锅炉汽轮机节能及运行管理探讨

刘 晨

（临沂市工程咨询院有限公司， 山东 临沂 276000）

0 引言

锅炉汽轮机在运转过程中会消耗大量的能源，并造成环境污染。在具体的工作中，要根据实际情况，选择科学合理的方法，从多个方面进行有效改善，如引进先进的节能技术、做好日常的运营管理等，确保锅炉汽轮机在最优的工况下运转，从而达到减少锅炉汽轮机能量消耗的目的，充分发挥其生产功能，促进企业可持续发展。

1 锅炉汽轮机节能运行中的现状问题

锅炉汽轮机在节能运行中，主要有以下三个方面的问题。一是锅炉的热效率不高。锅炉汽轮机容量过低，燃烧不完全，从而使其热效率下降。高温废气更增加了热能的散失。但在大容量的锅炉汽轮机中，往往会出现低负荷工作的情况，这样，不但会造成更多能量消耗，而且燃烧效率会下降，从而导致燃烧条件恶化。二是自动控制技术有待提升。目前，锅炉汽轮机的自动控制设备利用率不高，许多锅炉尚未采用运行检测表。在实际操作中，工作人员不能精确地获得和掌握有关的数据，不能及时针对锅炉的运行状况进行调节。而且，电机运转也会受到各种因素的影响，造成无谓的能量消耗，降低运行的自动化程度[1]。三是污染严重。锅炉汽轮机在燃料燃烧时会产生大量烟气，其自身燃烧情况为层燃态，燃烧效率低下，烟气温度在140～150 ℃之间。加之，燃烧不完全，在排放的烟雾中含有大量的CO2、SO2等有害气体，这些气体会造成环境污染，对人类和动植物造成严重危害。

2 锅炉汽轮机节能技术

2.1 节能

为了彻底改变锅炉燃烧体系结构，将锅炉燃烧体系的改良技术分为分层燃烧、天然气助燃等。通过将常见的粘土更换成炉拱材料用碳化硅，并调整炉拱的大小和尺寸，全面设计拱区区域，预防炉排漏煤或配风不均等情况。在此基础上，对锅炉风腔进行双侧进风，并在其上设置均流挡板，从而有效解决了风腔与风口的连通方式。除此之外，还可以在夹层中充分利用纤维填充材料，对夹层进行保温，并涂抹远红外涂料，增强高热辐射能力。采用新型燃煤添加剂，增大灰熔点，避免锅炉烧焦的问题发生。

目前，对锅炉烟气废热利用技术的研究可分成三种，一是利用烟气废热对空气进行预热，更好地实现燃料雾化状态，从而提高炉内的温度。同时，还可以有效降低排烟表面的损耗。二是利用烟气废热对燃料进行加热。随着燃料的不断升温，燃料的粘性有了很大的提高，从而在某种意义上避免了燃料进入熔炼过程中出现的雾化现象。当燃料的温度持续上升时，炉膛内的绝热燃烧温度将发生变化[2]。温度增加过程中，辐射换热系数随加热时间的增加而增大，从而保证加热过程中的传热系数。三是利用烟气废热加热供水系统。加热后，炉膛内物料总温度升高，各传递热量间的温差减小。若能有效控制烟气余热的预热给水，并具有相应的锅炉入口物质，则可对烟气余热进行二次利用。同时，还可以使排烟温度下降，合理应用多余的空气体系，使锅炉的热效率最大化。

2.2 蒸发冷却

蒸发冷却技术可分为两类，一类是直接蒸发冷却，另一类是间接蒸发冷却。蒸发冷却设备总体上比较简单，使用成本并不高。直接蒸发冷却有一定的限制，当气温高于22 ℃时，制冷的效率就会下降。可充分选择干燥、半干燥地区，或者在加热和降低温度的情况下，高效使用蒸发制冷设备。间接蒸发冷却技术主要由一次空气和二次空气组成，二者之间以交织的形式进行流动，利用循环水喷淋，在换热器的表皮上增加一层水膜，使得空气和水不会与换热器直接接触，并蒸发膜上层的水，从而有效降低空气的干体温度。同时，还可以利用壁面的导热对空气进行冷却。

2.3 风机节能

风机节能技术包括变频调速技术，在调速设备方面，主要包括单机控制技术和交流电动机控制技术。在电负载发生改变的情况下，应采取相应的措施调节锅炉的给煤量、水量及风量等，理解构成要素间的关系。另外，还涉及到液力耦合器调速技术。在实际操作中，主要是通过液体流量调节耦合装置的速度，改变耦合装置的输出速度和输入速度出现，实现节能减排，确保整个系统稳定运行[3]。

3 锅炉汽轮机节能措施

3.1 改进汽轮机热力体系

锅炉汽轮机经济性与热力系统有比较紧密的联系，对热力系统进行优化，既可以改善总体工作特性，又可以减少能量损失，而且绿色环保。工作人员要根据锅炉汽轮机构造，采取相应的方法进行最优布置，例如，除了中高压之外，还可以对下缸疏水系统进行改进，有效提升工作效率。

3.2 提高汽轮机运转所需温度

如果水的温度太低，能量消耗就会越来越大，从而导致废气排放越来越多。操作人员必须按照要求进行作业，并注意温度的控制。在日常工作中，要注意管道清洁，防止有异物阻塞管道。在进行下一步工作之前，应先确认加热器的水位是否合适。工作人员要经常检修加热炉的铜管，发现问题并及时处理。

3.3 正确调控汽轮机的启动和停机

在锅炉汽轮机启动中，应适当调整辅助装置的起动时机，尽量降低无谓的疏水性排泄。可以使用机组启动旁路系统，也可以使用相应的凝疏管线系统，将启动过程中的蒸汽压力控制在2.5～3.0 MPa。通过人工打开真空破坏门，并保持65～70 kPa 的真空状态，增加汽轮机蒸汽进入量，改善暖机效率，改善胀差控制，缩短了并网时间[4]。如有必要，则应考虑再循环使用。为了减少起动时间，可以采用加大起动管道直径和增加疏水点的方法，从而有效减少暖管时长。针对金属温差偏差过大等问题，设计安装气缸夹层加热设备加以改善。在进行升级之前，需要对设备进行详细的检查和测试，并对可能发生的意外情况进行预测，同时，还要在施工现场配备维修人员，以便能够在最短的时间内，对可能发生的设备故障做出反应。在锅炉汽轮机停机中，在常规停机和临时停机的情况下，可以采用滑动方式停机，这样既可以使用蒸汽产生的热量，而且还可以使锅炉装置温度下降，便于设备维修。

3.4 改善运行方法

在对锅炉汽轮机进行结构改造时，可以通过改变操作方法实现其节能、降耗的目的。一是通过对锅炉装置的进风与出风操作模式进行优化，将烟气余热和分层燃烧技术结合起来，提高燃烧的完整性，从而提高燃料的利用率。二是将频率转换技术应用于锅炉，有效调节燃煤和空气的流量，从而减少燃煤使用频率。三是改变循环水泵的运转模式，可以有效调节系统负载。在相同的压力下，随着循环水流量的提高，单元受力增大，能量消耗增大。生产厂家要合理调整单元负载，使其受力符合规范，使单元附加价值和循环水泵附加价值之差最大化，从而减少单元的运转能量消耗。四是在加热炉中，水位和水温的关系更加紧密，当端差最小时，水位最为合理，热损耗也会变得最小。企业可以在加热炉中安装温度传感器和温控设备，传感器能够精确地收集到各种部位的温度。通过与PLC的控制系统相配合，有效调整加热炉的温度，从而使端差达到最低，减少能量消耗。五是在改善抽气装置运转模式时，需配合周围的温度作相应调节。在夏天的高温环境下，抽气装置工作效率低下，能源消耗大。因此，要对抽气装置液体温度和周围温度进行严格控制，使用低温冷却水降低液体温度，使用空调系统降低周围温度。

4 锅炉汽轮机节能运行管理对策

4.1 改进、优化有关管理系统

完善的规章制度能够对操作者的行为形成有效的制约，因此，要建立一套完整的锅炉汽轮机运行管理规章制度，保证设备正常运转。企业应根据自身的实际装备状况，建立并实施责任制，明确每个人的工作职责。同时，还要对员工进行培训，使员工能准确掌握设备性能、参数和日常管理中的关键点，为实现锅炉汽轮机持续高效运行打下坚实的基础。在此基础上，建立并完善相应的连带责任体系，进一步强化相关人员的安全生产责任意识，确保每道生产工序安全稳定进行。在生产过程中，一旦发生故障，不但要追究操作者的负责，各部门主管也要负连带责任。除此之外，成立锅炉汽轮机监控团队，由组长对锅炉汽轮机组监控进行统筹安排，副组长进行督促和督导，监控员在组长、副组长带领下，完成锅炉汽轮机监控[5]。系统中所要求的监控项目有振动监控、叶片监控、载荷监控和阀门监控等。如在进行震动监控时，遇到突然发生的强烈震动，如果震动超出紧急停机的条件，就需要立刻进行紧急停机，寻找到震动的根源，在解决震动问题之后，才能重新启动锅炉汽轮机。对于那些数值逐步增大，但是还没有达到紧急停机要求的异常震动，监控人员需要对锅炉汽轮机真空状态、工作液温度、膨胀及膨差和润滑油温度等进行全方位的检测，将这些异常的参数调节到一个标准的范围内，从而使锅炉汽轮机组重新回到正常运转状态。同时，要向主管部门报告以上工作情况，为主管部门制定防治措施提供依据。

4.2 加强日常管控

要安排专人全天候监督管控锅炉汽轮机的运行情况，否则，若发生突然停机，很容易导致设备失效。锅炉运行中存在着一定程度的升温现象，锅炉汽轮机并网时间较长，会消耗大量能源。要想减少能耗，就必须缩短起动时间，同时，又不会危及到装置安全运转。将侧压设定为4 MPa 并打开，再通过人工操作开启真空破坏门，使其保持在-60～-50 kPa 的范围内，从而提高起动速率，增加水蒸气输出，减少起动时能耗。在机组停止运行时，宜采取滑差参数停止方式，此方式不仅可降低锅炉汽轮机温度，而且还可以更好地利用废热。在设备停止运转后，要对设备零件、凝结器等进行检查，对灌水漏水、真空密封性等问题进行全面检查，确保设备能够正常运转。除此之外，还要增强对日常装备的常态化监督管控，把阀门内漏当作每日检查的重点，在起动装置之前，必须对疏水阀进行密封检验，以保证其处于最佳状态。

4.3 重点把握汽轮机的运行要点

重点把握汽轮机的运行要点，具体从以下三个方面展开。一是对锅炉汽轮机供水水温进行严格调控，同时，对加热设备进行经常性保养，保证各个元件的密封性，使其能够达到锅炉汽轮机系统的工作状态，从而保证整个锅炉汽轮机系统的热量交换与传热。二是要及时修复高加筋管道的漏水部位，如果漏水比较厉害，则要进行替换。此外，为了防止水垢太厚会降低高加筋管内的传热效果，要经常使用喷雾或化学药剂进行清洗。三是保证凝结器的真空度，保证装置正常运行，降低煤耗。要做好日常维护工作，确保凝结器真空度满足装置操作需要。同时，要清理凝结器内的结垢，避免结垢对换热效率造成不利影响。

5 结语

在锅炉汽轮机运行中应用节能技术已然成为必然趋势，在应用节能技术和节能措施的同时，要加强常态化监测管控，定期检查维修设备，确保设备安全稳定运行。