650MW鍋爐保溫不良造成的熱量損失分析

張輝濤

（華潤電力（常熟）有限公司，江蘇常熟 215536）

0 引言

華潤電力（常熟）有限公司現有3 臺650MW—HG-1928/25.4-YM1 型鍋爐，是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司利用英國三井巴布科能源公司（MB）的技術支持進行設計、制造的超臨界參數變壓運行直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、前后墻對沖燃燒、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π 型燃煤鍋爐。膜式水冷壁、前頂棚過熱器組合爐墻構成燃燒室，膜式包墻過熱器、后頂棚過熱器組合爐墻構成豎井煙道，頂棚上布置長方體型罩殼，將鍋爐各聯箱、汽水管道圍在里面。煙氣中心能達到1500 ℃，水冷壁背火側壁溫420 ℃左右，包墻過熱器爐外側壁溫430 ℃左右。

按照《電力建設施工及驗收技術規范》規定，在鍋爐正常運行條件下，當環境溫度≤27 ℃時，鍋爐爐墻及熱力設備和管道的保溫表面溫度應≤50 ℃；當環境溫度>27 ℃時，保溫表面溫度應≤環境溫度高加25 ℃[1]。但是隨著機組運行時間的增加，鍋爐保溫層會逐漸開裂、積灰，再加上在各種檢修中反復拆卸處及管道出墻處的保溫質量不良，導致保溫效果大大降低，從而擴大鍋爐熱量散失，造成人員燙傷等安全事件。為減少鍋爐能量損失、杜絕人員不安全事件，對華潤電力（常熟）有限公司3 臺機組保溫表面超溫情況進行全面摸底普查，并根據超溫情況估算出鍋爐散熱損失的絕對值，進一步治理鍋爐爐墻超溫問題。

1 鍋爐外墻保溫概況

鍋爐熱力系統保溫材料共分為6 種，分別是硅酸鋁、硅酸鋁管殼、巖棉管殼、巖棉板、高溫玻璃棉和硅酸鋁纖維繩。在管道保溫材料外面，安裝一層0.53 mm 的彩鋼板外護，在爐墻保溫外層安裝一層1.5 mm 的鍍鋅瓦楞板。

2 鍋爐外墻超溫情況及原因分析

利用FLIR T440 紅外成像儀對鍋爐外墻、爐外管道進行測溫，發現鍋爐及熱力系統設備保溫整體情況基本良好，超溫部位主要有：①燃燒器及熱風系統的熱風擋板、膨脹節；②爐本體的人孔、剛性梁；③爐外汽水管道的支吊架處；④制粉系統的磨煤機熱風盒、分離器、人孔等處。下面是各個設備超溫部位的基本情況。

2.1 燃燒器及熱風系統

燃燒器和熱風系統在整個鍋爐系統中超溫面積最大，主要超溫部位在熱二次風擋板、中心風擋板、燃燒器面板等處。超溫原因有：①這些部位從熱體內部伸出的金屬部件較多，比如擋板出軸，測點、支撐、法蘭等；②保溫厚度較小，如燃燒器面板，中心風擋板等；③熱風道夾層內部間隙大，熱空氣在各層風道之間的空隙內形成對流。

該系統典型的超溫情形如圖1、圖2 所示。

圖1 熱風膨脹節法蘭處紅外圖

圖2 燃燒器面板處紅外圖

2.2 鍋爐本體

鍋爐本體整體的超溫情況良好，尤其是爐墻部分，幾乎無超溫點。本體的超溫的主要部位和結構有人孔、剛性梁、折煙角區域、集箱、大罩殼穿墻管等。超溫原因有：①外露金屬超溫，如剛性梁；②保溫厚度不足和存在氣流對流，如人孔，穿墻管和集箱等；③折煙角區域超溫原因主要是保溫厚度不足，保溫結構不合理。

該系統典型的超溫情形如圖3、圖4 所示。

圖3 剛性梁處紅外圖

圖4 人孔門處紅外圖

2.3 爐外汽水管道

爐外汽水管道超溫大多為點狀分布，主要點有保溫內部摻縫不良處、管道支吊架處、安全閥和其他附件處、豎直管道保溫下沉斷層處等。超溫的主要原因有保溫層不均勻、管座處保溫棉填塞不實、保溫棉斷層、支吊架管部結構特殊等。

該系統典型的超溫情形如圖5、圖6 所示。

圖5 蒸汽管管座處紅外圖

圖6 蒸汽管支吊架及保溫斷層處紅外圖

2.4 制粉系統

制粉系統超溫部件主要有煤粉分離器、磨煤機人孔和熱風盒處等處，主要原因是這些部位從熱體內部伸出的金屬部件較多。

3 散熱損失計算

3.1 散熱量計算

工程上常遇到流動流體與溫度不相同的璧面之間的換熱，此時發生的熱傳遞過程稱之為對流換熱。顯然，鍋爐保溫外表散熱是溫度較高的保溫璧面向溫度較低的流動空氣進行的自然對流熱傳遞。在對流換熱過程中，熱流量的計算采用牛頓冷卻公式[2]：

式中 A——與流體接觸的璧面面積，m2

α——對流換熱系數，W/（m2·℃）

Δt——璧面溫度tw與流體溫度tf之差，℃

如果tw＞tf，Δt=tw-tf，反之Δt=tf-tw，即Q 恒取正值。

在環境溫度為35 ℃時，tw取超溫部件平均溫度，tf取35 ℃，A取超溫面積累積。華潤電力（常熟）有限公司這3 臺鍋爐為露天布置，考慮到風速對散熱的影響，α 取10 W/（m2·℃）。

根據紅外測溫統計結果，計算出單臺爐的額外散熱（表1）。

表1 單臺爐的額外散熱量

表1 中的散熱量合計為470 409 W，則單臺鍋爐每小時的散熱量為470.409×3600=1 693 472.4 kJ。

3.2 收益核算

標準煤是指熱值約為293 000 kJ/kg 的煤炭。它是標準能源的一種表示方法。由于煤炭、石油、天然氣、電力及其他能源的發熱量不同，為了使它們能夠進行比較，以便計算、考察國民經濟各部門的能源消費量及其利用效果，通常采用標準煤這一標準折算單位[3]。

由《火力發電廠技術經濟指標計算方法》得知，在電力行業其標準煤發熱量29 271 kJ/gk[4]，標煤單價取730 元/t，單臺爐的散熱量取1 693 472.4 kJ，鍋爐效率取95%，鍋爐年利用小時取5000 h。

則單臺爐每小時因額外散熱所耗費的標煤為：單臺爐的散熱量÷（標準煤發熱量×鍋爐效率）=1 693 472.4÷（29 271×0.95）=60.9 kg，即0.060 9 t。

每臺爐每年因額外散熱耗費的標煤為0.060 9×5000=304.5 t，3 臺鍋爐則為913.5 t。

因此，由于鍋爐保溫不良造成的能源浪費較大，做好鍋爐的保溫整治，可以有效促進火電廠節能減排工作，為守護綠水青山、開創美好生活做出貢獻。

4 結論

（1）用紅外測溫的方式可以普查出鍋爐超溫情況。

（2）鍋爐超溫現象主要出現在爐墻或管道外表面的不連續、熱體內部伸出的金屬部件較多部位。

（3）通過整治鍋爐外墻超溫，既可對節能減排做出貢獻，又能在人身安全預防方面起到積極作用。