工業(yè)鏈條爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化之漏風(fēng)分析

王永亮，張寶祥，陳志剛，邱東

(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津300192)

摘要：為了達(dá)到對工業(yè)鏈條爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)能進(jìn)一步優(yōu)化的目的，對漏風(fēng)單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)并加以分析統(tǒng)計(jì)。采用一臺(tái)DHL14-1.25/130/70型鏈條爐在70%額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，人為設(shè)置了爐膛、煙道漏風(fēng)點(diǎn)的方法，結(jié)合能效測試設(shè)備進(jìn)行鍋爐漏風(fēng)對爐膛溫度、過量空氣系數(shù)、排煙熱損失、化學(xué)不完全燃燒損失的影響進(jìn)行檢測，分析鍋爐漏風(fēng)對鍋爐熱效率的影響。模擬多個(gè)漏風(fēng)位置進(jìn)行試驗(yàn)分析，找到對鍋爐影響最為嚴(yán)重的漏風(fēng)部位，并提出改進(jìn)措施，從而達(dá)到工業(yè)鏈條爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鏈條爐;低負(fù)荷;漏風(fēng);節(jié)能優(yōu)化;經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

中圖分類號：TK229.6`+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1002-6339 (2015) 05-0420-05

Abstract：In order to achieve the purpose of further optimization of the industrial chain boiler economic operation energy saving, the air leakage test was tested and analyzed statistically. In view of a DHL14-1.25/130/70 type chain grate in 70% of the rated load operation,we artificially set a hearth, a flue air leakage points. Combining with test of equipment for energy efficiency of boiler air leakage on the furnace temperature, excess air coefficient and heat loss due to exhaust gas and chemical incomplete combustion loss effect detection,and by which the influence of air leakage of boiler on boiler thermal efficiency is analyzed. Simulated multiple air leakage locations are tested and analyzed. The most serious air leakage location influences on the boiler are found, and improvement measures are proposed to achieve the economic operation of the industrial chain boiler.

收稿日期2015-03-09修訂稿日期2015-05-15

基金項(xiàng)目：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012QK296)

作者簡介：王永亮(1965~)，男，大學(xué)本科，高級工程師，長期從事鍋爐檢驗(yàn)工作以及電站鍋爐、工業(yè)鍋爐安全與節(jié)能的研究。

Analysis of Air Leakage in the Industrial Chain Boiler Energy Saving Optimization and Economic Operation

WANG Yong-liang,ZHANG Bao-xiang,CHEN Zhi-gang,QIU Dong

(Tianjn Special Equipment Inspection Institute,Tianjin 300192,China)

Key words：chain boiler; low load; air leakage; energy saving optimization;economic operation

0前言

近年來，鏈條爐的優(yōu)化燃燒越來越引起人們的關(guān)注[1-4],但鏈條爐以及其他爐型的漏風(fēng)問題很容易被忽視。由鍋爐漏風(fēng)引起的鏈條爐熱效率降低，不被鍋爐使用單位、鍋爐安裝單位重視[5]。鍋爐漏風(fēng)可分為爐膛、風(fēng)道、煙道漏風(fēng)，鏈條爐風(fēng)道漏風(fēng)后的冷空氣可以參加爐膛的燃燒，對鏈條爐的燃燒效果、各項(xiàng)熱損失的影響相對較少。由于鏈條爐的爐膛、煙道一般處于負(fù)壓狀態(tài)，冷空氣可以通過門、孔及爐墻不嚴(yán)處漏入爐膛、煙道，漏風(fēng)后的冷空氣不能或來不及參加燃燒，除降低爐膛溫度外，還會(huì)增加煙氣量，使排煙溫度提高、增大了煙氣過量空氣系數(shù)[6]，造成排煙熱損失q2、氣體不完全燃燒損失q3和固體不完全燃燒損失q4增大[7-9]，此外還會(huì)使鼓引風(fēng)電耗增大。在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮漏風(fēng)問題[10]，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)的鍋爐漏風(fēng)影響遠(yuǎn)大于熱力計(jì)算時(shí)選用的漏風(fēng)系數(shù)。

在國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目“鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行節(jié)能控制系統(tǒng)優(yōu)化研究”[11]中提出鍋爐漏風(fēng)問題對鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行效率的影響和處理方法并認(rèn)為鍋爐漏風(fēng)是可以避免的。針對一臺(tái)DHL14-1.25/130/70型鏈條爐在70%額定負(fù)荷下運(yùn)行，采用人為設(shè)置了爐膛、煙道漏風(fēng)的方法，結(jié)合能效測試設(shè)備進(jìn)行鍋爐漏風(fēng)對爐膛溫度、過量空氣系數(shù)、排煙熱損失、化學(xué)不完全燃燒損失的影響進(jìn)行檢測，以證明鍋爐漏風(fēng)對鍋爐熱效率的影響，并借此文提醒鍋爐使用單位、鍋爐安裝單位在鍋爐使用、安裝、檢修時(shí)應(yīng)對鍋爐密封引起重視。

1鏈條爐設(shè)計(jì)

鏈條爐設(shè)計(jì)時(shí)已考慮爐膛漏風(fēng)。鏈條爐的爐膛、煙道一般處于負(fù)壓狀態(tài)，冷空氣可以通過門、孔及爐墻不嚴(yán)處漏入爐膛、煙道。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮漏風(fēng)問題，一般情況下根據(jù)爐墻結(jié)構(gòu)的具體條件，給出在額定負(fù)荷下鍋爐各受熱面煙道的漏風(fēng)系數(shù)[12]如表1。由表1可以看出在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)已對爐膛及各受熱面煙道的漏風(fēng)情況以漏風(fēng)系數(shù)進(jìn)行了修正。但是在額定負(fù)荷的情況下,鏈條爐是一個(gè)多輸入、多輸出的設(shè)備，而且在鍋爐運(yùn)行過程中，負(fù)荷變化很大，又時(shí)常偏離額定負(fù)荷運(yùn)行，因此，鍋爐安裝、使用、維護(hù)、保養(yǎng)過程中忽略爐膛的漏風(fēng)問題更為突出。

爐膛及各受熱面煙道的漏風(fēng)情況基本為當(dāng)外界冷空氣由爐排下部漏入時(shí)，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)增大，煙氣體積就會(huì)增加。由于冷空氣的焓不大，致使理論燃燒溫度隨著漏風(fēng)量越大而下降得越多。由于漏風(fēng)爐內(nèi)理論燃燒溫度下降，爐內(nèi)輻射吸熱量減少，燃料著火時(shí)間推遲，火焰中心會(huì)上移，爐膛出口煙溫隨之提高。空氣預(yù)熱器是對流煙道最后的受熱面，且它的出入口平均風(fēng)溫較高。以致排煙溫度有較大的增加，再加上進(jìn)風(fēng)容積增大，這就引起了排煙熱損失的上升，鍋爐的熱效率下降。

表1額定負(fù)荷下鍋爐各受熱面煙道的漏風(fēng)系數(shù)

煙道名稱漏風(fēng)系數(shù)Δα煙道名稱漏風(fēng)系數(shù)Δα層燃爐爐膛機(jī)械化0.1過熱器0.05對流煙道省煤器(鑄鐵式)0.15空氣預(yù)熱器0.1對流煙道第一鍋爐管束0.05第二鍋爐管束0.1省煤器(鋼管式)0.1除塵器鍋爐后煙道多管式0.1~0.15鋼制煙道(10m長)0.01砌磚煙道(10m長)0.05

2爐膛漏風(fēng)試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)方法

選取的爐型為DHL14-1.25/130/70進(jìn)行爐膛漏風(fēng)試驗(yàn)，試驗(yàn)分為5個(gè)階段，每個(gè)階段進(jìn)行2組數(shù)據(jù)的采集后取平均數(shù)加以分析。

2.2　試驗(yàn)設(shè)備及測點(diǎn)布置圖

選用煙氣分析儀，溫度計(jì)，壓差表，煤質(zhì)分析儀等設(shè)備。

試驗(yàn)測點(diǎn)布置圖如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)測點(diǎn)布置圖 1-冷空氣溫度(t lk)；2-爐膛出口溫度(t ltc)；3-省煤器進(jìn)口溫度(t smj)；4-空氣預(yù)熱器進(jìn)口溫度(t kyj)；5-排煙溫度(t py)；6-排煙O 2；7-排煙CO；8-排煙CO 2；9-煤層厚度；10-爐排轉(zhuǎn)速

2.3　試驗(yàn)及分析

2.3.1　試驗(yàn)布置圖

試驗(yàn)所模擬的漏風(fēng)部位見圖1所示A-D位置，并根據(jù)試驗(yàn)溫度的變化，可以得出下面的推論。

(1)O——原始狀態(tài)

本狀態(tài)是鍋爐最原始的運(yùn)行狀態(tài)，鼓引風(fēng)機(jī)都是按照鍋爐70%負(fù)荷運(yùn)行下的狀態(tài)調(diào)節(jié)，并且爐膛溫度與爐排運(yùn)行速度都是既定的最佳狀態(tài)，即鍋爐在70%負(fù)荷下的最佳工作狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)主要是用于與后面的試驗(yàn)進(jìn)行對比，更能有力說明漏風(fēng)變化以及影響。

(2)A——鏈條爐排上部即煤層位置(爐門)

模擬爐門位置漏風(fēng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在尾部排煙位置氧含量與COx都沒有太大變化，過量空氣系數(shù)也變化不大，可是爐膛出口溫度卻顯著升高，而省煤器進(jìn)口溫度沒有上升很多，最終的排煙溫度也變化不大。

數(shù)據(jù)分析表明，煤層位置的漏風(fēng)對排煙處的過量空氣系數(shù)影響不大，然而會(huì)增加燃燒，使?fàn)t膛中心溫度向爐膛出口移動(dòng)，導(dǎo)致爐膛出口溫度顯著上升，增加了對流管束區(qū)的傳熱，當(dāng)煙氣傳到省煤器時(shí)溫度恢復(fù)，可見A位置漏風(fēng)會(huì)增大煙氣流量導(dǎo)致爐膛中心后移，爐膛出口溫度上升，排煙量有所增加，示意圖見圖2。

圖2　分析示意圖

由此得出以下結(jié)論：在A處的漏風(fēng)對鍋爐影響不是很大，只是會(huì)使?fàn)t膛中心后移，增加對流管束區(qū)溫度。而且鏈條爐爐門位置時(shí)常有開關(guān)現(xiàn)象，試驗(yàn)證明對爐膛漏風(fēng)與鍋爐效率影響不大。

(3)B——爐膛出口

模擬爐膛出口漏風(fēng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在尾部排煙位置氧含量小幅上升，COx含量升高，過量空氣系數(shù)增大。而爐膛出口溫度由于漏風(fēng)的混入溫度有所下降，相應(yīng)的對應(yīng)每一級傳熱溫度都下降，最后的排煙溫度也有所降低。

數(shù)據(jù)分析表明，由于爐膛出口位置漏風(fēng)導(dǎo)致爐膛出口溫度下降使得燃料在爐膛內(nèi)沒有充分燃燒，氣體不完全燃燒損失q3相應(yīng)增加，再加上過量空氣的混入，最終導(dǎo)致鍋爐熱效率小幅下降，示意圖見圖3。

圖3　分析示意圖

表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)A

狀態(tài)tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy爐膛負(fù)壓鍋爐效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41A11.9631606.6123.3108.810.54249.261.98-976.48

表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)B

狀態(tài)tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy爐膛負(fù)壓鍋爐效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41B11.9616596.4122.6107.810.85368.992.04-1176.36

表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)C

狀態(tài)tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy爐膛負(fù)壓鍋爐效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41C11.9606.9587.4121.8106.311.61378.162.262275.82

表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)D

狀態(tài)tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy爐膛負(fù)壓鍋爐效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41D11.9614599.1122.5109.411.01308.802.10-1076.08

由此得出以下結(jié)論:在B處的漏風(fēng)從溫度變化和爐膛負(fù)壓上看，對鍋爐爐膛處的影響較大，而對后面的溫度梯度變化影響不大，由于爐膛的溫度降低導(dǎo)致q3的上升，鍋爐效率下降。

(4)C——省煤器入口

模擬省煤器入口位置漏風(fēng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在尾部排煙位置氧含量大幅升高，CO含量也升高明顯，過量空氣系數(shù)增大，爐膛出口溫度下降明顯，而且爐膛內(nèi)壓力明顯改變，鼓風(fēng)、引風(fēng)的電流也相應(yīng)出現(xiàn)波動(dòng)，可見這種情況下的漏風(fēng)對鍋爐運(yùn)行來說是最為不利的。

數(shù)據(jù)分析表明,q3氣體不完全燃燒損失隨CO含量增大而增加，q2排煙熱損失在試驗(yàn)分析后也有顯著增加，示意圖見圖4。

圖4　分析示意圖

由此可見在C處的漏風(fēng)對鍋爐煙道的前后均存在較大的影響，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看鍋爐熱效率下降近1%，因此這個(gè)部位的漏風(fēng)影響最大。

(5)D——省煤器出口(空氣預(yù)熱器入口)

模擬空氣預(yù)熱器入口位置漏風(fēng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在尾部排煙位置氧含量少量增加，CO稍有上升，并且爐膛出口溫度稍有下降，而排煙溫度幾乎與原始狀態(tài)相同。

數(shù)據(jù)分析表明,由于空氣預(yù)熱器位置的漏風(fēng)對爐膛壓力影響幾乎很小，爐膛出口溫度變化不大，且空氣預(yù)熱器位置的煙氣由于本身溫度不高,與漏風(fēng)混合后溫度變化不明顯。因此在尾部煙道測得排煙溫度幾乎與原始狀態(tài)相當(dāng)，示意圖見圖5。

圖5　分析示意圖

因此,省煤器出口位置的漏風(fēng)對鍋爐后部有一定的影響，對前部影響較小。

2.3.2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過分析，本次試驗(yàn)用煤為使用單位的混煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表6。

表6煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

工業(yè)分析/[%]元素分析/[%]熱量/MJ·kg-1MarAarVarFCarCarHarSarQnet,v,ar10.1724.7927.8645.5162.143.671.3420919

煤層厚度為120 mm，飛灰可燃物含碳量，27.08%；爐渣可燃物含碳量，14.38%。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們得出A-D各個(gè)狀態(tài)下鍋爐的燃燒狀態(tài)，并且繪制出q2排煙熱損失，見圖6；q3氣體未完全燃燒熱損失，見圖7；鍋爐熱效率，見圖8。

圖6　各個(gè)狀態(tài)下排煙熱損失q 2

圖7　各個(gè)狀態(tài)下氣體未完全燃燒熱損失q 3

圖8　各個(gè)狀態(tài)下鍋爐熱效率

由此可見試驗(yàn)中，C部位的漏風(fēng)對鍋爐影響最為明顯，即省煤器入口位置，此位置正處于煙道的中間部位，距離鼓引風(fēng)位置大致相同，受到鼓風(fēng)與引風(fēng)機(jī)作用相對最小，試驗(yàn)證明在此位置出現(xiàn)漏風(fēng)將嚴(yán)重影響鍋爐的燃燒，降低鍋爐的效率。因此對于本試驗(yàn)或者和本試驗(yàn)相類似的爐型，都要對這段位置的漏風(fēng)更為注意，這樣能更有效地降低漏風(fēng)對鍋爐在低負(fù)荷下運(yùn)行的影響，提高鍋爐運(yùn)行效率，為企業(yè)節(jié)省成本。

3爐膛漏風(fēng)的改進(jìn)措施

鑒于鍋爐漏風(fēng)對鍋爐的運(yùn)行效率有很大的影響，同時(shí)因?yàn)槁╋L(fēng)而增加了鼓引風(fēng)機(jī)的工作負(fù)荷，從而消耗了大量的電能。為了保證鍋爐能夠安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，并且節(jié)約電能，在企業(yè)發(fā)展中具有重要的意義，所以要將鍋爐漏風(fēng)現(xiàn)象降到最低程度，盡量的使其不漏風(fēng)，提高鍋爐的運(yùn)行效率，降低風(fēng)機(jī)的消耗，主要建議如下：

(1)在條件允許的情況下，應(yīng)該在爐膛的出口以及各個(gè)受熱面和煙氣的出口處安裝氧含量表，以便對漏風(fēng)情況進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。如果條件不允許的話，至少也應(yīng)該在爐膛出口、下級空氣預(yù)熱器和除塵器出口重要位置安裝氧含量表，以便及時(shí)掌握這些部位的漏風(fēng)情況。

(2)在鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)該準(zhǔn)備充足的堵漏材料，以便發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)能夠及時(shí)的堵塞，減少損失。

(3)要嚴(yán)密監(jiān)視爐膛的負(fù)壓狀況，將其控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，也應(yīng)避免因?yàn)樨?fù)壓過大而造成爐膛以及對流煙道漏風(fēng)。

(4)在對鍋爐進(jìn)行漏風(fēng)試驗(yàn)后應(yīng)該做好記錄工作，并且保證嚴(yán)密性，對于發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)的地方要及時(shí)的堵塞。應(yīng)該將鍋爐漏風(fēng)作為車間運(yùn)行中評價(jià)班組運(yùn)行好壞的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，降低漏風(fēng)的幾率。

鍋爐漏風(fēng)嚴(yán)重的影響了鍋爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了鍋爐運(yùn)行的效率，增加了風(fēng)機(jī)的能耗并且耗費(fèi)大量的電能。減少鍋爐漏風(fēng)對于鍋爐安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有重要的意義，可以節(jié)約大量的運(yùn)行成本，提高運(yùn)行效率。應(yīng)在鍋爐安裝、使用、維護(hù)、保養(yǎng)過程中引起足夠的重視，及時(shí)解決漏風(fēng)問題。

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