650MW鍋爐保溫不良造成的熱量損失分析

張輝濤

（華潤電力（常熟）有限公司，江蘇常熟 215536）

0 引言

華潤電力（常熟）有限公司現(xiàn)有3 臺650MW—HG-1928/25.4-YM1 型鍋爐，是由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司利用英國三井巴布科能源公司（MB）的技術(shù)支持進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π 型燃煤鍋爐。膜式水冷壁、前頂棚過熱器組合爐墻構(gòu)成燃燒室，膜式包墻過熱器、后頂棚過熱器組合爐墻構(gòu)成豎井煙道，頂棚上布置長方體型罩殼，將鍋爐各聯(lián)箱、汽水管道圍在里面。煙氣中心能達(dá)到1500 ℃，水冷壁背火側(cè)壁溫420 ℃左右，包墻過熱器爐外側(cè)壁溫430 ℃左右。

按照《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，在鍋爐正常運(yùn)行條件下，當(dāng)環(huán)境溫度≤27 ℃時(shí)，鍋爐爐墻及熱力設(shè)備和管道的保溫表面溫度應(yīng)≤50 ℃；當(dāng)環(huán)境溫度>27 ℃時(shí)，保溫表面溫度應(yīng)≤環(huán)境溫度高加25 ℃[1]。但是隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，鍋爐保溫層會(huì)逐漸開裂、積灰，再加上在各種檢修中反復(fù)拆卸處及管道出墻處的保溫質(zhì)量不良，導(dǎo)致保溫效果大大降低，從而擴(kuò)大鍋爐熱量散失，造成人員燙傷等安全事件。為減少鍋爐能量損失、杜絕人員不安全事件，對華潤電力（常熟）有限公司3 臺機(jī)組保溫表面超溫情況進(jìn)行全面摸底普查，并根據(jù)超溫情況估算出鍋爐散熱損失的絕對值，進(jìn)一步治理鍋爐爐墻超溫問題。

1 鍋爐外墻保溫概況

鍋爐熱力系統(tǒng)保溫材料共分為6 種，分別是硅酸鋁、硅酸鋁管殼、巖棉管殼、巖棉板、高溫玻璃棉和硅酸鋁纖維繩。在管道保溫材料外面，安裝一層0.53 mm 的彩鋼板外護(hù)，在爐墻保溫外層安裝一層1.5 mm 的鍍鋅瓦楞板。

2 鍋爐外墻超溫情況及原因分析

利用FLIR T440 紅外成像儀對鍋爐外墻、爐外管道進(jìn)行測溫，發(fā)現(xiàn)鍋爐及熱力系統(tǒng)設(shè)備保溫整體情況基本良好，超溫部位主要有：①燃燒器及熱風(fēng)系統(tǒng)的熱風(fēng)擋板、膨脹節(jié)；②爐本體的人孔、剛性梁；③爐外汽水管道的支吊架處；④制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)熱風(fēng)盒、分離器、人孔等處。下面是各個(gè)設(shè)備超溫部位的基本情況。

2.1 燃燒器及熱風(fēng)系統(tǒng)

燃燒器和熱風(fēng)系統(tǒng)在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)中超溫面積最大，主要超溫部位在熱二次風(fēng)擋板、中心風(fēng)擋板、燃燒器面板等處。超溫原因有：①這些部位從熱體內(nèi)部伸出的金屬部件較多，比如擋板出軸，測點(diǎn)、支撐、法蘭等；②保溫厚度較小，如燃燒器面板，中心風(fēng)擋板等；③熱風(fēng)道夾層內(nèi)部間隙大，熱空氣在各層風(fēng)道之間的空隙內(nèi)形成對流。

該系統(tǒng)典型的超溫情形如圖1、圖2 所示。

圖1 熱風(fēng)膨脹節(jié)法蘭處紅外圖

圖2 燃燒器面板處紅外圖

2.2 鍋爐本體

鍋爐本體整體的超溫情況良好，尤其是爐墻部分，幾乎無超溫點(diǎn)。本體的超溫的主要部位和結(jié)構(gòu)有人孔、剛性梁、折煙角區(qū)域、集箱、大罩殼穿墻管等。超溫原因有：①外露金屬超溫，如剛性梁；②保溫厚度不足和存在氣流對流，如人孔，穿墻管和集箱等；③折煙角區(qū)域超溫原因主要是保溫厚度不足，保溫結(jié)構(gòu)不合理。

該系統(tǒng)典型的超溫情形如圖3、圖4 所示。

圖3 剛性梁處紅外圖

圖4 人孔門處紅外圖

2.3 爐外汽水管道

爐外汽水管道超溫大多為點(diǎn)狀分布，主要點(diǎn)有保溫內(nèi)部摻縫不良處、管道支吊架處、安全閥和其他附件處、豎直管道保溫下沉斷層處等。超溫的主要原因有保溫層不均勻、管座處保溫棉填塞不實(shí)、保溫棉斷層、支吊架管部結(jié)構(gòu)特殊等。

該系統(tǒng)典型的超溫情形如圖5、圖6 所示。

圖5 蒸汽管管座處紅外圖

圖6 蒸汽管支吊架及保溫?cái)鄬犹幖t外圖

2.4 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)超溫部件主要有煤粉分離器、磨煤機(jī)人孔和熱風(fēng)盒處等處，主要原因是這些部位從熱體內(nèi)部伸出的金屬部件較多。

3 散熱損失計(jì)算

3.1 散熱量計(jì)算

工程上常遇到流動(dòng)流體與溫度不相同的璧面之間的換熱，此時(shí)發(fā)生的熱傳遞過程稱之為對流換熱。顯然，鍋爐保溫外表散熱是溫度較高的保溫璧面向溫度較低的流動(dòng)空氣進(jìn)行的自然對流熱傳遞。在對流換熱過程中，熱流量的計(jì)算采用牛頓冷卻公式[2]：

式中 A——與流體接觸的璧面面積，m2

α——對流換熱系數(shù)，W/（m2·℃）

Δt——璧面溫度tw與流體溫度tf之差，℃

如果tw＞tf，Δt=tw-tf，反之Δt=tf-tw，即Q 恒取正值。

在環(huán)境溫度為35 ℃時(shí)，tw取超溫部件平均溫度，tf取35 ℃，A取超溫面積累積。華潤電力（常熟）有限公司這3 臺鍋爐為露天布置，考慮到風(fēng)速對散熱的影響，α 取10 W/（m2·℃）。

根據(jù)紅外測溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算出單臺爐的額外散熱（表1）。

表1 單臺爐的額外散熱量

表1 中的散熱量合計(jì)為470 409 W，則單臺鍋爐每小時(shí)的散熱量為470.409×3600=1 693 472.4 kJ。

3.2 收益核算

標(biāo)準(zhǔn)煤是指熱值約為293 000 kJ/kg 的煤炭。它是標(biāo)準(zhǔn)能源的一種表示方法。由于煤炭、石油、天然氣、電力及其他能源的發(fā)熱量不同，為了使它們能夠進(jìn)行比較，以便計(jì)算、考察國民經(jīng)濟(jì)各部門的能源消費(fèi)量及其利用效果，通常采用標(biāo)準(zhǔn)煤這一標(biāo)準(zhǔn)折算單位[3]。

由《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》得知，在電力行業(yè)其標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量29 271 kJ/gk[4]，標(biāo)煤單價(jià)取730 元/t，單臺爐的散熱量取1 693 472.4 kJ，鍋爐效率取95%，鍋爐年利用小時(shí)取5000 h。

則單臺爐每小時(shí)因額外散熱所耗費(fèi)的標(biāo)煤為：單臺爐的散熱量÷（標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量×鍋爐效率）=1 693 472.4÷（29 271×0.95）=60.9 kg，即0.060 9 t。

每臺爐每年因額外散熱耗費(fèi)的標(biāo)煤為0.060 9×5000=304.5 t，3 臺鍋爐則為913.5 t。

因此，由于鍋爐保溫不良造成的能源浪費(fèi)較大，做好鍋爐的保溫整治，可以有效促進(jìn)火電廠節(jié)能減排工作，為守護(hù)綠水青山、開創(chuàng)美好生活做出貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

（1）用紅外測溫的方式可以普查出鍋爐超溫情況。

（2）鍋爐超溫現(xiàn)象主要出現(xiàn)在爐墻或管道外表面的不連續(xù)、熱體內(nèi)部伸出的金屬部件較多部位。

（3）通過整治鍋爐外墻超溫，既可對節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，又能在人身安全預(yù)防方面起到積極作用。