤机 出口温度 ， 这不仅能加强空气预热器换热的 效果 ， 还可以使进入炉膛的风粉混合物温度 提高， 有效地降低排烟温度。磨煤机出口温 度提高 1 0 ， 可降低排烟温度 2 o c 左右。考 虑制粉系统 的安全 ， 将运行磨煤机的出 口温 度严格控制在 8 0左右。 通过塔型配风、 倒塔 型配风、 锯 型配风 、 平衡配风、 楔型配风等手段 ， 以及改变煤粉细 度 的方法 ， 改变炉膛 内火焰中心的位置 ， 改变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 辐射吸热量和对流吸热量的 比例 ， 从而达到 调整排烟温度的目的。 2 1 6 调整 制粉 系统运 行方 式 通过改变单侧吸、 送风机出力 ， 改变热风 再循环等方法 ， 改变各粉层 、 不同制粉的二次 风量进行调整。 2 1 7 降低排烟量 ， 减少排烟热损失 炉膛出口氧量的变化对排烟温度无太大 影响， 但出口氧量的增加会使 烟气 的过量空 气系数增加 ， 排烟量增加 ， 使 排烟热损失增 加。因此， 适当降低炉膛 出口氧量对减少排 烟量、 提高锅炉效率有一定好处。沿烟气流 程各处烟道的漏风 ， 会影响排烟的过量空气 系数， 影响排烟热损失。要想控制排烟温度 在经济排烟温度下运行 ， 关键就是要找到送 风量与排烟温度间的平衡关系 ， 也就是要控 制过量空气系数。对于排烟热损失， 固体 、 气 体未完全燃烧热损失之和最小值称为最佳过 量空气系数。这一数值能保证较高的锅炉效 率。 通过改变一、 二次风参数 ( 如： 调整空气 预热器出口压力等) ， 改变炉膛内火焰长度及 烟气在炉膛 内的滞 留时间， 进行排烟温度 的 调整 。 另外 ， 运行时要保证排烟温度不过低 ， 避 免出现过于严重 的低温腐蚀。在异常工况下 (如高加未投入， 使给水温度降低 ， 造成排烟 温度偏低很多 )， 应及 时通过开大热风再循 环挡板开度、 投入锅炉暖风器等手段来提高 空气预热器入 口冷空气以保证金属管壁温度 在较高的水平上， 避免出现严重的低温腐蚀 。 2 2 降低 固体未完全燃烧热损失 2 2 1 合 理调整 煤粉 细度 煤粉细度是影响灰渣可燃物的主要 因素 之一。对于不 同的燃煤煤种 ， 其合理的煤粉 细度也不同。理论上讲， 煤粉越细 ， 燃烧后的 可燃物越少 ， 有利于提高燃烧经济性。但煤 粉越细， 受热面越容易粘灰， 影响其传热效 率 ， 而且制粉系统 电耗升高。但是煤粉过粗 ， 炭颗粒大， 很难完全燃烧， 飞灰可燃物含量将 会大大升高。所以， 应选择合理 的煤粉细度 值来降低固体未完全燃烧热损失， 以提高锅 炉效率。 2 2 2 控制 适量 的过量 空 气 系数 碳颗粒的完全燃烧需要与足够的氧气进 行混合 ， 送入炉内的空气量不足， 不但会产生 不完全燃烧气体 ， 还会使碳颗粒燃烧不完全。 但空气量过大 ， 又会使炉膛温度下降 ， 影响碳 颗粒的完全燃烧。因而过量空气系数过大或 过小均对碳颗粒的完全燃烧不利。合理的过 量空气系数应通过燃烧调整确定。 2 2 3重视 燃 烧调整 锅炉炉膛内燃料燃烧 的好坏， 炉膛温度 的高低， 煤粉进人炉膛时着火的难易， 对飞灰 及灰渣可燃物的含量有着直接的影响。炉膛 内的燃烧工况不好就不会有较高 的炉膛 温 度。煤粉进入炉膛后 ， 没有足够 的热量预热 和点燃 ， 必将推迟燃烧， 增加飞灰的含碳量。 要使炉膛内燃烧工况正常， 为煤粉创造较好 的着火条件 ， 需对燃烧器的风率配比、 一次风 粉浓度及风量进行调整， 掌握燃烧器的特性 ， 使锅炉燃烧处在最佳状态。所 以说， 重视燃 烧工况的科学调整是减少固体未完全燃烧热 损失很重要 的方面。 2 2 4 保证 锅 炉燃煤 质量 燃料的灰分越少， 挥发分越多， 则固体未 完全燃烧热损失就越小 ， 因此应尽量燃用灰 分少的煤， 保证煤的灰分含量不大于 1 4 。 2 3 降低气体( 或化学 ) 未完全燃烧热损失 气体( 或化学) 未完全燃烧热损失主要是 一 氧化碳气体未彻底燃烧随烟气排出而产生 的热损失。锅炉运行中应监测炉膛出口一氧 化碳含量 ， 合理调节风量 ， 降低排烟中一氧化 碳 的含量， 以降低气体未完全燃烧热损失。 过量空气系数对气体未完全燃烧热损失 影响很大 ， 过量空气系数过小 ， 将使燃烧因氧 量不足而增大气体未完全燃烧热损失 ， 过大 则会降低炉膛温度 ， 也会使气体未完全燃烧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 3 3 1 热损失增大。因此在锅炉运行 中， 要保持一 定 的过量空气 系数 ， 有较高的炉膛温度 ， 使燃 料与空气充分混合 ， 延长烟气停留时间， 促进 烟气 中可燃物燃尽。 2 4 降低 散热损失 锅筒、 联箱、 管道、 构架等保温 良好 ， 周 围 空气的温度高则散热损失小。 锅炉负荷越低 ， 相对散热损失越大 ， 这是 由于炉膛面积并不 随负荷 的降低 而减小 ， 同 时， 炉壁温度降低 的幅度也赶不上负荷降低 的幅度 ， 所 以散热损失与锅炉负荷近似成反 比变化。因此锅炉运行中， 要根据负荷情况 合理调整锅炉运行台数， 使锅炉运行在经济 负荷区(负荷率为( 8 51 o o ) )内。 加强维护保养 ， 整修锅 炉本 体及管道保 温层 ， 减少热量损失。消除供 热系统 中阀 门 和接头处的跑、 冒、 滴 、 漏现象 。在锅炉辐射 段喷涂高温远红外涂料 ， 提高炉膛吸热能力 ， 降低损失。 2 5 降低 灰 渣物 理 热损 失 若燃料 中的灰分 含量大 ， 则 灰渣物理热 损 失 就 大 ， 因此 要 控 制 燃 煤 灰 分 不 大 于 l 4 。 降低灰渣物理热损失 ， 要尽 可能地降低 灰渣的出炉温度 ， 减少灰渣排放量 。 2 6 减少 负荷波动对锅炉 运行 经济