锅炉各种热损失对锅炉效率的影响程度研究

锅炉各种热损失对锅炉效率的影响程度研究

贲国山

中国铝业股份有限公司广西分公司

【摘要】本文通过研究实验，对锅炉各项热损失的主要影响进行分析，针对某具体参数数值50%上下浮动范围变化探讨其他参数固定的方法，研究各个参数同时变化相同范围内对各项热损失与锅炉效率的影响程度，由此探讨锅炉各种热损失与锅炉效率之间的关系。

【关键词】锅炉;热损失;锅炉效率;影响程度

热平衡能确定锅炉有效利用热量、热损失、效率和燃料消耗情况，还能检查其设计的质量和运行的实际水平，用其分析导致热损失出现的最主要原因，工作人员才得以及时改进，确保锅炉效率。锅炉输出量也就是蒸汽与水吸收的热量在燃料输出热量的占比，就是锅炉的热效率，锅炉热平衡减去有效利用的部分则为锅炉的热损失，其涵盖的内容有q2排烟热损失、q3气体未完全燃烧热损失、q4固体未完全燃烧热损失、q5散热损失以及q6灰渣物理热损失^[1]。

锅炉的各项热损失对锅炉热平衡效率均产生影响，所以工作人员通过对热损失影响锅炉热平衡效率的权重因子进行分析，有助于提高锅炉热效率。

1.锅炉各项热损失的影响因素分析

1.1排烟热损失影响因素

q2指的是烟气离开锅炉末级受热面时带走的热量，这是锅炉主要的热损失，因排烟而带走的热量与排烟温度和烟气中各组分容积和比热有直接关系，排烟中各组分容积除燃料成分外，还与排烟处过量的空气系数大小相关。通常情况下，锅炉排烟温度很高，大致在150~250°C范围，因此其带走的热量也较多。中小型工业锅炉排烟温度正常来说在200°C以内，通常保持160°C，而排烟温度每降低12~15°C，那么有助于节煤1%。但实际操作中很多锅炉排烟温度甚至超出了200°C，排烟处过量空气系数达到1.7~2.5，对应的损失达到8%~20%。

烟气量增加和排烟温度增加相同，都会导致排烟热损失提高。锅炉漏风、鼓引风、配合不合理等原因也会导致过量空气系数更大，于是增大排烟热损失，导致炉膛温度降低，其他的热损失也增加。

1.2气体未能完全燃烧导致热损失

q3就是指燃烧过程产生的一氧化碳、氢气等未能完全燃烧，在烟气排走后就会带走大量热损失，从燃煤锅炉的角度来看，这项损失多取决于排烟处一氧化碳含量与过量空气的系数。如果过量空气系数较小，燃烧因为氧气量不足，就会导致化学燃烧不完全而加大热损失，如果过量空气系数较大，燃烧因炉膛温度降低，那么化学燃烧依旧不完全而加大热损失。另外，过量空气系数还会对烟尘的效果产生影响，燃烧时如果空气质量不好，燃料和空气混合不好，那么会发炭黑会形成黑烟，排尘量则加大，排尘浓度增加。由此可见，空气量是锅炉燃烧过程与除尘过程非常重要的因素，工作人员要解决锅炉合理配风、漏风以及烟道漏风的问题。

1.3固体未完全燃烧热损失影响因素

进入锅炉的燃料不会全部参与燃烧过程，一些固体碳颗粒等可燃物质会在锅炉内没被燃烧的情况下与炉渣与飞灰排出锅炉，未燃烧而损失的热量则为q4。固体不完全燃烧热损失包含内容有飞灰热损失、灰渣热损失以及漏煤热损失，通常机械化炉范围为5%~15%，少数能达到20%，一些4t/h的快装锅炉炉渣碳量为15%~20%，有的甚至达到30%，固体不完全燃烧热损失反映了煤炭燃烧完全的程度，可将其作为判断锅炉热效率的指标之一^[3]。

对固体不完全燃烧产生影响的因素有燃料种类、性质、燃烧设备、炉膛型式、燃烧方式、锅炉负荷、炉膛温度、运行水平以及燃料和空气流混合。

1.4炉体表面散热损失的影响因素

锅炉的运行过程中，因为保温材料不是完全绝热，其介质与工质热量会通过烟风道、炉墙、架构以及汽水管道外表散发，这些热量散失为q5。炉体表面散热损失的大小决定因素为锅炉外壁对应面积以及外壁温度，通常情况下锅炉散热损失小，可以在强化维护保养中修护整个锅炉本体与管道保温层，预防和减少产生热损失，将供热系统阀门与接头部位发生的现象消除，并在锅炉辐射段保温层内喷高温远红外涂料，有助于提高炉膛吸热的能力，避免过多的热损失^[4]。

1.5灰渣物理热损失影响因素

q6为灰渣物理热损失，表示炉渣在排出炉外以后将热量损失带走，如果燃料的灰分较大或是固体碳没能完全燃烧，灰渣的物理热损失均会增加。在锅炉的各项热损失中，灰渣物理热损失占比最小，将灰渣物理热损失降低，就要降低灰渣的出炉温度，减少排放量。

2.锅炉热损失的参数评价

锅炉运行时各项损失需要有运行参数来表现，所以对锅炉运行参数和锅炉热损失、效率权重的影响进行分析，对锅炉节能改造策略的总结具有重要意义。笔者参照GB/T15317-94《工业锅炉节能监测方法》的指标和《中国工业锅炉用煤的分类表》得出以下对应的参数^[5]。

表1锅炉实际运行参数合格指标

研究发现，确定以上参数后锅炉耗煤量、蒸汽焓值、给水焓值等均达到70%，且在这些指标合格时锅炉热效率也达到合格的标准。

3.热损失指标对锅炉效率的权重研究

要找出不同参数对锅炉各项热损失与锅炉热效率影响的因子并评价影响因子的影响程度，就要对其中某一个参数数值增减50%范围的变化研究其他固定的参数值，考察不同参数在其变化过程中对锅炉热损失与锅炉热效率的影响程度。研究发现，所有锅炉热损失都是随着锅炉热效率降低而增加，在固体未完全燃烧时热损失达到最大值，第二则是锅炉排烟热损失。如果锅炉热效率达到70%，固体未完全燃烧热损失q4是14.20%，那么排烟的热损失q2就是10.94%。另外，在锅炉热损失降低时，各项热损失在整体热损失总量中的比重增加，如果锅炉热效率一定，固体未完全燃烧，热损失占比就最大，其次为锅炉排烟热损失。如果锅炉热效率是70%，固体未完全燃烧热损失占总量47%左右，其次则排烟热损失预估在36%左右，其余各项占比值则是10%。

4.锅炉运行参数对锅炉效率的影响研究

在各项锅炉运行参数达到合格的标准后，对应的变化幅度在10%范围内，其他参数不便，用以探讨参数对锅炉热损失与锅炉效率的影响权重，可整理为表2的数据值。

表2锅炉各项参数对锅炉热效率影响情况

由上表可知，燃煤在基低位发热量的锅炉热效率影响达到最大值，且每增加209MJ/Kg，对应的锅炉热效率增加1.85%。因为燃煤受到基低位发热量为该煤种煤质指标的综合体现，和煤水分、灰分、挥发分、弹筒发热量有关，因此必然会对工业锅炉用煤的煤种分类产生影响。我国工业燃煤锅炉大多以烟煤质特征进行设计，热效率较低最主要的原因是燃煤煤种设计与其种类不匹配。另外，燃用的原煤灰分高和细末多，煤质多变也会使得锅炉飞灰含量增加，这就加大固体未完全燃烧的热损失。

5.结束语

在锅炉热效率达到一定值时，固体未完全燃烧热损失在所有热损失中占比和权重最大，所以影响锅炉热效率的情况也最大，其次则是锅炉排烟热损失。导致固体未完全燃烧热损失较大的主要原因为锅炉燃用煤种煤特征和锅炉设计煤种不匹配，因此相关工作人员要重视这些问题，在日常工作中加以规避，减少锅炉热损失的产生和能量的消耗，最大程度提高锅炉燃烧的效率。

参考文献

[1]杜勤第.电厂煤粉锅炉燃烧优化控制研究[D].济南大学,2015

[2]章云锋.燃煤电站锅炉氧量和效率软测量研究[D].上海交通大学,2013

[3]张国光,隋艳.排烟热损失对燃煤工业锅炉热效率的影响[J].洁净煤技术,2015,11(2)

[4]刘昭岩.工业锅炉能效测试方法及相关节能研究[D].大连理工大学,2016

[5]李丰泉,李迎春,马骏.煤中水分变化对锅炉热效率的影响分析及修正计算[J].内蒙古电力技术,2018,2(11)