關(guān)于鍋爐系統(tǒng)能耗分析與優(yōu)化方案評價(jià)

霍如偉 李玉龍 李磊 高凱

摘要：本文研究的主要內(nèi)容為鍋爐系統(tǒng)的能耗分析，從提升鍋爐熱效率和降低排煙溫度等主要方面開展，在建立鍋爐系統(tǒng)數(shù)值模型的基礎(chǔ)上，分析影響鍋爐能耗的因素，最后根據(jù)實(shí)際具體的案例，闡述了相應(yīng)的優(yōu)化方案，并對今后節(jié)能工作的潛力進(jìn)行了分析，本文內(nèi)容希望能夠成為鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行效率，不斷提升的重要參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐系統(tǒng);能耗分析;優(yōu)化方案;評價(jià)

1.模型建立

鍋爐系統(tǒng)的構(gòu)成部分有兩種，分別為風(fēng)煙和汽水系統(tǒng)。鍋爐的熱效率計(jì)算有固定的的公式和方式，按照相應(yīng)的計(jì)算方式，能夠得到各個(gè)部分的熱損，得出鍋爐能耗的影響因素。

反平衡效率計(jì)算公式如下：

2.影響因素分析

2.1排煙溫度對鍋爐效率和排煙熱損失影響

圖1數(shù)據(jù)中能夠清晰看出，當(dāng)排煙的溫度不斷上升，鍋爐煙氣排量也在隨之增加，那么排煙的熱損失則會(huì)越來越大。由圖中的數(shù)據(jù)可以看出，排煙溫度每增加10-15℃，q2的增加幅度為1%，鍋爐的熱效率降低，幅度同樣為1%，出現(xiàn)這種情況是因?yàn)楦邷責(zé)煔庠斐蔁釗p大大增加。鍋爐排煙溫度的高低受鍋爐受熱面積的影響，只有將排煙溫度進(jìn)行控制，使其在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行降低，才能讓排煙熱損失降低，進(jìn)而讓鍋爐尾部的受熱面積擴(kuò)大。不管是煤粉爐還是油、氣鍋爐，熱損失最大的一項(xiàng)便是排煙熱損失，占比達(dá)到了5%-10%。

2.2空氣系數(shù)對鍋爐效率和排煙熱損失影響

由圖2所知，空氣系數(shù)α增加，排煙熱損失也在不斷增加，空氣系數(shù)與排煙熱損失的關(guān)系是正相關(guān)的;空氣系數(shù)α增加，鍋爐熱效率呈現(xiàn)減小的趨勢，當(dāng)空氣系數(shù)每增加0.1，熱效率便會(huì)隨之減小0.8%-1%的范圍，這種情況之所以出現(xiàn)，是爐膛結(jié)構(gòu)和燃料燃燒不充分造成的，但整體來講，空氣系數(shù)與鍋爐熱效率的關(guān)系是負(fù)相關(guān)的。q2隨α的增加而增加，q3隨α的增加而減小，而q4隨α的增加先減少后增加。

2.3入口冷空氣對鍋爐效率和排煙熱損失影響

由圖3可知，當(dāng)入口冷空氣不斷增加的時(shí)候，排煙熱損失是逐漸減少的，當(dāng)井口冷空氣的溫度增加到10℃的狀態(tài)下，排煙熱損失變回隨之減少0.8%-1%，入口冷空氣和排煙熱損失的關(guān)系是負(fù)相關(guān)的;但與此同時(shí)，鍋爐熱效率則呈現(xiàn)增加的趨勢，當(dāng)井口冷空氣溫度增加到10℃的狀態(tài)下，熱效率便會(huì)隨之增加0.8%-1%，入口冷空氣和鍋爐熱效率的關(guān)系是正相關(guān)的。

2.4爐渣含碳量對鍋爐熱效率和固體未完全燃燒熱損失的影響

由圖4可知，爐渣含碳量在8%上升到18%的情況下，鍋爐的熱效率下降了2個(gè)百分點(diǎn)，這一數(shù)據(jù)不甚明顯，說明爐渣含碳量對鍋爐整體的熱效率不會(huì)造成太大的影響。但是爐渣含碳量會(huì)比較大的影響固體未完全燃燒熱損失，以及爐渣顯熱損失，當(dāng)固體在沒有完全燃燒導(dǎo)致熱損增加的情況下，鍋爐系統(tǒng)的熱效率會(huì)顯著減少。

2.5爐渣溫度對鍋爐效率和爐渣顯熱損失的影響

由圖5所示，爐渣溫度在500℃的范圍達(dá)到950℃，鍋爐熱效率下降0.3%，這一數(shù)值比較小，表示爐渣溫度對鍋爐熱效率的影響不大。但是爐渣溫度對爐渣顯熱損失卻有著極大的影響。

3.鍋爐系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方案

經(jīng)過上述分析，我們以某鍋爐廠為例，在遵循可操作性原則的基礎(chǔ)上，對該鍋爐廠進(jìn)行改造。針對不同的技術(shù)和工藝，制定了七種改造方案。原有鍋爐系統(tǒng)的相關(guān)原始/基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、計(jì)算性能指標(biāo)數(shù)據(jù)如表1、2所示。

方案一：在分層燃燒技術(shù)的幫助下，鍋爐的排煙溫度降低到190℃，爐渣含碳量降低到12.23%;

方案二：在強(qiáng)化傳熱技術(shù)的幫助下，為鍋爐系統(tǒng)增加空氣預(yù)熱器，鍋爐的進(jìn)口冷空氣溫度得以升高，達(dá)到70℃，排煙溫度上升到245℃，爐渣含碳量降到17%;

方案三：在鍋爐系統(tǒng)中，額外設(shè)置保溫技術(shù)，從而降低鍋爐的散熱損失系數(shù)，直至降低到0.5;

方案四：在分層燃燒技術(shù)和強(qiáng)化傳熱技術(shù)的幫助下，對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低排煙溫度到200℃、降低爐渣含碳量到13%，同時(shí)增加冷空氣進(jìn)口溫度預(yù)熱達(dá)到55℃的范圍。

方案五：在強(qiáng)化傳熱和保溫技術(shù)的幫助下，對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，分別降低冷空區(qū)進(jìn)口溫度和散熱損失系數(shù)到55℃、0.5，增加排煙溫度到235℃;

方案六：在分層燃燒和保溫技術(shù)的幫助下，對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低排煙溫度、爐渣含碳量以及散熱系數(shù)，分別降低到195℃、13%、0.5;

方案七：在分層燃燒、強(qiáng)化傳熱和保溫技術(shù)的幫助下，對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低排煙溫度、爐渣含碳量、散熱損失系數(shù)，分別降低到170℃、12%、0.7，提高冷空氣預(yù)熱溫度到50℃。

4.結(jié)論

根據(jù)本次研究，得出了以下幾個(gè)結(jié)論：

第一，排煙溫度或冷空氣溫度每增加10-15℃，鍋爐排煙熱損失減少0.8%-1%，鍋爐熱效率提高0.8%-1%，最佳空氣系數(shù)α應(yīng)使q2、q3和q4三項(xiàng)損失達(dá)到最小，有個(gè)最佳值，爐渣含碳量和溫度對鍋爐整體熱效率在2%以內(nèi)。

第二，影響鍋爐熱效率的關(guān)鍵因素及其權(quán)重從大到小依次為：排煙溫度、燃料揮發(fā)分、空氣系數(shù)、鍋爐容量、冷空氣溫度、爐渣含碳量、爐渣溫度，為鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能改造方案提供理論基礎(chǔ)。

第三，分層燃燒技術(shù)、增加空預(yù)器和保溫措施，能夠大大提升鍋爐熱效率。

參考文獻(xiàn)

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