降低锅炉排烟温度的讨论刘鹏

刘鹏

摘要：本文以降低锅炉排烟温度研究为依托，以东方锅炉（集团）股份公司设计制造的自然循环煤粉锅炉为研究对象，针对其排烟温度过高，导致结焦，热效率偏低的问题展开研究。经过详细的讨论及热力计算，最后提出采用采用新型螺旋肋片管技术代替光管，对省煤器进行优化设计的方法，螺旋肋片管式省煤器，具有重量轻、防磨性能好、吸热能力强、结构简单、投资小、易于维护等优点，并能增大省煤器吸热量，从而使得排烟温度和热风温度得以降低。

关键词：煤粉锅炉；螺旋肋片管；省煤器；排烟温度；热力计算

前言

锅炉是最为常用的热工设备，降低锅炉排烟温度对锅炉的安全经济运行及节能降耗有重要的意义，我国热电厂和火电厂锅炉以煤粉炉为主。

东方锅炉（集团）股份公司设计制造的该自然循环煤粉锅炉近年来的生产实践表明，因设计偏差较大，使得其运行参数与原设计值存在较大差异。存在的主要问题有：热风温度高于设计值60～100℃，排烟温度高于设计值50～70℃，燃烧器结构和喷口风量分配及速度不合理，等等，致使锅炉热效率偏低，锅炉出力达不到设计负荷，特别是易发生结焦，严重影响到生产的正常进行。

鉴于此问题，本文对降低排烟温度的方法进行了详细分析并对该锅炉进行了全面热力计算，最后提出改进方案：对省煤器进行优化设计，用新型螺旋肋片管技术代替光管。

1.降低锅炉排烟温度的可行性研究

1.1降低锅炉排烟温度的意义

煤在锅炉燃烧产生的各项损失中，排烟热损失所占的比例较大，是影响电厂煤耗高低的重要因素之一。工业锅炉排烟温度的高低直接影响到排烟热损失，该项热损失是锅炉的一项主要热损失，约占输入能量的5%～12%，占锅炉热损失的60%～70%，该项热损失不仅带走大量热量，且污染环境。此外，降低排烟温度对于节约燃料、降低污染也具有重要的实际意义。

锅炉效率与电厂经济性之间的关系通常可用供电煤耗值来表示：

从上式可看出：供电煤耗值在汽轮机净热耗与厂用电率不变时，随锅炉效率的增加而降低。

锅炉效率的计算常采用热损失法，锅炉热损失与排烟温度有直接的关系。当排烟温度升高时，热损失增大，锅炉效率随之降低。图1-1示出了锅炉效率和排烟温度间的关系，从中可以看出，排烟温度每升高加20℃，锅炉效率降低约1%。

图1-1排烟温度间与锅炉效率的关系

1.2锅炉排烟温度高的原因分析

一般而言，影响排烟温度的主要因素有：

（1）煤种（2）进入制粉系统和炉膛的冷风系数（3）给水温度（4）冷空气温度

（5）炉膛出口过量空气系数（6）空气预热器漏风系数

此外，影响锅炉排烟温度的主要因素还有诸如受热面布置、受热面积灰（包括炉膛结焦）等等，它们之间既单独作用，又相互联系，形成了十分复杂的耦合关系。

1.3锅炉排烟温度高的治理措施

（1）减少炉膛漏风（2）合理地降低一次风率（3）投用乏气再循环（4）结构方面的措施（5）完善受热面的吹灰

2.该煤粉锅炉详细热力计算

为了能顺利对省煤器进行改造，首先应对锅炉各受热面进行热力计算，以便为降低排烟温度方法的提出提供必要的数据依据。

锅炉机组的热力计算，一般采用校核计算的方法。

计算步骤如下：

（1）按计算任务书列出原始数据；

（2）选取各烟道的过量空气系数，计算三原子气体的容积和容积份额、烟气和空气的焓；

（3）预先估计排烟温度和热风温度，用以确定热损失、锅炉效率和燃料消耗量；

（4）计算炉膛传热，求出炉膛出口处的烟温，在用逐步逼近法计算对流受热面的烟温，按烟气流动方向顺序计算；

（5）如果计算得出的排烟温度与初始所估计的排烟温度之差未超过±10℃，而热空气温度之差未超过±40℃，则可认为锅炉机组的换热计算结束。如超过误差，则需重新假定排烟温度及热空气温度进行计算。

（6）按下式确定锅炉机组热平衡计算的误差：

（8）最后将整台锅炉机组的主要计算数据列出汇总表。

3.本煤粉锅炉降低排烟温度的措施及研究

3.1降低锅炉排烟温度的方法简介

降低排烟温度，理论上来说可以有多种方法。增大炉膛容积，使燃烧温度降低，从而使以后各级受热面的温度都逐级降低，以至于最后的排烟温度也降低。然而，增大炉膛容积的方法显然是不现实的，因为炉膛在原始的设计和施工时已经确定，所以改造难度较大。

如果增加屏式过热器，高温对流过热器和低温对流过热器的面积，则由于各受热面的特点和安装布置的限制，增加面积的方法也是不大可能的，况且效果也不会很明显。

增加省煤器和空气预热器的面积是比较容易实现的方法，而且效果也比较明显。

对于空气预热器，可以利用热管原理，用热管代替光管，以增加换热量。

3.2新型空气预热器的应用现状

空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。在现代锅炉中，应用比较广泛的空气预热器主要有管式与回转式两种。自二十世纪年代以来，随着热管技术的出现与发展，一种新型的换热器—热管换热器出现了。新型的热管式空气预热器由于其换热系数大，均温性能优良，对环境适应能力强，结构简单、工作可靠、重量轻等优点得到迅速的发展与广泛的应用。

3.3两种方案的应用可行性分析

无论采用强化省煤器吸热量的方式，还是强化空气预热器的吸热量，都可以有效的降低锅炉排烟温度，并且对锅炉出力的提高都有一定程度的促进。但是，该锅炉目前燃用煤种主要是高挥发份和高硫份的褐煤，二次风温度高达440℃～460℃，炉膛燃烧温度高达1450℃～1510℃，炉膛结焦明显，限制了该厂锅炉稳定出力。显然，若采用热管式空气预热器虽然可降低锅炉排烟温度，但提高了热风温度，热风温度高即意味着燃烧区温度高。对于挥发份较低的难燃煤种，如烟煤和无烟煤，提高热风温度后燃烧区温度上升，有利于促进入炉煤粉的完全燃烧，但是对于高挥发份、易结焦的褐煤，提高热风温度后燃烧区温度上升却会使锅炉结焦的倾向增加。而采用螺旋肋片管式省煤器则可以在降低锅炉排烟温度的同时，又可以降低热风温度，利于改善锅炉的结焦状况和增加锅炉稳定运行出力，促进系统的稳定运行。故本文提出可用螺旋肋片管式省煤器代替原省煤器中的光管式省煤器来降低排烟温度。

为了能更好的分析影响排烟温度主要因素，提出切实可行的改造方案，对不同负荷和不同煤种等情况下的锅炉进行了校核性热力计算。

为了更清楚地反映排烟温度对各参数的影响趋势，以排烟温度为变量，以其它各参数为函数作图如下：（图3-1，图3-2）

由计算结果及图表可以看出：

煤种对各参数的影响较大，从烟煤、中煤到褐煤，炉膛理论燃烧温度、炉膛出口温度明显降低，但随着负荷升高，锅炉排烟温度、省煤器出口水温、热风温度升高，锅炉效率降低。其原因是单位燃料的发热量降低，燃料量增加，烟气量增大，炉膛辐射受热面相对吸热量减少，对流受热面相对吸热量增加，从而导致排烟热损失增加，锅炉效率降低。给水温度升高时，单位蒸汽所需燃料量减少，烟气量减少，排烟温度降低，锅炉效率升高。

在燃烧褐煤时，随着锅炉负荷升高，炉膛理论燃烧温度升高，炉膛出口温度、排烟温度降低、上级省煤器出口水温以及热风温度都将升高，但锅炉效率将降低。这主要是因为锅炉负荷增加所需燃料量增加，烟气量增大，炉膛辐射受热面相对吸热量减少，对流受热面相对吸热量增加，但是排烟热损失增加，从而导致锅炉热效率降低。

在一组假设条件下，计算了不同排烟温度所对应的炉膛出口烟温、省煤器进出口水温、进出口烟温、省煤器换热量等数据，并用图表绘出了它们之间的变化关系，从中比较可知，当排烟温度由190℃下降到140℃时，即降低50℃时，（锅炉负荷400t/h）则省煤器的换热量需从863kJ/kg增至1169kJ/kg，增加约41%，热风温度则有所降低，炉膛出口烟温也下降，锅炉效率由87.92提高到89.87，约提高2个百分点。此外，其它参数也将有不同程度的变化。

4结论

本设计理论和实际计算相结合，并利用结果总结分析，绘制图表，得出对该锅炉降低排烟温度的方法，通过本设计，锻炼了我解决实际问题的能力，面对一个问题该如何下手，如何思考，为以后工作学习打下了基础。

参考文献：

[1]容銮恩，袁镇福等，电站锅炉原理北京：中国电力出版社，1997

[2]范从振，锅炉原理，北京：水利电力出版社1986

[3]赵翔，任有中，锅炉课程设计，2001

[4]《工业锅炉设计计算方法》委员会编，工业锅炉设计计算方法，北京：中国标准出版社，2005

[5]徐雪源，锅炉排烟温度分析，http：//202.197.69.5/vip/chineseweb/bin/home.htm1999.03