燃油锅炉节能技术改造研究

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摘 要：以某石化企业油田热电厂的三台75t/h高压燃油锅炉为节能改造的研究对象，对燃油锅炉进行了正反热平衡计算、反平衡分析、烟气数据分析和热力计算得到锅炉的热效率、各项热损失大小，对计算结果进行了分析，归纳出燃油锅炉存在排烟损失偏大的问题。

关键词：燃油锅炉；热平衡；空气预热器；无机传热技术

前言

通过改善燃烧、强化换热及热回收新技术试验，对全厂过程能量的转换、传递、利用和回收过程进行技术更新，实现高效率、低能耗、低污染的综合利用。

1 油田热电厂高压燃油锅炉的运行现状

某石化企业热电厂的三台75t/h高压燃油锅炉主要任务是为油田主要厂区各生产装置提供动力用汽及生产工艺用汽。三台燃油锅炉采用高参数蒸汽，先发电后供汽，逐级利用。锅炉产生的高压蒸汽（10Mpa，温度520℃）为两台6000kW的高压背压汽轮机组做功发电。做功后排出的中压蒸汽（压力3.7Mpa，温度410℃）一部分进入一台中压汽轮机发电机组继续做功发电，一部分自用，其余的中压蒸汽向外输送供生产装置的动力用汽和工艺用汽。中压背压汽轮机发电机组排出的低压蒸汽除一部分自用外，其余的低压汽也向外输送。目前，这三台高压燃油锅炉的运行状况同样面临着由于燃油的重质化和劣质化以及设备陈旧老化等问题而引起的燃烧状况趋于恶化的困境。锅炉的耗油量增大，热效率降低。根据初步调查和分析，认为可能存在着以下一些问题：即燃烧状况不佳，燃烧系统有待进一步改进；锅炉的排烟损失较大，省煤器和空气预热器有进一步改造的必要性。为了进一步对锅炉存在的实际问题作具体深入的分析，就要对锅炉的运行状况进行全面的热平衡标定。

燃油锅炉热效率的正反平衡计算

为了对锅炉运行状况做出具体的分析，就必须根据所测的数据进行分析计算。在这里主要对锅炉进行了正反热平衡计算，求出了锅炉热效率的大小。通过反平衡分析，计算出锅炉存在的各项热损失的大小；同时通过烟风数据的分析及热力计算，了解锅炉在结构上存在的缺陷。通过以上分析，我们就可以对锅炉存在的问题做出具体准确的诊断，为锅炉改造方案的提出提供事实基础。表1给出了热电厂三台燃油锅炉测试的主要原始数据。

本次锅炉标定对象是热电厂1、2、3#燃油锅炉。标定的主要目的是确定燃油炉的燃烧是否充分，了解燃油炉的热利用率程度和确定燃油炉的废气、废热排放程度。标定的内容包括锅炉在不同稳定工况下运行时的蒸汽参数、烟气参数、空气参数以及燃油数据等。标定工作是在严格的技术要求和规范下的，因此获得了真实准确的数据。最后在标定数据的基础上，经过整理和筛选，我们进行了锅炉的正反平衡计算。所有的计算结果都汇总在表2中。

从计算结果总表中我们可以看出，锅炉的排烟损失偏大：2、3#高压炉的排烟损失更大，普遍在10%左右，与设计值6.002%相比偏高了许多；可见排烟损失过大是降低锅炉热效率的主要因素。同时所标定的燃油锅炉也存在着大约1%左右的散热损失，与锅炉的设计值相比也普遍偏高，所以也是影响锅炉热效率的不可忽略的因素。

对于各项损失产生的原因及锅炉存在的问题，作以下具体的分析：对于热电厂1、3#高压炉，过量空气系数过大是造成锅炉排烟损失过大的主要因素，而造成锅炉过量空气系数过大的主要原因是锅炉燃烧状况不佳，燃烧不充分和锅炉的漏风太严重；而对于热电厂2#高压燃油锅炉，排烟温度过高和过量空气系数过大是造成锅炉排烟损失过大的主要因素，说明锅炉同样存在较为严重的漏风现象和燃烧状况不佳的问题，此外这台高压锅炉的空气预热器的效率不高，不能较充分地回收烟气余热，因此空预器也有改造的必要。由于2#高压锅炉的排烟温度过高，同时过量空气系数过大，造成锅炉排烟损失很大，锅炉存在严重的漏风现象和燃烧状况不佳的问题，可见这台高压锅炉的空气预热器效率不高，不能较充分地回收烟气余热，因此需要对2#燃油锅炉的空气预热器进行更新设计。从而减少锅炉排烟损失，提高锅炉热效率，使锅炉运行更加经济。

根据对热电厂锅炉的热平衡标定提供的设计参数（如表3所示），对2#高压燃油锅炉原有的空气预热器进行改造设计。从表3中可以看出：该燃油锅炉排烟温度过高，基本测定在208℃左右，烟气热损失较大，大量的热量随烟气排入大气，即浪费了能源，又造成了环境的热污染。而过量空气系数过大是造成锅炉排烟损失过大的主要因素。通过对原有空气预热器进行改造设计，以便降低排烟温度，减少热损失，提高锅炉的热效率。最终达到节省燃料的目的。

表4列出了改造后的2#燃油锅炉空气预热器的热力计算结果。经过计算，将排烟温度由原有的208℃降低到现在的158℃，降低了50℃。大大减少了排烟损失。经预热器加热后的空气温度由原来的130℃提高到现在的239.8℃，提高了将近110℃。空气和烟气侧的流速、阻力皆符合设计要求。该空气预热器的换热量为4082KW，同原有相比，多回收了近1.5倍的热量，提高了燃油锅炉的热效率。

2 设备的投资概算与回收预测

2.1 设备概算

按给定条件设计，设备概算如下：（1）无机传热空气预热器120万元；（2）差旅费、调研费、设计费 15.6万元；（3）设备标定费10.0万元；（4）运费 2.5万元；（5）设备调试、技术服务费 13.4万元；（6）保温材料费、防火门等15.8万元；（7）拆除费10.0万元；（8）设备的安装、改造费32.0万元其中，人工费20万元，材料费12万元；（9）吹灰器系统15.0万元。以上各项总计项目总投资为 234.3万元。

2.2 设备回收期预测

改造后的新型热管式空气预热器共回收热量为4.082MW，原有空气预热器回收热量Q1=Vk（Ck2t2-Ck1t1）/3600/1000=1.731 MW。多回收热量2.351 MW，折合846.36×104kj/h。燃料的发热值为41031kj/kg，锅炉的热效率按90%计算，

则燃料的节约量： 846.36×104/41031/0.9=229.2kg/h。

每年锅炉的运行时间按8000小时进行计算，

则每年节约燃料为229.2×8000/1000=1833.6吨/年

渣油的价格按1000元/吨计算，则每年节约燃料费为1833.6×1000=183.36万元。

项目的改造投资费用为 234.3万元。

投资回收期为：234.3÷183.36=1.28年=467天，设备的投资在不到470天的时间即可收回全部改造投资。

3 结束语

本章热管式空气预热器的设计是在前面热电厂燃油锅炉改善燃烧状况的基础上，为进一步提高锅炉的热效率而提出的，是本次锅炉设计改造的一个重要组成部分。通过对锅炉余热回收需要考虑的特点分析，以及对热管的主要特点和无机传热技术性能的了解，在设计过程中主要是采用新型无机传热热管作为传热元件，对锅炉的空气预热器进行了热力计算和结构设计，并进行了投资概算和回收期预测。得出设备投资在不到470天的时间内即可全部回收。（1）对热电厂进行节能技术改造，首先需要进行燃料的燃烧和燃油锅炉的热平衡计算，这是最基础的工作。通过对油田热电厂燃油锅炉的运行状况进行全面的调查，摸清了燃油锅炉能耗现状，分析了存在的问题及能量利用的薄弱环节，提出了具体改造意见，并为后面的助燃剂试验以及空气预热器改造热力计算提供依据。（2）新型高效无机传热热管式空气预热器的设计是在前面热电厂燃油锅炉改善燃烧状况的基础上，为进一步提高锅炉的热效率而提出的。无机传热式空气预热器都具有设备结构简单，维修方便，设备的使用寿命长等优点。而无机传热式空气预热器则可根据场地情况或特殊换热介质（两种介质不允许混合）制作成分离式换热设备等。其独立的传热元件不会因单支传热元件的损坏而影响设备的运转和工程停产，这是其他常规换热设备无法比拟的。（3）由于时间所限，本设计没有对燃油锅炉内和空气预热器内吹灰做相应探讨。因为稠油燃料灰分大，在炉管外表面容易积灰，不易清除，需要经常停炉清灰，浪费时间，损失很大，因此可以探讨采用何种办法可在不停炉的前提下做到清灰的目的，减少因停炉造成的损失。