燃气锅炉低负荷供热优化运行

【摘要】为了在燃气锅炉机组安全运行前提下不断降本增效，本文将结合长沙锅炉有限责任公司的50t/h 燃气锅炉低负荷供热优化案例分析，提出若干锅炉低负荷运行技术主要应对措施。

【关键词】燃气锅炉，低负荷运行，腐蚀，送风挡板门

中图分类号：TK229文献标识码： A

一、前言

结合近些年我国大型锅炉低负荷稳燃问题发现，在蒸汽锅炉的运行过程中，经常会发生一些给水系统振动事故，严重影响锅炉的安全运行。本文将综合文献和工作实践，从降低着火热、强化着火供热等低负荷稳燃影响因素入手，分析锅炉低负荷运行技术主要操作措施。

二、案例剖析：长沙锅炉有限责任公司的50t/h 燃气锅炉低负荷供热优化

1. 基本情况介绍

本锅炉是长沙锅炉有限责任公司负责设计制造的50t/h 燃气锅炉――ZS 系列快装水管燃气蒸汽锅炉，并根据用户的特殊技术要求而设计的。本锅炉为双锅筒纵置式自然循环蒸汽锅炉，整体布置为“D”结构，炉膛深度方向和对流烟道平行，炉膛位于右侧，采用全膜式水冷壁，整个水冷系统支撑于锅炉底座上。沿锅筒长度方向可以自由向前膨胀，底座上设置了滑动支座。尾部布置翅片管省煤器，以提高锅炉热效率，防止锅炉本体造成低温腐蚀。由于锅炉的炉膛水冷及对流管束外侧均采用全膜式水冷壁，因此锅炉具有密封性好，工作可靠稳定，锅炉传热效率高(锅炉热效率≥92%)。为保证燃烧完全，配备了意大利欧保设计制造的EC15GR型工业燃烧及配套电控设备，具有良好的调节能力，可保证锅炉负荷在20%～110%之间任何工况下运行，启动和停炉方便快捷，安全可靠，自动化程度高，具有高低水位声光报警，极低水位，汽压超高和中途熄火停炉保护等装置，在国内外电力系统上享有良好的声誉，用户遍及全国各地，在国内同行业中具有一定的优势。该锅炉本体受压部件组装成一个大部件整体出厂(锅炉本体外护板及保温在用户工地安装)，起吊重量约80 吨，这将成为国内锅炉行业少有的产品。特别适用于燃天然气热电厂、火力发电厂的启动燃油、气锅炉及核电厂辅助蒸汽热备用锅炉，也可用于工业、生活供汽。

2. 锅炉低负荷运行带来的技术问题

该锅炉设计额定负荷为50t/h,作为工业园区先行建设的热源点，机组投运初期仅有一家制药厂正式投产，其他热用户大多处于基建或者试生产阶段，供热流量基本维持在12～15t/h,左右，最小时甚至低至4～5 t/h。由于供热量远离最佳燃烧负荷，有时候甚至需要适度开启排汽阀泄压才能保证燃气锅炉的稳定燃烧。鉴于短时期内，燃气锅炉的低负荷燃烧不可避免，探讨低负荷运行也就具有一定的必要性，以确保锅炉的安全稳定燃烧。

2.1 低负荷运行时,锅炉水循环可靠性下降，水冷壁管爆管可能性增大

燃气中压锅炉水循环采用自然循环方式，即依靠工质的密度差而导致水在炉内的循环流动。锅炉的水冷壁在炉膛的高温火焰强烈辐射作用下，能够长期安全可靠地工作，主要决定于水冷壁管能被管中的水很好地冷却到20号碳钢的极限允许温度480℃以下。为此，必须维持汽水混合物在向上的流动过程中具有足够的循环流速，使水冷壁内壁始终有一层连续冲刷的水膜。锅炉低负荷运行时，因为锅炉投入燃料量少，整个炉膛温度下降，水冷壁受热减弱，对锅炉水循环产生一些不利影响，甚至会造成管壁超温爆管。

2.2 低负荷运行时，锅炉燃烧稳定性下降，炉膛爆炸可能性增大

锅炉燃烧工况的好坏对锅炉运行的安全性、经济性影响很大。保证锅炉稳定燃烧是锅炉安全可靠、经济运行的必要条件。锅炉炉膛燃烧的稳定性取决于燃烧器和炉膛的空气动力工况，即燃料、空气的混合和燃烧产物的运动情况。锅炉低负荷运行时，因为燃气流量较小,偏离最优燃烧状态下火焰分布,炉内空气动力工况变化很大，燃烧稳定性下降。炉膛温度大幅度降低，火焰充满度差，影响燃料的着火和正常燃烧，造成燃烧不完全。

2.3 低负荷运行时，过热器受热减弱，难以保证额定蒸汽温度

锅炉的过热器具有对流式汽温特性，当锅炉负荷降低时，出口汽温也随着下降，由于锅炉的过热器受热面固定不变，就难以维持额定的汽温。因此随着锅炉负荷的降低，过热蒸汽温度逐步下降，当过热蒸汽温度下降到低于额定值时，汽水系统受热面工况将进入危险区，这时的负荷被称为技术上的最低允许负荷。

2.4 低负荷运行时，汽包水位的自动调节困难

给水自动调节的任务是使给水量适应蒸发量，使汽包水位保持在规定范围内。给水调节阀调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量3个信号控制。其中汽包水位是主信号，它的任何扰动都引起水位变化，使调节器动作，从而通过执行器改变给水调节阀的开度，使水位恢复至规定值。蒸汽流量作为前馈信号，防止虚假水位引起误动作。给水流量作为介质反馈信号,提前感知给水压力变化，在汽包水位波动之前就进行调节。因为给水调节阀受以上3种信号的作用，所以才保证了水位的自动调节质量。锅炉低负荷运行时，,给水调节阀只接受水位信号进行调节，调节质量下降，汽包水位波动剧烈，使汽包水位的自动调节困难。

2.5 低负荷运行时，低温腐蚀加剧

低负荷运行时，炉内各部温度均不同程度下降，最终排烟温度降低，对省煤器部分影响尤为明显。与燃煤锅炉类似，燃气锅炉低温腐蚀也是由于酸性物质引起的一种腐蚀，也即天然气在燃烧过程中产生的二氧化碳遇到冷凝水后形成碳酸（CO2+H2OH2CO3），从而导致锅炉部件的低温腐蚀。由于碳酸属于弱酸，且极易挥发，故而燃气锅炉的低温腐蚀往往被忽略，没有引起足够重视。

另外，燃气锅炉低负荷时还存在一定的化学腐蚀，省煤器部分的金属外表面与氧和水发生化学极易反应。这种腐蚀是活性铁在氧的作用下与烟道冷凝水发生化学反应生成氢氧化亚铁，再进一步氧化生成氢氧化铁{Fe+O2+ H2OFe（OH）2，Fe（OH）2+O2+ H2OFe（OH）3}

2.6 由于低负荷运行时不可避免会产生一定的凝结水，尤其是省煤器部分。该型式的省煤器由于在设计时考虑不周全，在省煤器壳体内下侧布置有大量的硅酸铝保温棉，使得锅炉运行时产生的凝结水长期积聚在保温棉内，省煤器底侧换热管被包覆其中，严重加剧了换热管的氧化腐蚀。

三、锅炉低负荷运行技术主要应对措施

锅炉低负荷运行时，由于炉膛温度水平降低,未燃尽碳损失增加，锅炉效率明显下降。燃煤的性质，锅炉燃烧工况以及设备系统运行方式不但是影响锅炉低负荷安全稳定的重要因素，而且是影响锅炉低负荷运行效率的重要因素。同时，低负荷运行时锅炉辅机运行效率大幅下降，自用电率增加。对采用电动给水泵的机组，其自用电率增加尤为明显。

1.优化配风方式

锅炉低负荷运行时要合理配风，及时根据燃气流量调整燃烧器送风挡板开度，使火焰呈桔黄色,避免造成不完全燃烧。适时调整送风挡板处于关闭状态，防止造成炉膛温度降低，着火推迟，火焰拉长，炉膛出口烟温升高。

2. 合理控制过量空气系数和减少漏风

运行中，要严格控制送风机变频转速和送风机挡板门的开度，使炉膛负压保持在规定范围，合理控制过量空气系数和减少漏风，维持燃烧器低氧燃烧。

3. 送风机采取变频器变速调节方式，避免风机工作点落入喘振区

送风机安装变频器，改变风机叶轮的工作转速，从而改变风机的Q -P特性曲线，由此改变风机的工况，避免风机工作点落入喘振区。当锅炉在低负荷运行，需要降低送风机流量时，只需手动操作变频器转速调节旋钮，降低风机转速，就可以迅速实现风量调节。除按时进行送风机巡检外，还应组织设备管理人员、维护人员每周对送风机进行检测与维护(测震动、轴承加油、电机轴承测温)，发现问题及时解决，消除风机故障造成停炉的隐患。

4. 停用面式减温器，保证过热蒸汽温度

对过热蒸汽温度，有两类调节方法：一是通过增减面式减温器减温水量调节汽温；二是通过改变锅炉内辐射受热面与对流受热面吸热量分配比例来调节汽温。锅炉低负荷运行时，流经过热器的烟气温度从下降幅度较大 ，为保证蒸汽温度，面式减温器减温水全部停用。如果仍然达不到额定温度，则停用下排燃烧器，投用上排燃烧器，抬高火焰中心，进而提高流经过热器的烟气温度。

5. 由以上分析可见，锅炉腐蚀主要是因为冷凝水的存在而导致的，因而控制锅炉冷凝水的生成是减轻燃气锅炉产生腐蚀的关键。目前经常采用的几种措施有以下几种：

a) 控制过量空气系数 过量空气系数的大小直接决定了烟气中游离氧分子的多少，氧分子越多，金属表面发生氧化反应的几率就越大。故此，燃气锅炉应该在调试过程中进行烟气含氧量检测，根据经验，一般应将空气过量系数控制在1.2以下；在实际运行中，如果燃气压力波动较大时需要重新进行检测和校验，以达到控制烟气中氧含量，降低炉内金属表面发生氧化反应的目的。

b) 尽量减少锅炉内部部件与游离氧分子的接触 由于目前天然气成本较高，我厂燃气锅炉只是作为大机组停运时的备用锅炉，并不是连续运行。有较大一部分时间燃气锅炉是作为备用而停运的，然而送风机挡板门通常会保持停炉时的打开位置，此时冷空气在烟囱大抽吸作用下持续在炉膛内流动，使得锅炉在受热面上连续产生凝结水，加之不断补充的游离氧分子造成炉内部件的腐蚀。故而，操作人员应在锅炉停运时检查送风挡板门的实际开度，并采取措施使之处于全关位置，以减少炉膛内部空气的持续流动，进而降低炉内部件的持续腐蚀。

6.采取必要措施尽量减少炉膛内不凝结水积聚 针对原设计的不合理之处，拆除了壳体内下侧的保温材料，对省煤器壳体疏水系统全面改造，以强化疏水，保证壳体内部的凝结水及时排入疏水管道。

四、结束语

综上所述，在锅炉低负荷运行状态下，采用多种调整方式技术可行，比如保持足够的火焰强度、保持合理的炉膛压差等，都有助于安全运行，节能降耗。这些经验和操作技巧值得我们去推广和应用。

参考文献

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