锅炉节能型炉拱改造及其应用.docx

工作研究锅炉节能型炉拱改造及其应用张昌泰上海中远化工有限公司上海200431)(低燃煤的消耗, 从而提高经济效益, 降低成本。因此,提出对炉拱进行节能改造。0前言中远化工有限公司合成氨厂热力车间原为 TDI项目配套而建设, 现有 4 台 SHL 20- 1.27(2.45)/270 (400)- A锅炉, 蒸汽生产能力 80 t/h、270 过热蒸 汽。由于种种原因, 原 TDI 厂关闭, 现生产能力明显 过剩, 2003 年配合吴淞工业区环境综合整治, 进行 了集中供热管网建设。现蒸汽产品除向中远公司所2目前炉拱存在的问题及原因链条锅炉在实际运行中普遍存在几个方面的问 题:( 1)( 2) ( 3)锅炉出力不足, 压力烧不上去;炉渣含碳量较高, 锅炉热效率较低,煤耗大;煤种适应性差, 遇到劣质煤和下雨天, 往往属企业供应外, 2004 年起,供汽。向吴淞工业区 A 网用户难于着火, 使得工人劳动强度大大增加。这一问题,对煤炭供应基本上靠外运的省份来说, 尤其突出;( 4) 烟囱冒黑烟, 造成环境污染, 也增加了锅炉 热损失。造成这些问题的主要原因是炉拱设计不合理。 过去我国一直沿用传统的“反射”观点来设计炉拱,近来, 由于煤炭的不断涨价, 导致供汽成本不断提高。降低成本, 提高锅炉的热效率, 已成为当务之 急, 在能源日益紧张的今天, 提高燃煤利用率已成为 发展方向。为此, 本文着重对如何提高锅炉的热效率 进行了深入细致的调研。这种观点认为前拱犹如一面镜子,炉膛火焰发出的1问题的提出热量经前拱“反射”后投到煤层上。为了使热量集中投到新煤上, 使入炉新煤顺利着火, 一般将快装锅炉要提高锅炉的热效率,最根本的办法就是提高燃煤的燃尽度, 从而最大限度地提高燃煤利用率。通过综合考察、分析, 目前提高燃煤利用率的方法主要 有两种:一是采用分层煤斗, 通过煤层合理分布, 提高燃 煤利用率, 现业已采用;二是通过改变炉膛结构, 主要是前后拱的合理 搭配, 提高炉膛温度, 从而提高燃煤的燃尽度。的前拱设计成抛物面形状,利用抛物面的聚焦作用试图达到上述目的。但实际上, 抛物面只有具备以下两个条件才能聚焦:( 1) 抛物面是一个光滑的镜面;( 2) 其反射率等于 1 。而耐火材料做成的炉拱不可 能是光学上的镜面, 而且炉拱的吸收率为 0.8, 其反 射率只有 0.2, 所以将前拱做成抛物面根本不能聚 焦, 顺利着火也无从谈起。另一方面, 后拱和前拱没为此,针对车间现在的炉拱情况和目前先进的有合理配合,如水管式锅炉的后拱设计成倾斜上升炉拱情况进行了考察、分析、对比后发现, 车间现有炉拱与目前先进的炉拱技术确实存在一定的差距,完全可以通过炉拱的改造来提高锅炉的热效率, 降出口园弧过渡的形状,富氧的后拱高温烟气顺着炉拱流出炉膛, 不能和欠氧的前拱烟气充分混合, 烟气在炉内的停留时间也较短, 导致较大的可燃气体不作者简介: 张昌泰 男 1971 年生 工程师 主要从事锅炉管理、热能项目管理摘 要 通过分析目前工业锅炉炉拱存在的问题及发生的原因, 提出节能型双人字型炉拱改造方案, 对提高锅炉燃烧效率及燃煤利用率, 将有非常大的作用。关键词 提高锅炉的热效率 提高燃煤利用率 双人字形炉拱 中图分类号 TK 229上 海 化 工第 31 卷28完全燃烧损失和飞灰损失。另外其后拱区的炉温较低, 炉渣也烧不干净。着火不顺利和上述各项燃烧不 完全损失, 将使总体炉温大大下降, 从而导致锅炉出 力不足。超过单台锅炉的设计能力时, 更能显现其优势。4经济效益和可行性分析测试表明:( 1) 采用这种炉拱后,锅炉热效率提高 3% 以3双人字形炉拱的节能机理上, 节煤率达 4% 以上, 可以有效地降低蒸汽的生产成本;( 2) 锅炉蒸发量可提高 10% 以上, 在一定程度双人字形炉拱是人字形前拱和人字形后拱合理的组配, 理论研究和改炉实践证明, 炉拱的换热遵循 “再辐射”的传热原理, 即炉拱首先吸收高温火焰的 辐射热量, 本身具有很高的温度, 然后再以漫辐射的 形式将热量向四面八方辐射出去。显然, 改变前拱的上能提高锅炉的使用效率,保障;为热网蒸汽量增加提供( 3) 煤种适应性范围扩大, 在公司目前燃煤的实际情况下, 为蒸汽生产提供更可靠的保障;几何物理因素对换热的影响是极有限的,强化炉拱传热的根本途径是提高拱区温度,而拱区温度的高( 4) 锅炉的初始排尘浓度降低 20% 以上,更能低, 则主要取决于高温烟气深入到前拱区的程度及在那里的停留时间。显然这是一个空气动力学的问 题。前后拱的形状和尺寸也就主要应根据空气动力 学的原则来确定。炉拱系由人字形前拱和人字形后拱组成, 两者 的总覆盖率在 80% 以上, 直至全覆盖。这种炉拱组适应不断提高的环保要求, 并且能间接降低脱硫装置的运行成本、提高脱硫设备的使用效率和利用率。 为此, 对采用“双人字形炉拱”的经济效益作出初步的估算。按单台锅炉每月耗煤 1 000 吨,每吨550 元计算, 每月可节约煤: 1 000 吨4% 550 元/ 吨= 22 000 元, 而一台锅炉改造成“双人字形炉拱” 的费用约 15 万18 万元, 据此推算, 大约 78 个 月就可收回投资。如果结合锅炉大修, 由于炉拱检修 本身就要 8 万9 万元的检修费用, 实际增加费用 仅 7 万9 万元, 因此只需 4 个月左右即可收回增 加的投资。另外, 还走访了上海交大能源学院的罗永 浩教授、缪正清教授, 得到的结果是相当肯定的。期 间, 还参观了刚刚改造完成的上海先锋制药厂, 看到 的结果令人振奋, 其燃烧火焰之高, 是现有锅炉难以 匹敌的, 中间的高温火球非常清晰。罗教授还提供了 改造实例( 见表 1) 和上海船厂的改造范例, 对双人 字型炉拱的改造经济效益有了比较直观的了解。能使后拱的高温烟气冲向前拱区,并形成强烈旋转的火球, 使得烟气中的可燃气体和氧气充分混合而完全燃烧, 发出白炽耀眼的高温火焰, 从而使前拱的 温度大大提高, 辐射到新煤上的热量也增强, 再加之后拱高温烟气伸入到前拱区的直接引燃作用,保证了新煤的顺利着火。由于炉温高, 加之超低长后拱的保温促燃作用, 再辅之以相应的配风方式, 就能使炉 渣中的残碳燃烧干净。由于完全燃烧使得炉膛温度 大大提高, 从而使锅炉的出力也大大提高, 因为炉膛 的传热量和温度的四次方成正比, 一般可提高 10% 左右的锅炉出力率。这一优点在用汽量接近或刚好表 1改造实例及经济效益表应 用 单 位锅 炉 型 号项目测试单位上海二十三飘染厂KZL4- 10- A上海二工大闸北分校9.3711.57浙江金华印染厂SHL10- 13- A15.9449.17金华市节能中心上海第二丝绸印染厂SHL10- 13- A5.9218.27上海第九印染厂DZL10- 1.25- A5.1916.01注: 年节资按煤价 250 元 / 吨、全年连续运行计算蒸发量 热效率 炉渣含碳量 节煤率 年节资吨 / 时 ( %)( %)( %)/ 万元改 前 2.93368.9720.14改 后 4.03276.1013.74 改 前 8.8 5825 改 后 8.9 6916改 前 8.46571.6226.94上海市燃料公司应用 改 后 9.16576.1313.40技术研究所改 前 8.92778.0817.20机械工业部锅炉产品改 后 9.67082.3512.07质量监测中心张昌泰: 锅炉节能型炉拱改造及其应用第 10 期29表 3 热力测试结果改造范例 - 上海船厂应用双人字形宽煤5种节能炉拱的情况介绍上海船厂有 2 台 SHL10- 13 型水管锅炉, 该锅炉 设 计 的 燃 用 煤 种 低 位 发 热 值 要 求 大 于 22 163 kJ/kg, 可燃基挥发份要求大于或等于 38.5%的优质 煤种, 对挥发份和热值低的煤种, 以及颗粒度细、粉 末多的煤种燃烧效果极差, 入炉新煤不易着火, 炉渣 含碳量又很高, 不仅增加生产成本, 而且增强司炉工 的劳动强度; 烧好煤时又发生烧坏煤闸门的现象, 甚 至会烧到煤斗里; 同时存在锅炉出力不足的问题, 影 响生产供汽。上海船厂的锅炉蒸汽主要用于锻打车 间, 它的生产要求是: 蒸汽的压力要求 10 kgf/cm2, 出 力是 9 t/h 。改之前, 经常出现运行一台锅炉满足不 了生产用汽, 需要投运两台锅炉才能保证。鉴于以上 情况, 上海船厂于 1994 年, 先后在两台锅炉上进行 双人字形宽煤种节能炉拱的改造。改造后燃烧效果 十分明显, 改造前后的煤种成分分析和热力测试结 果如表 2、表 3 所示。表 2 煤的元素分析决的问题。另外, 改后运行一台锅炉就能满足生产用汽。( 2) 炉膛中火焰充满度好,炉膛温度有明显提高, 由改前的 800 提高到 950 , 飞灰含碳量明显降低, 由改前的 42.78%降到 25.4%, 下降 34%以上,消除了烟囱冒黑烟, 改善环境污染。( 3) 在基本条件相同情况下的测试数据表明: 热效率由 60.69%上升到 69.29%, 节煤率为 12.41%, 按 1993 年耗原煤 8 647 吨计算, 可节煤 1 073 吨, 当 年可节约燃料费 22.93 万元。全部投资不到半年就 回收。应用前景6综上所述,采用双人字型炉拱对改善锅炉燃烧效率、提高燃煤利用率, 将会有非常大的作用。由于我国的煤炭含量极其丰富, 企业的财力有限, 加上我国的工业锅炉量大面广,目前仍然以燃煤的链条锅炉为主, 这一现状将维持相当长的一段时间。采用双人字形宽煤种节能炉拱进行改造, 无论是节能, 还是 环保, 都效果显著, 而且回收期短, 尤其是运行简单, 不会出现添置额外装置等改造方案所带来的运行故 障和维修等问题。推广应用双人字形宽煤种节能炉 拱, 对促进国民经济发展, 加强环境保护, 都将产生 积极的推动作用。参考文献(略)收稿日期: 2006 年 8 月运行工况也得到了大大的改善, 主要表现在:( 1) 改造后炉拱的引燃性能加强, 着火提前, 特 别是燃用低挥发份的劣质煤和水份多的煤时, 其效 果特别明显。炉渣含碳量降幅达到 68%, 从根本上 解决了该种炉型着火困难炉渣含碳量高这一久而未以科学发展观为统领实现化工行业创新发展The Be tte rme nt a nd Applica tion ofEne rgy S a ving He a rthZhang ChangtaiAbstr act: The paper analyzed the problem of industrial hearth of boiler at present and then got the improvement of appli cation of energy saving hearth. It can increase the burning efficiency and improve the coal utilization ratio.Keywor ds: Increase the burning efficiency of boiler; Improve the coal utilization ratio; Energy saving hearth项目 符号 单位 改前 改后燃料应用基元素碳 Cy ( %) 56.58 51.30燃料应用基元素氢 Hy ( %) 3.15 3.39 燃料应用基元素氧 Oy ( %) 7