工业链条炉经济运行节能优化之漏风分析

工业链条炉经济运行节能优化之漏风分析

王永亮，张宝祥，陈志刚，邱东

(天津市特种设备监督检验技术研究院，天津300192)

摘要：为了达到对工业链条炉经济运行节能进一步优化的目的，对漏风单独进行试验并加以分析统计。采用一台DHL14-1.25/130/70型链条炉在70%额定负荷下运行时，人为设置了炉膛、烟道漏风点的方法，结合能效测试设备进行锅炉漏风对炉膛温度、过量空气系数、排烟热损失、化学不完全燃烧损失的影响进行检测，分析锅炉漏风对锅炉热效率的影响。模拟多个漏风位置进行试验分析，找到对锅炉影响最为严重的漏风部位，并提出改进措施，从而达到工业链条炉的经济运行。

关键词：链条炉;低负荷;漏风;节能优化;经济运行

中图分类号：TK229.6`+1

文献标识码：A

文章编号：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修订稿日期2015-05-15

基金项目：国家质量监督检验检疫总局科技计划项目(2012QK296)

作者简介：王永亮(1965~)，男，大学本科，高级工程师，长期从事锅炉检验工作以及电站锅炉、工业锅炉安全与节能的研究。

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

近年来，链条炉的优化燃烧越来越引起人们的关注[1-4],但链条炉以及其他炉型的漏风问题很容易被忽视。由锅炉漏风引起的链条炉热效率降低，不被锅炉使用单位、锅炉安装单位重视[5]。锅炉漏风可分为炉膛、风道、烟道漏风，链条炉风道漏风后的冷空气可以参加炉膛的燃烧，对链条炉的燃烧效果、各项热损失的影响相对较少。由于链条炉的炉膛、烟道一般处于负压状态，冷空气可以通过门、孔及炉墙不严处漏入炉膛、烟道，漏风后的冷空气不能或来不及参加燃烧，除降低炉膛温度外，还会增加烟气量，使排烟温度提高、增大了烟气过量空气系数[6]，造成排烟热损失q2、气体不完全燃烧损失q3和固体不完全燃烧损失q4增大[7-9]，此外还会使鼓引风电耗增大。在锅炉设计时已经考虑漏风问题[10]，但实际运行时的锅炉漏风影响远大于热力计算时选用的漏风系数。

在国家质量监督检验检疫总局科技计划项目“链条炉低负荷运行节能控制系统优化研究”[11]中提出锅炉漏风问题对链条炉低负荷运行效率的影响和处理方法并认为锅炉漏风是可以避免的。针对一台DHL14-1.25/130/70型链条炉在70%额定负荷下运行，采用人为设置了炉膛、烟道漏风的方法，结合能效测试设备进行锅炉漏风对炉膛温度、过量空气系数、排烟热损失、化学不完全燃烧损失的影响进行检测，以证明锅炉漏风对锅炉热效率的影响，并借此文提醒锅炉使用单位、锅炉安装单位在锅炉使用、安装、检修时应对锅炉密封引起重视。

1链条炉设计

链条炉设计时已考虑炉膛漏风。链条炉的炉膛、烟道一般处于负压状态，冷空气可以通过门、孔及炉墙不严处漏入炉膛、烟道。锅炉设计时已经考虑漏风问题，一般情况下根据炉墙结构的具体条件，给出在额定负荷下锅炉各受热面烟道的漏风系数[12]如表1。由表1可以看出在锅炉设计时已对炉膛及各受热面烟道的漏风情况以漏风系数进行了修正。但是在额定负荷的情况下,链条炉是一个多输入、多输出的设备，而且在锅炉运行过程中，负荷变化很大，又时常偏离额定负荷运行，因此，锅炉安装、使用、维护、保养过程中忽略炉膛的漏风问题更为突出。

炉膛及各受热面烟道的漏风情况基本为当外界冷空气由炉排下部漏入时，炉内过量空气系数增大，烟气体积就会增加。由于冷空气的焓不大，致使理论燃烧温度随着漏风量越大而下降得越多。由于漏风炉内理论燃烧温度下降，炉内辐射吸热量减少，燃料着火时间推迟，火焰中心会上移，炉膛出口烟温随之提高。空气预热器是对流烟道最后的受热面，且它的出入口平均风温较高。以致排烟温度有较大的增加，再加上进风容积增大，这就引起了排烟热损失的上升，锅炉的热效率下降。

表1额定负荷下锅炉各受热面烟道的漏风系数

烟道名称漏风系数Δα烟道名称漏风系数Δα层燃炉炉膛机械化0.1过热器0.05对流烟道省煤器(铸铁式)0.15空气预热器0.1对流烟道第一锅炉管束0.05第二锅炉管束0.1省煤器(钢管式)0.1除尘器锅炉后烟道多管式0.1~0.15钢制烟道(10m长)0.01砌砖烟道(10m长)0.05

2炉膛漏风试验

2.1　试验方法

选取的炉型为DHL14-1.25/130/70进行炉膛漏风试验，试验分为5个阶段，每个阶段进行2组数据的采集后取平均数加以分析。

2.2　试验设备及测点布置图

选用烟气分析仪，温度计，压差表，煤质分析仪等设备。

试验测点布置图如图1所示。

图1　试验测点布置图 1-冷空气温度(t lk)；2-炉膛出口温度(t ltc)；3-省煤器进口温度(t smj)；4-空气预热器进口温度(t kyj)；5-排烟温度(t py)；6-排烟O 2；7-排烟CO；8-排烟CO 2；9-煤层厚度；10-炉排转速

2.3　试验及分析

2.3.1　试验布置图

试验所模拟的漏风部位见图1所示A-D位置，并根据试验温度的变化，可以得出下面的推论。

(1)O——原始状态

本状态是锅炉最原始的运行状态，鼓引风机都是按照锅炉70%负荷运行下的状态调节，并且炉膛温度与炉排运行速度都是既定的最佳状态，即锅炉在70%负荷下的最佳工作状态。这个状态主要是用于与后面的试验进行对比，更能有力说明漏风变化以及影响。

(2)A——链条炉排上部即煤层位置(炉门)

模拟炉门位置漏风时，发现在尾部排烟位置氧含量与COx都没有太大变化，过量空气系数也变化不大，可是炉膛出口温度却显著升高，而省煤器进口温度没有上升很多，最终的排烟温度也变化不大。

数据分析表明，煤层位置的漏风对排烟处的过量空气系数影响不大，然而会增加燃烧，使炉膛中心温度向炉膛出口移动，导致炉膛出口温度显著上升，增加了对流管束区的传热，当烟气传到省煤器时温度恢复，可见A位置漏风会增大烟气流量导致炉膛中心后移，炉膛出口温度上升，排烟量有所增加，示意图见图2。

图2　分析示意图

由此得出以下结论：在A处的漏风对锅炉影响不是很大，只是会使炉膛中心后移，增加对流管束区温度。而且链条炉炉门位置时常有开关现象，试验证明对炉膛漏风与锅炉效率影响不大。

(3)B——炉膛出口

模拟炉膛出口漏风时，发现在尾部排烟位置氧含量小幅上升，COx含量升高，过量空气系数增大。而炉膛出口温度由于漏风的混入温度有所下降，相应的对应每一级传热温度都下降，最后的排烟温度也有所降低。

数据分析表明，由于炉膛出口位置漏风导致炉膛出口温度下降使得燃料在炉膛内没有充分燃烧，气体不完全燃烧损失q3相应增加，再加上过量空气的混入，最终导致锅炉热效率小幅下降，示意图见图3。

图3　分析示意图

表2试验数据A

状态tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy炉膛负压锅炉效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41A11.9631606.6123.3108.810.54249.261.98-976.48

表3试验数据B

状态tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy炉膛负压锅炉效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41B11.9616596.4122.6107.810.85368.992.04-1176.36

表4试验数据C

状态tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy炉膛负压锅炉效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41C11.9606.9587.4121.8106.311.61378.162.262275.82

表5试验数据D

状态tlk/℃tltc/℃tsmj/℃tkyj/℃tpy/℃O2/[%]CO/[%]CO2/[%]apy炉膛负压锅炉效率/[%]O11.9621605.5124.5109.810.51249.221.98-876.41D11.9614599.1122.5109.411.01308.802.10-1076.08

由此得出以下结论:在B处的漏风从温度变化和炉膛负压上看，对锅炉炉膛处的影响较大，而对后面的温度梯度变化影响不大，由于炉膛的温度降低导致q3的上升，锅炉效率下降。

(4)C——省煤器入口

模拟省煤器入口位置漏风时，发现在尾部排烟位置氧含量大幅升高，CO含量也升高明显，过量空气系数增大，炉膛出口温度下降明显，而且炉膛内压力明显改变，鼓风、引风的电流也相应出现波动，可见这种情况下的漏风对锅炉运行来说是最为不利的。

数据分析表明,q3气体不完全燃烧损失随CO含量增大而增加，q2排烟热损失在试验分析后也有显著增加，示意图见图4。

图4　分析示意图

由此可见在C处的漏风对锅炉烟道的前后均存在较大的影响，从试验数据上看锅炉热效率下降近1%，因此这个部位的漏风影响最大。

(5)D——省煤器出口(空气预热器入口)

模拟空气预热器入口位置漏风时，发现在尾部排烟位置氧含量少量增加，CO稍有上升，并且炉膛出口温度稍有下降，而排烟温度几乎与原始状态相同。

数据分析表明,由于空气预热器位置的漏风对炉膛压力影响几乎很小，炉膛出口温度变化不大，且空气预热器位置的烟气由于本身温度不高,与漏风混合后温度变化不明显。因此在尾部烟道测得排烟温度几乎与原始状态相当，示意图见图5。

图5　分析示意图

因此,省煤器出口位置的漏风对锅炉后部有一定的影响，对前部影响较小。

2.3.2　试验数据分析

经过分析，本次试验用煤为使用单位的混煤，煤质分析数据见表6。

表6煤质分析数据

工业分析/[%]元素分析/[%]热量/MJ·kg-1MarAarVarFCarCarHarSarQnet,v,ar10.1724.7927.8645.5162.143.671.3420919

煤层厚度为120 mm，飞灰可燃物含碳量，27.08%；炉渣可燃物含碳量，14.38%。

根据实验数据我们得出A-D各个状态下锅炉的燃烧状态，并且绘制出q2排烟热损失，见图6；q3气体未完全燃烧热损失，见图7；锅炉热效率，见图8。

图6　各个状态下排烟热损失q 2

图7　各个状态下气体未完全燃烧热损失q 3

图8　各个状态下锅炉热效率

由此可见试验中，C部位的漏风对锅炉影响最为明显，即省煤器入口位置，此位置正处于烟道的中间部位，距离鼓引风位置大致相同，受到鼓风与引风机作用相对最小，试验证明在此位置出现漏风将严重影响锅炉的燃烧，降低锅炉的效率。因此对于本试验或者和本试验相类似的炉型，都要对这段位置的漏风更为注意，这样能更有效地降低漏风对锅炉在低负荷下运行的影响，提高锅炉运行效率，为企业节省成本。

3炉膛漏风的改进措施

鉴于锅炉漏风对锅炉的运行效率有很大的影响，同时因为漏风而增加了鼓引风机的工作负荷，从而消耗了大量的电能。为了保证锅炉能够安全经济的运行，并且节约电能，在企业发展中具有重要的意义，所以要将锅炉漏风现象降到最低程度，尽量的使其不漏风，提高锅炉的运行效率，降低风机的消耗，主要建议如下：

(1)在条件允许的情况下，应该在炉膛的出口以及各个受热面和烟气的出口处安装氧含量表，以便对漏风情况进行检测，发现问题及时解决。如果条件不允许的话，至少也应该在炉膛出口、下级空气预热器和除尘器出口重要位置安装氧含量表，以便及时掌握这些部位的漏风情况。

(2)在锅炉运行现场应该准备充足的堵漏材料，以便发现漏风能够及时的堵塞，减少损失。

(3)要严密监视炉膛的负压状况，将其控制在规定的范围内，也应避免因为负压过大而造成炉膛以及对流烟道漏风。

(4)在对锅炉进行漏风试验后应该做好记录工作，并且保证严密性，对于发现漏风的地方要及时的堵塞。应该将锅炉漏风作为车间运行中评价班组运行好坏的一项标准，降低漏风的几率。

锅炉漏风严重的影响了锅炉的正常运转，降低了锅炉运行的效率，增加了风机的能耗并且耗费大量的电能。减少锅炉漏风对于锅炉安全经济的运行有重要的意义，可以节约大量的运行成本，提高运行效率。应在锅炉安装、使用、维护、保养过程中引起足够的重视，及时解决漏风问题。

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