蒸汽锅炉的新型节能炉拱研究与应用

摘 要:分析了现在使用的蒸汽锅炉的弊端,指出提高蒸汽锅炉效率的方法,即采用新型节能炉拱技术,以及应用效果。

关键词:蒸汽锅炉;炉拱的作用;新型节能炉拱技术;效果和经济效果分析

中图分类号:TV

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)12-0334-02

1 前言

五矿锅炉房有三台锅炉,其中1号锅炉为链条蒸汽锅炉(KZL4-13型号),即正传链条炉排锅炉,该蒸汽锅炉热效率较低,热效率只有70%。

由于结构设计不合理,制造质量不良,辅机配套不协调,锅炉超期服务、老化,可用煤种与设计不符等,都会造成锅炉出力不足、热效率低下等问题,结果是能源消耗量过大,甚至不能满足生产要求。五矿的1号锅炉,就是超期服务、老化,用煤种与设计炉拱不符,造成能源消耗量过大,不能满足生产要求。对于上述的锅炉,采取技术改造炉拱,解决问题,经济合理。

2 炉拱作用

炉内燃烧是一个非常复杂的热化学反应的系统工程,炉膛内的烟气动力场受多方面因素制约.合理组织炉内的热幅射和烟气流动,加强炉内烟气搅动,混合,强化火床和炉膛烟火内的燃烧,维持火床和炉膛高温是前中后炉拱重要作用的体现.前拱偏重于引燃新煤,中后拱侧重于强化主燃区和烤渣燃尽.合理的拱形和尺寸,前中后拱的最佳配合,能使锅炉达到消烟排尘,安全,高效,经济运行。炉拱的好坏,对燃料的消耗多少,起着决定作用。

3 现状分析

五矿1号蒸汽锅炉,为武汉锅炉厂生产的,正转链条锅炉,于1983年1月投入运行,蒸汽锅炉正常使用年限为14年(国家标准)。设计煤种为烟煤、无烟煤、褐煤,对煤种要求比较苛刻。目前,1号锅炉的炉拱,适应煤种较广,不能适应五矿单一烟煤的煤种,导致锅炉燃烧不是很充分,煤容易结焦下红渣,燃烧效率比较低,不能达到满负荷;而且烟气含硫量较大,对环境污染严重,影响周围环境,又对尾部烟道、除尘、引风机腐蚀严重,导致尾部烟道漏风,严重影响锅炉的负荷,且每年检修费用高。

1号锅炉采用耐火挂砖构筑炉拱,分上下两层。由于锅炉常年受高温烟气冲刷,以及开停炉造成的耐火挂砖的热胀冷缩,导致炉拱开裂、部分塌落,炉拱拱径跨度大,中心角度小,喉径长且高,支撑强度差。

1号锅炉前拱短而高,后拱倾斜角度大,有效覆盖率小,导致前拱火焰少,旺盛燃烧区狭窄,炉膛温度低,煤在炉排上不能均匀燃烧或燃烧不充分,煤渣含碳量高,严重影响锅炉出力。

4 改造方案

1号蒸汽锅炉为KZL4-13型号锅炉,设计煤质为烟煤、无烟煤、褐煤,发热量为5800kcaL/kg,可燃质挥发物>20%。1号蒸汽锅炉在实际运行中,能燃烧工作质低发热值5000 kcaL/kg上下的燃料,燃烧效率高。经过观察和论证,决定根据KZL4-13型锅炉,对原锅炉后拱、中拱、前拱进行改造,使其能适应五矿单一烟煤的煤种,可以改善燃烧状况,提高燃烧效率,减少燃煤消耗。

1号锅炉炉拱改造前,前拱采用低前拱,后拱短而低,不适用于烟煤的煤种。改造后前拱为高前拱,中后拱采用“人”字炉拱,“人”字形中后拱,有效的组织燃料燃烧形成了高温烟气,使炉前高着火区煤的挥发物,更好的着火燃烧,改善了排烟黑度,也提高了蒸发量。

改造前,前拱角度为35°,后拱高度到炉排为400mm,中拱高度到炉排500mm,中后拱中间到炉排430mm,炉拱厚度为270mm,拱形为半圆形,中后拱长度为1400mm,为后低前高的斜拱。

改造后,前拱角度为45°,后拱高度到炉排550mm,中拱高度到炉排400mm,中后拱中间到炉排高度为470mm,炉拱厚度为270mm,拱形为半圆形,中后拱长度为1900mm,比原来中后拱,向前拱方向加长500mm,为中间高的“人”字形炉拱,前中后拱都用铝酸盐水泥,配大中小石子、钢纱,按铝酸盐水泥为6,中小石子、钢纱为1的比例,混合后,拌匀,浇注成前中后拱。浇注热稳定性好,耐冲刷,施工制作方便;现场支模,增加拱形可塑性,增强整体性和气密性;改两层砖拱为一层浇注,不易脱落,强度增加,经久耐用。施工时要振捣密实,浇注后自然养护15天后,才可以烘炉和使用。

由于改造后,中后拱中间高,又向前加长了500mm,使烟气流速加大,烟气流程加长,火焰中心前移,延长了烟煤的燃烧时间,增加烟气流程,增大了受热面和辐射受热面。辐射受热面的传热,按正比例10000的速度传热辐射,再由公式 C+O2高温烟气800℃CO2,即冷空气与煤炭混合,生成CO2的同时,出现大量高温烟气,温度由原来500℃,提高到800℃。高温烟气进入对流管束(水冷壁管)、烟管等,增加了对流管束受热面和辐射受热面。

节能型炉拱由前拱“S”形和中后拱“人”字形组成,喉径缩短,倾斜角度减小,压低并加长后拱,以增加热辐射面积,使炉拱覆盖率达到80%,甚至90%。

前拱“S”形使热辐射容易聚焦,迫使煤在前拱火床着火,高温烟气上升并对流回旋,形成火球,提高炉膛温度;“人”字形使后拱压低,扩大热辐射面积,使煤在后拱区二次燃烧,保证原煤燃尽,和处于良好燃烧状况。

改造后的炉拱,耐温可达1 500℃-1 700℃左右,耐火强度高达6 MPa,比以前大幅提高。

5 实际运行效果分析和经济效益分析

从改造后的热态运行情况看,和河南煤矿安全监察局锅炉检验中心检测,1号锅炉能从满负荷4t/h的70%,提高到79%运行。燃烧挥发份13.54-32.49%的烟煤,负荷都能达到满负荷4t/h的90%,而且燃烧状况良好,炉渣可燃物保持在8-10%,比以前大大降低,锅炉燃烧效率可提高11%左右。1号锅炉改造效果十分理想,达到了预期目的。

2009年5月12月,对1号锅炉节能炉拱测试,现在1号锅炉,比以前上火快,燃烧旺,持续时间长。现在1号锅炉,每个小班用四车原煤(每车装原煤1吨),往年同期用5车煤,比往年节约1车煤,节省燃料20%。

参考文献

[1]沈贞眠.司炉读本(第四版)[P].辽宁省质量技术监督局锅炉压力容器安全监察处,2006,(9).