（热能工程专业论文）新型水火管锅炉先进技术研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 新型水火管锅炉由于具有适于燃煤、结构紧凑、效率较高等优点，得到广泛采用， 在用总容量占我国工业锅炉总容量的半数以上。从1 9 8 3 年至今，经过2 0 多年的深入研 究、探讨改进，对旧型水火管锅炉采用了一系列新技术，使得新型水火管锅炉在节约能 源、提高效率和安全性方面都有很大的提高。 本文主要对其螺纹烟管、混合循环水动力和横梁式链条炉排进行研究探讨： 首先以大连本德锅炉有限公司设计制造的一台型号为d z l i o 5 - 1 0 i1 5 7 0 - ai i 的 1 0 5 m w 新型水火管链条炉排热水锅炉为案例，分别计算分析了螺纹烟管和普通光管的 传热效果，通过两者的比较，验证螺纹烟管技术的优越性和经济性。 然后针对d z l i o 5 一1 0 1 1 5 7 0 一ai i 新型水火管链条炉排热水锅炉的自然循环和混 合循环的水动力特性进行计算比较，对混合循环的经济性和安全性进行探讨研究。 最后探讨鳞片式炉排与美国r i l e y 公司研发的横梁炉排的结构性能，并对大连市某 专业炉排生产企业所设计制造的1 4 m w 鳞片式链条炉排和5 6 m w 横梁式链条炉排进行 了冷态试验和热态试验。结果表明横梁式链条炉排的漏风率、横向配风不均匀系数、风 室风门关闭时的流通率、漏煤率、炉渣可燃物含量、固体未完全燃烧热损失等主要性能 参数，均优于鳞片式链条炉排的试验数据。 关键词：水火管锅炉；螺纹烟管；混合循环；横梁式链条炉排 新型水火管锅炉先进技术研究 r e s e a r c ho na d v a n c e dt e c h n o l o g yo ft h en e w t y p ew a t e r f i r et u b eb o i l e r s a b s t r a c t d u et os u i t a b i l i t yf o rc o a l 、c o m p a c t n e s sa n dh i 曲e f f i c i e n c y ，n e wt y p ew a t e r - f i r et u b eb o i l e r s h a v eb e e na p p l i e ds oe x t e n s i v e l yt h a tt h ec a p a c i t yo fw a t e r f i r et u b eb o i l e r su s e di nc h i n a s i n d u s t r i a lb o i l e r si sm o r et h a nh a l fo ft o t a lc a p a c i t y f r o m19 8 3t ot h i sd a y ，i n - d e p t hs t u d ya n d r e s e a r c ho f2 0y e a r so ni m p r o v i n gt h eo l dt y p ew a t e r - f i r et u b eb o i l e r su s i n gas e r i e so fn e w t e c h n o l o g y ，m a k et h en e wt y p ew a t e r - f ht u b eb o i l e r sh a v eb e e ni m p r o v e dg r e a t l yo n c o n s e r v i n ge n e r g y ，i m p r o v i n ge f f i c i e n c ya n ds a f e t y i nt h i sp a p e r ，s p i r a l l yc o r r u g a t e dt u b e ，c o m b i n e dc i r c u l a t i o na n dc r o s s 百e d e rc h a i nf i r eg r a t e o nt h en e w t y p ew a t e r f i r et u b eb o i l e r sa r es t u d i e d ： f i r s t f o rt h ec a s eo fd z l l 0 5 1 0 11 5 7 0 ai it h e1 0 5m wn e wt y p ew a t e r f i r et u b ec h a i n f i r eg r a t eh o tw a t e rb o i l e r ，w h i c hw a sd e s i g na n dm a n u f a c t u r e db yt h ed a l i a nb e n d eb o i l e r c o ，l t di nd a l i a n ，i tw a sc a l c u l a t e da n da n a l y z e dt h eh e a tt r a n s f e re f f e c t so fb o t hs p i r a l l y c o r r u g a t e dt u b ea n dg e n e r a lt u b e b yt h ec o m p a r i s o n ，t h es p i r a l l yc o r r u g a t e dt u b et e c h n o l o g y s u p e r i o r i t ya n de c o n o m yw a sc e r t i f i c a t e d t h e n ，t h eh y d r o d y n a m i c so fn a t u r a lc i r c u l a t i o na n dc o m b i n e dc i r c u l a t i o nw e r es t u d i e df o rt h e d z l l 0 5 - 1 0 1 1 5 7 0 a i it h e1 0 5m wn e wt y p ew a t e r - f i r et u b ec h a i nf i r eg r a t eh o tw a t e r b o i l e r a n dt h ee c o n o m i ca n ds e c u r i t ys t u d i e so ft h ec o m b i n e dc i r c u l a t i o nw e r ee x p l o r e d f i n a l l y i tw a sr e s e a c h e dw h i c ht h es t r u c t u r a lp e r f o r m a n c eo fb o t hf l a k ec h a i nf i r eg r a t ea n d c r o s s g i r d e rc h a i nf i r eg r a t ed e s i g n e db yu s r i l e yc o m p a n y a n dt h ec o l da n dh o t t e s tw a r e p e r f o r m e do nt h e1 4 m wf l a k ec h a i nf i r eg r a t ea n d5 6 m wc r o s s g i r d e rc h a i nf i r eg r a t ew h i c h b o t hw e r em a n u f a c t u r e db yap r o f e s s i o n a lf i r eg r a t ep r o d u c t i o nc o m p a n yi nd a l i a n t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea i rl e a k a g er a t e ，u n e v e nh o r i z o n t a lw i t ht h ew i n df a c t o r ，t h ef l o wr a t e w h e nt h ew i n dr o o ma i rd a m p e rc l o s e d ，t h el e a k a g er a t eo fc o a l ，s l a gc o n t e n t ，t h eh e a tl o s so f s o l i di n c o m p l e t ec o m b u s t i o na n do t h e rm a j o rp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fa r r i n g t o nf i r eg r a t e ， a r eb e t t e rt h a nt h o s eo ff l a k ec h a i nf i r eg r a t e k e yw o r d s ：w a t e r f i r et u b eb o i l e r s ；s p i r a l l yc o r r u g a t e dt u b e ；c o m b i n e dc i r c u l a t i o n ； c r o s s g i r d e rc h a i nf i r eg r a t e 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：逝至日期：全! 复：笙 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：型 导师签名： 巡年五月业日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1绪论 1 1锅炉的改进发展 1 1 1 锅炉的发展历史 从十八世纪开始，蒸汽逐渐在工业上得到应用，产生了一些原始的工业锅炉和动力 锅炉。二百多年来，随着生产力的不断发展，对锅炉蒸汽的产量、压力和温度不断提出 新的要求，锅炉的类型不断演变，锅炉制造工艺不断改进，锅炉的性能也不断提高。 1 7 7 0 年出现了圆筒型锅炉( 它可以加长圆筒长度来加大蒸发量) ，社会生产力的发展， 很快地对锅炉提出新的要求加大产汽量。因此，人们在圆筒型锅炉的基础上进行了 一系列改革【l 】。 第一个改革方向是在圆筒里面增加受热面。这样就出现了火管锅炉、烟管锅炉，烟 火管锅炉。这些锅炉的共同特点是整个锅炉包围在一个壳体之中，又称为“锅壳式锅炉 ， 高温烟气在火管或烟管中流过，水在管外吸热和汽化。 1 8 0 0 年出现了单火管锅炉和双火管锅炉，即“康尼许 锅炉和“兰开夏”锅炉。从 现在的观点来看，它们存在着许多缺点： ( 1 ) 煤耗大。因为炉膛过于矮小，并且水冷程度太大( 四周钢板都是受水冷却的) ， 煤的燃烧条件很差，所以不能烧劣质煤，烧优质煤也不能完全燃烧，而且冒黑烟；另外， 受热面布置不合理，传热系数小，排烟温度很高，实际运行时锅炉效率只有4 0 , - - - - 5 0 ， 浪费大量煤炭。 ( 2 ) 钢耗大。制造一台2 吨时的兰开夏锅炉所需金属重约2 0 吨，即产生1 吨时蒸 汽，要耗钢材约1 0 吨。 ( 3 ) 占地面积大。一台2 吨时的兰开夏锅炉占地面积约3 0 , 4 0 m 2 。 ( 4 ) 锅壳直径大，钢板厚，制造困难。 ( 5 ) 蒸汽压力和蒸发量的提高受到限制。 ( 6 ) 水容大( 锅炉中盛水量多) ，点火启动慢。 但是它们也有某些可取的优点，这是至今还受到一些用户欢迎的原因。 ( 1 ) 由于水容大，运行中汽压和水位比较稳定，特别适用于用汽不稳定的企业。 ( 2 ) 对给水品质要求不高，清垢比较容易。 ( 3 ) 通风阻力小，可以自然通风。 到1 8 3 0 年左右，火管锅炉进一步发展成为烟管锅炉。用较多的细烟管代替了火管， 以增加受热面和改进传热条件。同时把炉膛移到锅筒下部，四周用砖砌炉墙，使锅炉受 新型水火管锅炉先进技术研究 辐射热。1 8 6 0 年左右又进一步发展成为烟火管锅炉，它是将火管和烟管锅炉结合起来。 机车锅炉、轿车式锅炉都是烟火管锅炉。它保留了内燃型炉膛，在火管的后面加上烟管， 可以不必砌砖墙，钢材消耗量也比火管锅炉大大降低。 烟管锅炉比火管锅炉前进一步，但它本身又带来了新的问题：结构刚性大：烟管、 火管受热不均匀，热膨胀不一致；烟管、火管与管板胀接处容易漏水；烟管内易堵灰， 司炉工必须经常清扫烟管，否则烟风阻力增大，热阻也大大增加；因烟管排列紧密，管 外结垢不易清除：对给水提出较高的要求等。 将烟火管竖起来，就是立式烟火管锅炉。它有占地面积小，运输、安装方便等优点。 但存在受热面积少，排烟温度高，锅炉效率低；水容小，负荷变化时压力不稳定，容易 缺水，蒸发量受到限制等缺点，其出力一般都在1 吨时以下。 第二个改革方向是在圆筒的外面增加受热面。开始加直径稍小些的圆筒，再加钢管。 约在1 8 4 0 年出现了水管锅炉。其特点是水在管内流动，烟气在管外冲刷，可以改 善传热条件，提高锅炉效率，降低钢材耗量。但水管锅炉对给水质量要求较高，必须对 给水进行水处理。最早出现的是整集箱横水管锅炉。水管略带倾斜，两端连接整集箱， 整集箱再与锅筒相连。但整集箱尺寸太大，强度不易保证，后来改为波形分集箱，即 “拔伯葛 锅炉。为了拆换管子及清洗水垢，波形分集箱开有手孔，使制造工艺十分复 杂，金属耗量也有增加。 由于水管横放，水循环很不可靠，易发生爆管事故。1 9 0 0 年以后出现了竖水管锅炉。 开始时使用直水管，胀接在可锅上下锅筒之间。后来发现弯水管更为优越，因为弯管有 一定的弹性，减小温度应力；布置受热面比较灵活、方便；水管从锅筒径向进入，筒本 身不必特制。 因此，弯水管锅炉逐渐发展起来。为了提高蒸发量，最初是增多受热面，进而则增 加锅筒，一直增加到五个、六个锅筒。这样就使锅炉体积增大，金属耗量增加，给制造 上带来不少麻烦。当人们对传热规律有进一步的认识以后，开始增设水冷壁、省煤器和 空气预热器，并使锅筒的数目减少到两个，最后变成单个锅筒。这不仅大量地节省了钢 材，也简化了制造工艺，缩小了锅炉体积，同时使锅炉的安全性增加。 随着锅炉压力的提高，气化潜热逐渐减小，蒸发受热面也逐渐减少，高压锅炉对流 蒸发受热面完全消失，因为炉膛水冷壁辐射吸热量、省煤器吸热量，已满足或超过蒸发 吸热量1 ，省煤器、过热器受热面逐渐增大，最后把部分过热器移入炉膛t 2 1 。 第二次世界大战期间出现了直流锅炉。它取消了锅筒，进一步简化了锅炉的结构， 节约了金属，简化了工艺。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 1 2 国内外锅炉的制造发展 在发电设备制造史上，直到2 0 世纪5 0 年以前，电厂锅炉的发展一直落后于汽轮发 电机，这限制了机组容量的提高。最初电厂采用火管锅炉，这种锅炉容量小，压力低， 效率低，适应不了电厂对动力日益增长的需求，因而被水管锅炉代替。后者与中参数机 组配套水管锅炉，经历了由直水管向弯水管形式的发展，是电厂锅炉发展史上的一大进 步。随着材料、制造工艺、水处理技术、热工控制技术的进步，2 0 世纪3 0 年代，德国 和苏联开始应用直流锅炉；4 0 年代美国开发了多次强制循环锅炉。到8 0 年代，世界上 最大的单台多次强制循环锅炉己可与1 0 0 万千瓦机组匹配；西欧则发展了低倍率强制循 环锅炉，最大的单台容量可配6 0 万千瓦机组。在直流锅炉与强制循环锅炉的基础上， 又出现了混合循环锅炉。8 0 年代世界上最大的单台锅炉是配1 3 0 万千瓦机组的直流锅 炉，这些巨型锅炉满足了大型机组一机一炉单元制( 即单元机组) 的需要。 运行要求对电站锅炉的发展影响很大。为了适应昼夜负荷的变化和周六、周日的停 机，甚至每天都要启停的运行方式的特殊需要，又开发出尖峰负荷锅炉和变压运行锅炉。 中国在5 0 年代前不能制造电站锅炉。1 9 5 3 年成立了第一家锅炉厂( 上海锅炉厂) ， 1 9 5 5 年生产了第一台中国自行制造的中压链条锅炉，蒸发量为4 0 吨时。1 9 5 8 年，哈尔 滨锅炉厂试制成2 3 0 吨时的高压电站锅炉。8 0 年代末己能制造1 0 0 0 吨时的垂直上升 管直流锅炉，为3 0 万千瓦机组和6 0 万千瓦机组配套的电站锅炉。 1 2 我国工业锅炉的现状 1 2 1 我国工业锅炉的分布 工业锅炉是国民经济生活中的一种必不可少的热能动力设备，我国是当今世界燃煤 工业锅炉生产和使用最多的国家，使用广泛，需求数量大，广泛地分布于纺织、印染、 供暖、造纸、酿造等各行各业中。据1 9 9 5 年末统计，全国工业锅炉达5 0 万台、1 2 0 万 蒸吨；近1 0 年每年生产工业锅炉3 - 4 万台、8 - 1 0 万蒸吨；全国工业锅炉装机总量2 0 0 1 年为5 3 万台、1 2 0 万蒸吨。1 9 9 2 - 2 0 0 1 年的1 0 年间，平均每年新增工业锅炉7 2 5 8 台、 2 1 6 9 0 蒸吨【3 1 。 我国是煤炭大国，工业锅炉主要燃料是煤。近十几年来，由于受国家环保政策影响， 以及大型油气田的开发，我国工业锅炉产品结构也随之发生了一些变化，燃油燃气锅炉 所占比例由1 9 9 1 年不足6 ，提高到2 0 0 1 年的1 5 以上；电热锅炉开始出现，少量燃 生物质燃料的锅炉也投入使用；燃煤锅炉按容量所占比例，由1 9 9 1 年的9 0 降至2 0 0 1 年的8 1 0 4 1 。 新型水火管锅炉先进技术研究 但是，我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”，煤炭因其储量大和价格相对较 低，因此预计在本世纪前5 0 年内仍将在我国一次能源构成中占主导地位，我国工业锅 炉仍将以燃煤锅炉为主【5 1 。 根据2 0 0 3 年全国在用工业锅炉分类统计数据，中国六大行政区域在用工业锅炉拥 有量情况见表1 1 【6 】o 由表中可见，2 0 0 3 年统计显示的平均容量为2 3 7 9 m w 台，小于 3 5 t h 的锅炉约占总容量的9 8 9 ，其中大于等于2 0 t h 的不到2 0 ，2 , l o t h 的占7 5 ， 小于等于l t h 的占5 。 表1 1 2 0 0 3 年中国在用工业锅炉按大区分布情况表 t a b 1 1c h i n a si n d u s t r i a lb o i l e r sr e g i o nd i s t r i b u t i o nt a b l ei n2 0 0 3 我国工业锅炉以层燃为主，并且链条炉排锅炉占主导地位，其产量占工业锅炉总台 数的5 2 7 ，占总容量的5 9 ；其次为往复炉排，分别占总台数的2 1 ，和总容量的1 7 ： 再次为固定炉排，约占总台数的1 7 ，总容量的4 ；抛煤机在我国未得到发展，其比 例不足l ；循环硫化床锅炉也正在开始发展，但在工业锅炉中所占比例不高【7 】o 因此，我国目前的工业锅炉主要是以链条炉排锅炉为主。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 2 2 我国工业锅炉特点 我国工业锅炉的特点主要有以下几点： 1 以燃煤为主 我国燃煤工业锅炉的生产和使用量居国际首位，每年工业锅炉燃煤约占我国原煤产 量的三分之一。而在美国，煤炭资源虽比我国丰富，占世界第二位，但燃煤工业锅炉仅 占总量的2 ，其余均为燃油或燃气锅炉。 2 锅炉热效率不高 现阶段，我国的大容量、高参数的电站锅炉机组制造能力己经达到了世界先进水平， 但是在小容量、低参数的工业锅炉方面，却存在着机械化程度低、效率不高等问题。 我国燃煤工业锅炉的设计效率不低，一般为7 2 - - 8 0 。但实际运行热效率大多在 6 0 - - 6 5 ，通常比锅炉产品的鉴定热效率低1 0 个百分点以上，甚至还有热效率在5 0 以下的工业锅炉在运行，而先进国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为8 0 8 5 。我 国工业锅炉年耗原煤四亿多吨，如能将热效率提高到8 0 - - 一8 5 ，每年可节省原煤6 0 0 0 万吨左右，其经济效益是相当可观的i s , 9 】。 从运行上看，也存在着运行管理水平不高，机械化程度低等问题 1 0 , 1 1 】，在发达国家， 已经实现了小锅炉房无人操作【1 2 】，而我国3 0 以上的锅炉还需要人工投煤。 3 在用锅炉数量大、单台容量小、台数持续增长 全国在用锅炉2 0 0 1 年装机总量为5 3 万台、1 2 2 万m w 。其中： ( 1 ) 发电锅炉为6 1 0 0 台，占总台数的1 1 5 ，共计3 8 万m w ( 约5 4 万蒸吨) ，占总容 量的3 1 3 。 ( 2 ) - r 业锅炉为5 3 万台，计8 4 万m w ( 约1 2 0 万蒸吨) ，工业锅炉装机总容量是发电 锅炉装机总量的2 2 倍，而且锅炉装机总量近1 0 年来持续增长【1 3 】。 4 工业锅炉污染严重 由于我国工业锅炉效率不高的特点，加之大都燃用统煤，因而不仅能源资源浪费严 重，而且是大气污染的主要原因。据统计，2 0 0 0 年我国s 0 2 排放总量为1 9 9 5 1 万吨， 其中9 0 为燃煤所造成，工业锅炉的s 0 2 排放量5 0 0 多万吨，约占全国s 0 2 总排放量的 2 1 。华中、华南、西南和东北部分地区成为酸雨污染严重的区域。像广东酸雨频发率 达3 8 7 ，1 7 个城市被国务院划为酸雨控制区，占全省国土的6 3 ，年经济损失超过 4 0 亿 1 5 】。 此外，我国工业锅炉每年向大气排放烟尘6 0 0 8 0 0 万吨，约占全国烟尘总排放量 的3 3 ：此外，还会排出大量c 0 2 气体及n o x 等有害气体，不仅污染大气而且影响全 球温室效应【1 6 j 。 新型水火管锅炉先进技术研究 5 事故率高 至9 0 年代初，锅炉压力容器爆炸事故率仍有0 7 6 ，重大事故率为1 5 2 ，为某 些先进工业国家2 0 年前的l o 倍。 综上，我国的工业锅炉设计能力从无到有，取得了快速的发展，并且设计的容量也 从原来的不到1 吨发展到现在的上百吨，但是在煤种的适应性、污染的降低、材料的节 省等方面与世界先进国家还存在很大的差距。 1 2 3 我国工业锅炉的发展方向 纵观人类开发使用能源的历史可以看到，能源的开发使用是与科技发展密切相关 的。自人类学会使用火以后，首先以较易获得的草木作为燃料，其中也少量利用水能作 为动力。到公元5 0 0 年时，草木燃料的消耗仍占总的9 0 以上，这一时期从远古延续到 中世纪，一般称为柴薪时期，1 8 世纪蒸汽锅炉和蒸汽机发明后，特别在1 9 世纪末蒸汽 发电开展后，煤炭就转为世界主要能源，而世界能源使用时期就进入煤炭时期。自内燃 机发明后，随着飞机、汽车、内燃机车、柴油机轮船和石油发电的纷纷兴起，到1 9 5 0 年 全球石油消费量已超过煤炭，成为世界主要能源。随后，随着天然气的开采和应用，世 界能源使用就转入石油、天然气时期，而核能和水能的开发利用也在逐年增大。总之， 世界能源的利用是逐步从高碳燃料走向低碳燃料，因为低碳燃料产生的c 0 2 少，可减 少c 0 2 造成的温室效应。当然，将来随着全球化石燃料的枯竭，人类的能源使用时期 将从石油、天然气时期转向可持续发展能源( 再生能源和实际上可用之不尽的新能源，如 受控热核聚变能等) 。 当今，按1 9 9 5 年的统计，世界一次能源的消费构成为：石油3 9 7 ；天然气2 3 1 ； 煤2 7 2 ：核能7 5 ；水能2 7 。石油和天然气消费所占的百分数达6 2 8 ，这是典 型的石油、天然气能源时期的能源结构。而我国一次能源消费结构尚停留在煤炭时期， 按1 9 9 5 年的统计，我国煤炭消费比例约为世界比例的3 倍，石油消费比例不到世界的 一半，天然气消费比例不到世界比例的1 1 0 。因此对环境污染较为严重。根据环保总局 1 9 9 7 年公报，今后随着化石燃料，特别是煤碳消费量的大幅增长，如不增加环保投资， 不改进技术，不加强管理，则s 0 2 、烟尘和c 0 2 的排放量到2 0 5 0 年还会比现在增加3 僖 1 7 1 i口0 我国化石燃料的资源以煤为主，石油、天然气和铀的储量均较少，根据统计预测，我 国以煤为主的能源结构在较长时期内尚难以改变，即使到2 0 5 0 年，煤炭在我国能源消费构 成中的比例仍达5 0 以上。 因此燃煤工业锅炉的改进措施还是目前解决问题的关键【1 8 】。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 目前中国在用燃煤工业锅炉的平均热效率偏低，仅为6 5 左右，与设计热效率相差 1 0 - - 1 5 ，与先进国家同类锅炉相差1 5 - - - - 2 0 1 9 1 ，可见节能潜力巨大。 提高燃煤工业锅炉运行效率及节能措施建议： 1 建立健全适应中国社会主义市场经济的燃煤工业锅炉节能监督管理体系 ( 1 ) 组织机构建设 工业锅炉节能工作应有明确的监督管理部门，建立有效的运行监测实施机制。从国 家到地方建立、健全相应的工业锅炉节能管理机构和监督检测机构，并明确、强化或赋 予相应的职能。对于节能管理机构，在现有的基础上进一步明确、强化工业锅炉节能管 理职能：对于新建节能监测机构，可以利用各地节能中心，充分发挥他们的作用。同时， 理顺工业锅炉用能统计体系，开展工业锅炉及供热系统节能技术审查等，并纳入到管理 职能中去。 ( 2 ) 节能管理法规、制度建设 制订类似于锅炉安全技术监察规程那样的锅炉节能技术监察规程，从锅 炉设计制造、运行使用、供热系统设计、安装使用、改造、淘汰等方面提出相应的节能 技术要求； 制订工业锅炉用能统计实施办法，从统计组织体系、统计指标的建立、统计 工作实施、统计结果的处理等方面提出要求； 制订锅炉节能管理条例，对锅炉产品设计、供热工程设计管理，供热产品制 造、市场准入、使用、验收管理等方面以及节能管理部门职能、节能监测管理、节能产 品认证等提出相应要求。 2 推进技术进步，加强节能改造和技术推广 ( 1 ) 推进锅炉科技进步，加强节能科技研究 2 0 l 制订、修订有关节能技术标准和基础技术标准 a 组织修订工业锅炉节能监测方法，提高相关技术指标要求，同时将该标准升格为 强制性国家标准； b 组织制订强制性工业锅炉最低能效标准国家标准和推荐性的工业锅炉能效 标准，前者强制执行并要求产品认证，后者由企业自愿执行并辅之以有关激励政策； c 组织制订锅炉热力计算、烟风阻力计算、水动力计算标准，目前这三种计算均没 标准，设计时往往根据前苏联标准或教科书中的相关内容凭经验计算，有许多小锅炉的 设计甚至不进行相关计算。而这三方面的计算将决定锅炉受热面的布置以及结构型式的 选取，事关锅炉热工性能的发挥，因此需要制定标准加以规范； 新型水火管锅炉先进技术研究 d 制订工业锅炉控制技术条件标准，不断提高工业锅炉控制装置技术水平。目 前中国没有相关标准，燃煤工业锅炉的控制技术和设备的水平仍停留在上世纪8 0 年代 初的水平，模拟、开环控制，不能根据负荷等外界情况的变化进行控制调整。因此制订 相关标准对提高工业锅炉控制技术水平、保证锅炉性能的正常发挥至关重要。 e 组织修订评价企业合格用热技术导则和工业锅炉经济运行标准，提高相 关技术指标要求和可操作性。 加大节能技术和产品开发力度【2 1 】 a 小型锅炉炉内气化和燃烧技术的研究和产品开发。采用在炉膛内将煤转化成煤气 供锅炉燃烧的方式运行，既提高热效率，又减少环境污染； b 层燃链条炉排燃烧设备结构改进和技术水平提高。重点要解决漏煤较多、密封不 严、布风不当、调节不顺等问题； c 研究开发工业锅炉能源审计和效果评估软件及锅炉能源统计分析系统软件，提高 相关工作的效率和科学性； d 燃煤工业锅炉控制技术研究及产品开发。随着控制技术和信息技术的发展，提高 燃烧工业锅炉控制技术水平。实现位式、闭环控制，分别通过蒸汽压力传感器、炉膛压 力传感器、高低水位传感器等对锅炉给煤、供水、鼓引风机挡板进行调节。通过开发优 化集成信息技术、计算机技术、模糊控制技术、变频技术、通信技术等的控制产品和锅 炉专用传感器、监测仪器和执行机构可以实现锅炉的单台控制、集群控制、远程控制并 提高锅炉运行和故障诊断水平【2 2 1 。 ( 2 ) 加强节能改造和节能技术、产品推广 锅炉更新、淘汰 2 0 0 5 - - 2 0 1 0 年和2 0 1 0 - - 2 0 1 5 年分别有约1 4 5 万台、3 4 5 万m w 的燃煤锅炉需要 更新， 2 0 1 5 - - 2 0 2 0 年有约9 5 万台、2 3 万m w 的燃煤锅炉需要更新。这种更新并非是 自然、自觉行为，国家需要制定强制更新政策，对超期且不达标锅炉强制更新，淘汰l t h 及以上固定排锅炉【2 3 】。 节能改造 现应用的节能改造技术大部分是针对链条炉排锅炉的，因此，应对现有的不满足当 前节能要求的燃煤锅炉采用下列措施突出重点，优先改造 2 4 1 。 a 给煤装置。如将斗式给煤改造成分层给煤，一般可提高效率4 5 。该项改造 投资少，见效快，投资回收也很快，从已应用单位的实践中得到充分证明。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 b 炉拱。按照实际使用的煤种，适当改变炉拱的形状与位置，可以改善燃烧状况， 提高燃烧效率，减少燃煤消耗。这项改造可降低炉( 灰) 渣含碳量3 0 - 5 0 ，而且可提 高出力，技改投资半年左右可收回。 c 燃烧系统。近几年，一项旨在降低污染、节约能源的工业锅炉“气、煤混烧 技 术是在炉膛适当部位喷入燃气助燃燃煤。该项技术具有下列优点j 暖炉、点火干净快捷； 锅炉负荷调节范围扩大，避免降负荷损失；由于燃尽率提高和过量空气减少，锅炉热效 率提高；适应负荷快速变化和煤质变化等。因此，该项技术可以在现在或将来有供气源 的地方用于燃煤工业锅炉的改造，节能效果可提高5 1 0 。 d 控制系统。实施燃烧自动调节，包括电动机的变频调速，装设烟气氧量监测仪表， 再配以先进的调风装置，可大幅提高燃烧效率，降低过量空气系数，使锅炉经常处于良 好的运行状态，从而提高锅炉效率，一般可提高2 3 。 e 层燃锅炉改造成循环流化床锅炉。循环流化床锅炉的热效率比层燃锅炉高1 0 1 5 ，而且可以燃用劣质煤；由于可以使用石灰粉在炉内脱硫，因此，不但可以大大减 少燃煤锅炉酸性气体s 0 2 的排放量，而且其灰渣可直接用于生产建筑材料。但它的改造 投资较高，约为购置新炉费用的7 0 ，应慎重决策【2 5 1 。 在供热系统中推广蓄热器。在供热系统采用蓄热器的情况下，锅炉热效率可提高 5 1 0 ，且对系统也有益。 g 锅炉辅机。主要辅机鼓风机和引风机用适当的变频调速技术，按照锅炉的负 荷需要调节鼓、引风量，维持锅炉运行在最佳状况，一方面可以节约锅炉燃煤，另一方 面又可以节约风机的耗电，节能效果甚佳。 3 力口强培训，提高锅炉节能管理和运行操作人员的综合素质【2 6 】 ( 1 ) 加强对锅炉操作人员节能知识和运行技能培训 制定类似锅炉司炉工人安全技术考核管理办法的锅炉司炉操作人员节能技 术考核管理办法，对司炉人员节能技术考核内容，培训、考核的组织、实施全国统一 的工业锅炉经济运行上岗证的发放与管理加以规范； 组织有关节能管理、锅炉研究、运行操作方面的专家制订全国统一的培训教学大 纲，编写全统一的相关培训教材( 包括多媒体教材) ； 在全国建立符合相关要求( 师资要求、机构要求、培训手段等方面) 的培训机构， 并对培训机构、培训质量进行监督； 培训师资，并颁发培训人员资格上岗证； 制定培训规划和年度计划，并分解落实，对各地培训工作纳入部门工作考核内容。 新型水火管锅炉先进技术研究 ( 2 ) 加强锅炉节能管理人员节能知识培训 采用类似上述锅炉操作人员节能知识培训的办法对锅炉节能管理人员进行相关 知识培训，并严格考核； 设立能源管理师，将能源管理师职业的教育和培训纳入国家职业资格认证范围。 今后，凡从事能源管理的人员必须获得相应的职业资格认定。同时国家应在建立节能监 督管理体系时建立能源管理师网络，探讨向重点用能单位派遣能源管理师制度。 4 改善供煤现状，提高工业锅炉燃煤品质 ( 1 ) 确立工业锅炉燃用优质燃料的思想，并通过政策加以体现，严格实施。同时 利用价格杠杆作用，节约用煤： ( 2 ) 建立燃煤加工、分销体系，确保燃煤供应质量。采取像油气、电力那样将煤 炭开采与加工分销分开，各自独立运作。这样国家既可加强对煤炭资源的开采控制，又 可整合煤炭加工资源，吸引资本投入，提高加工能力，保证工业锅炉等设备的用煤质量。 ( 3 ) 从现在起到“十一五”末，在1 3 - 1 2 主要城市成立清洁煤生产加工中心， 在燃煤工业锅炉上推广使用优质燃煤、筛选块煤、配煤、商品煤，今后逐渐推广至所有 城市，以提高燃煤工业锅炉热效率和减少烟尘排放污染【2 7 1 。 5 建立节能激励措施 ( 1 ) 加大财政、信贷对工业锅炉节能工作的支持力度。除了增加节能资金拨款外， 建立工业锅炉节能专项基金，完善有关减免税政策，一方面弥补目前工作锅炉节能资金 的短缺，维持工业锅炉节能机制的运转，另一方面用于鼓励高效工业锅炉的研发、生产、 推广，调动锅炉企业、研究机构、节能服务公司、用户推动节能的积极性。 ( 2 ) 继续根据实际情况推进有关集中供热、热电联产政策的落实，在采暖供热或 用热比较集中的地区，优先采用集中供热或热电联产，到2 0 1 0 年城市集中供热率由2 0 0 2 年的2 7 提高到4 0 。 ( 3 ) 积极推行“合同能源管理”。组织对企业的锅炉运行情况开展能源诊断和能 源审计工作，提出改造方案，按市场运作方式，实行节能效益还贷，达到双赢。 ( 4 ) 通过专业期刊、报纸、网站等媒体，对锅炉制造企业和使用单位进行节能知 识宣传，不断增强节能意识。 ( 5 ) 发挥社会团体在燃煤工业锅炉节能工作中的作用。如在最低能效标准的制定、 节能咨询、宣传培训、节能产品认证、节能政策的前期研究等方面。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 6 ) 设立国家级或部级专项节能奖。每年评选一批在节能领域工作成绩突出的优 秀单位、团体和个人，对具有巨大节能效益的产品和工程项目，给予广泛宣传和表彰奖 励，在全社会营造建立资源节约型社会的浓厚氛围。 可喜的是，近年来国家已经制定了有关锅炉节能减排的战略部署、目标和政策，出 台和完善了一些相关的法律、法规和标准，开展了大量的宣传、行动和试验。但节能减 排工作尤其是锅炉产品的节能减排工作仍需要国家、各级政府和相关企业继续不断加强 和加大工作力度，促进各项规章制度的健全和完善；继续不断加紧和加深对锅炉节能减 排技术的研究和发展，促进能源的有效利用；继续不断加快和加宽对锅炉节能减排技术 成果的推广和应用领域，促进锅炉节能减排工作有效、全面地开展。 1 3 新型水火管锅炉 1 3 1 新型水火管锅炉的产生 水火管锅炉是1 9 6 5 年在上海首先开发的，由于具有适于燃煤、结构紧凑、效率较 高等优点，得到广泛采用，在用总容量占我国工业锅炉总容量的半数以上。前2 0 年采 用的旧型结构对锅炉水质较为敏感，因水质欠佳所导致的管板开裂、锅壳底部鼓包、水 冷壁爆管等事故时有发生【2 引。另外，单台容量不大，最大约为l o t h ( 7 o m w ) 。从1 9 8 3 年开始，新型水火管锅炉采用了一系列新技术： 螺纹烟管、拱型管板、回水引射、自身支承、炉内降尘等，不仅使旧型结构存在的 上述缺点得到了有效克服，并使其优点更加突出：钢材耗量、工艺量、安装量、原始排 尘浓度等也明显下降。另外，单台容量不断增大，国内2 0 t h ( 1 4 m w ) 、4 0 t h ( 2 9 m w ) 、 6 5 t h ( 4 6 m w ) 、8 0 t h ( 5 8 m w ) 等现已投运数百台。目前，国内最大容量的1 2 0 t h ( 8 4 m w ) 也已经投入运行。 水火管锅壳锅炉应用时间相当长，数量又最多，无疑成为我国工业锅炉发展的一个 重要特征。此炉型是我国广大锅炉工作者数十年共同研究开发的结果，不断的更新换代， 逐步发展成为具有中国特色的新型系列锅炉产品【2 9 ，3 0 3 1 , 3 2 】。 1 3 2 新型水火管锅炉结构 根据锅炉容量大小的不同，新型水火管锅炉的结构主要有以下几种： ( 1 ) 单锅壳单层集箱( 1 5 t h 或1 0 5 m w ) 近年来开发出的1 0 5 m w 容量新型水火管热水锅炉结构如图1 1 所示。取消了前 部下降管，回水引射置于两侧下集箱后部的下降管出口处，从而使水冷壁水动力可靠性 得到充分保证。八字烟道使高温管板入口烟温下降以及部分回水充分冲刷高温管板，使 新型水火管锅炉先进技术研究 高温管板可靠性得到充分保证；八字烟道也使锅壳底部避免炉膛高温烟气与炽热火床的 直接辐射，有效的防止了锅壳底部鼓包现象。以上措施使锅炉对水质的适应性明显增大。 小于等于1 5 t h 新型水火管蒸汽锅炉的结构与图1 1 所示热水锅炉大致相同。锅炉 的前部两根下降管也可取消，可使八字烟道出口处的烟气流动不受阻碍3 3 1 。为降低排烟 温度，在锅炉尾部一般增设铸铁省煤器或内螺纹外翅片式铸铁空气预热器【3 4 1 。 图1 17 m w 容量新型水火管热水锅炉结构简图 f i g 1 1d i a g r a mo f7 m w d e wt y p ew a t e r - f i r eh o t w a t e rb o i l e rs t r u c t u r e 卜炉排2 一锅壳3 一拱形管板4 一螺纹烟管5 一下降管6 一回水管7 一下集箱 8 一回水引射9 - ) k 字烟道1 0 - 烟尘沉降室1 卜高温管板冲刷管 ( 2 ) 单锅壳双层集箱( 1 5 t h 或1 0 5 m w 3 0 t l l 或2 1 m w ) 锅炉容量为2 0 t h 或1 4 m w - - 3 0 t h 或2 1 m w 的新型水火管锅炉结构彼此基本相同， 它们与1 5 t h 或1 0 5 m w 容量的锅炉( 图1 1 ) 相比，区别在于八字烟道受热面与水冷壁 受热面之间增设中间集箱，后者与锅壳、八字烟道受热面形成一个组件。增设中间集箱 便于增大八字烟道受热面，从而使高温管板入口烟温与锅炉排烟温度降低。另外，也便 于减少水冷壁管根数，从而提高水速。图1 2 所示为1 4 m w 新型水火管热水锅炉的结构 简图。尽管上部锅壳( 包括其中烟管、水以及外部绝热层等) 的全部重量较大( 达6 5 t ) ， 但由于4 根2 7 3 x 1 0 m m 下降管的支承作用颇大，故取消主钢架采用自身支承方式。其 安全可靠性足可保证口卯。由图1 2 可见，锅炉十分紧凑。2 1 m w 容量新型水火管热水 锅炉的长：宽：高也仅为1 0 4 0 0 ：5 6 1 7 ：7 5 9 0 m m 3 6 】。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 由于螺纹烟管高效传热，热水型锅炉即使水温为1 3 0 7 0 也无需尾部受热面，蒸汽 型仅需增设少许尾部受热面。锅炉热效率达8 0 - - 一，8 2 。由于炉膛空间较大以及炉膛后部 设置烟气转向室，使锅炉原始排尘浓度低于国家环保标准要求。 蛔 # 八5 0 盟o 缈“￥玉婆一 妙溉蕊懈飞 2。么络缺城簿掰l 肖 j 、=鬟 译 j 一 一 上 l | 。k ； 眵 l o ； 躁 口口 泽盏皿 辱 釜 - x 于 口口 纛 l 黧 4 7 9 2 图1 21 4 m w 新型水火管热水锅炉结构简图 f i g 1 2d i a g r a mo f14 m w n e wt y p ew a t e r - f i r eh o tw a t e rb o i l e rs t r u c t u r e 卜螺纹烟管2 一八字烟道3 一上升管 ( 3 ) 三锅壳( 4 0 t h 或2 9 m w l o o t h 或7 0 m w ) 锅炉容量的增大，单锅壳不能满足受热面的布置，为满足设计要求，又考虑便于锅 炉的制造和安装，容量为4 0 t h 或2 9 m w - l o o t h 或7 0 m w 的新型水火管锅炉通常采用 了三锅壳结构，6 3 m w 三锅壳热水锅炉见图1 3 。三锅壳蒸汽锅炉的锅壳间需设置蒸汽 平衡管与水平衡管。 6 3 m w 新型水火管热水锅炉尽管水温为1 5 0 9 0 而且无尾部受热面，锅炉热效率仍 达8 1 以上。由图1 3 可见，锅炉十分紧凑，高度仅为1 2 5 m 。2 9 m w 容量锅炉的长： 宽：高为1 1 3 0 0 ：7 8 7 0 ：8 5 0 0 m m ；4 6 m w 容量锅炉的长：宽：高为1 2 4 4 0 ：1 0 3 6 1 ：1 2 0 8 2 m m 。 近两年又开发出2 9 m w 双锅壳结构，见图1 4 。双锅壳共用4 根0 2 7 3x 1 2 m m 下降 管支承。双锅壳结构进一步节省钢材，锅炉宽度比三锅壳结构也有所减少，另外，蒸汽 型锅炉锅壳间无需设置蒸汽平衡管与水平衡管。 新型水火管锅炉先进技术研究 图1 36 3 1 d w