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锅炉的安全经济运行方法
锅炉的安全经济运行方法
锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的特种设备，是生产蒸气或热水的热工设备之一，其传能介质原料是水。锅炉用水水质的好坏，对其安全运行及能源消耗有很大的影响。当锅炉用水不合要求时，锅炉受热面就会结生水垢，因而不仅浪费大量的燃料，还会危及锅炉安全运行。据有关资料介绍，目前全国有近40万余台锅炉，在每年的事故统计中，因水质不良，水垢严重引起的事故超过事故总数的20%；由于结生水垢，每年要浪费燃料达千万吨，并造成几亿元的经济损失。本文试图对锅炉水垢的危害及其预防作一介绍，以引起锅炉使用单位的高度重视。一、水垢的形成及性质
水垢的形成是一个复杂的物理化学过程，其原因有内因和外因两个方面。一是水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在，是水垢形成的根本原因也叫内因；二是固态物质从过饱和的炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上，是水垢形成的外因。当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶物质析出。随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩，当达到一定浓度时，析出物就会成为固体沉淀析出，附着在锅筒、水冷壁管等受热面的内壁上，形成一层“膜”，阻碍热量传递，这层“膜”称之为水垢。
水垢的组成或成分是比较复杂的，通常都不是一种单一化合物，而是以一种化学成分为主，并同时含有其它化学成分。按其水垢的化学成分，一般可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等几种。
水垢是一种导热性能极差的物质，仅为锅炉钢材的十分之一到数百分之一（钢材的导热系数为46．5～58．2w/m．k），是“百害之源”。在各种水垢中，硅酸盐水垢最为坚硬，导热性能非常小，容易附着在锅炉受热面最强的蒸发面上，是危害最大的一种水垢。二、水垢对锅炉安全、经济运行的危害
1降低锅炉热效率，浪费大量燃料。锅炉结生水垢后，受热面的传热性能变差，燃料燃烧时所放出的热量不能迅速传递给炉水，因而大量热量被烟气带走，造成排烟温度升高，增加排烟热损失，使锅炉热效率降低。在这种情况下，要想保住锅炉额定参数，就必须更多地向炉膛投加燃料，并加大鼓风和引风来强化燃烧。其结果是使大量未完全燃烧的物质排出烟囱，无形中增加了燃料消耗。大家知道，锅炉炉膛容积和炉排面积是一定的，无论投加多少燃料，燃料燃烧是受到限制的，因而锅炉的热效率也就不可能提高。锅炉中水垢结生得越厚，热效率就越低，燃料消耗就越大。实验数据表明，当结生水垢达1.5毫米时，就要多消耗6%的燃料；为5毫米时，燃料消耗就要达到15%；为8毫米时，燃料消耗量则增至34%。就我国目前40余万台锅炉来看，如果仅一部分锅炉结有不同程度的水垢的话，所浪费的燃料也是十分惊人的。
2引起金属过热，强度降低，危及安全。锅炉受热面使用的钢材，一般均为碳素钢，在使用过程中，允许金属壁温在450℃以下。锅炉在正常运行时，金属壁温一般在280℃以下。当锅炉受热面无垢时，金属受热后能很快将热量传递给水，此时两者的温差约为30℃。但是，如果受热面结生水垢，情况就不大一样了。例如，当工作压力为1．25Mpa的锅炉受热面结有1毫米厚水垢时（混合水垢），金属壁与炉水温差就会达到200℃左右。也就是说此时金属壁温在钢材允许温度之内。但当水垢是3毫米时，金属壁温则上升到580℃，远远超过了钢材的允许温度。因而，这时钢材的抗拉强度就会由原来的3．92Mpa下降到0．98Mpa，锅炉受压元件就会在内压作用下发生过热鼓疱、变形、泄漏，甚至爆炸。另外，金属壁温的升高会使金属伸长，如1米长的炉管，每升高100℃，伸长1.2毫米，这对于没有伸缩余量的受热面来说，就会引起炉管的龟裂。实测数据表明，金属壁温是随着水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金属壁温就越高，因而事故发生的机率就越大。
3破坏水循环。锅炉水循环有自然水循环和强迫水循环两种形式。前者是靠上升管和下降管的汽水比重不同产生的压力差而进行的水循环。后者主要是依靠水泵的机械动力的作用而迫使循环的。无论是哪一种循环形式，都是经过设计计算的，也就是说保证有足够的流通截面积。当炉管内壁结生水垢后，会使得管内流通截面积减少，流动阻力增大，破坏了正常的水循环，使得向火面的金属壁温升高。当管路安全被水垢堵死后，水循环则完全停止，金属壁温则更高，长期下去就易因过烧发生爆管事故。水冷壁管是均匀布置在炉膛内的，吸收的是辐射热。在离联箱400毫米左右的向火面高温区，如果结生水垢，就最易发生鼓疱、泄漏、弯曲、爆破等事故。
4增加检修量，浪费大量资金。锅炉一旦结垢，就必须要清除，这样才能保证锅炉安全经济运行。因此，清除水垢就必须要采用化学药剂，如酸、碱等。水垢结生得越厚，消耗的药剂就越多，投入的资金也就越多。例如，1T/H型锅炉若平均结垢3毫米，除一次垢就需药剂0.5吨，加上人工费，就需资金2500元左右。按照锅炉吨位的不同，吨位增加，所需药剂就增加三分之一，资金也相应增加。一般锅筒内结垢，消除略方便，但若管内结垢，消除就相当困难。不仅如此，若发生爆管事故，换上一节新管时，焊接很不方便。锅筒鼓疱挖补时，要求高，时间长，施工更为困难。一次大的鼓疱挖补修复，就要耗费资金1至2万元左右。总之，无论是化学除垢还是购买材料修理，都要花费大量的人力、物力和财力。
5缩短锅炉使用寿命。一般锅炉使用寿命，在正常使用条件下，能够连续运行20年左右。但为什么现在大部分使用单位的锅炉没有达到这一寿命呢？其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影响。锅筒发生鼓疱，挖补修复后，应该对其适当降压使用，以确保安全。这样一来，对于要求蒸汽压力较高的单位来说，就不得不更换新的锅炉。有些单位也会因蒸汽压力过低而影响产品质量，甚至出现次品，直接影响经济效益。有些锅炉因鼓疱面积过大且变形严重而不得不作报废处理；有的锅炉虽然可以修复，但因修理费用过高，无价值，也不得不报废。当酸洗方法不当或酸洗频繁也会影响锅炉的使用寿命。另外，因为水垢中含有卤素的离子，在高温下对铁有腐蚀作用，会使金属内壁变脆，并不断地向金属壁的深处发展，造成金属的腐蚀，缩短锅炉使用寿命。三、水垢的预防
要保证锅炉不结垢或薄垢运行，就要加强锅炉给水处理，这是保证锅炉安全和经济运行的重要环节。预防水垢生成，通常采用下列方法来预防：
1锅外水处理。这种方法适用于各种的锅炉。目前锅外水处理效果可靠的有石灰+纯碱软化法，是向已经澄清的水中加入适量的生石灰和纯碱达到软化目的。石灰纯碱软化法有冷法和热法两种。冷法是在室温下进行，使水中残余硬度降至1．5～2毫克当量/升。热法是将水温加热到20～80℃，使水中残余硬度降至0．3～0．4毫克当量/升。因此，应尽量采用热法，以提高软化效果。离子交换软化法主要是依靠钠离子交换器中的交换树脂进行软化处理。由于交换树脂吸附能力强，能将游离在水中的钙、镁离子吸附，从而使锅炉给水硬度达到合格标准。离子交换剂有无机和有机两大类。无机交换树脂只能进行表面交换，软化效果差，使用较少。而有机交换树脂的特点是颗粒核心结构疏松，交换反应在颗粒表面和内部同时可进行，软化效果好，故使用较多。
2锅内水处理。此法主要是向炉水中加入化学药品，与炉水中形成水垢的钙、镁盐形成疏松的沉渣，然后用排污的方法将沉渣排出炉外，起到防止（或减少）锅炉结垢的作用。炉内加药水处理一般用于小型低压火管锅炉。锅内水处理常用的药品有：磷酸三钠、碳酸钠（纯碱）、氢氧化钠（火碱、也称烧碱）及有机胶体（栲胶）等。加药时，应首先将各种药品配制成溶液，然后再加入锅炉内。通常磷酸三钠的溶液浓度为5～8%，碳酸钠的溶液浓度不大于5%，氢氧化钠的浓度不大于1～2%。加药方法有定期和连续加药两种。定期加药主要靠加药罐进行加药；连续加药则在给水设备前，将药连续加入给水中。对于蒸汽锅炉，最好采用连续加药法，这样可使炉内保持药液的均匀。凡采用锅内水处理的，应加强锅炉排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出炉外，收到较好效果。
以上虽然介绍两种水处理方法，但笔者认为，水处理工作是否落实到实处，关键在于管理。如果有了水处理设备而不用，等于没有进行水处理。因而，这就需要各使用单位领导树立“安全第一，预防为主”的思想，真正认识到水处理工作的重要性。要严格按GB1576-85《低压锅炉水质标准》办事，对于1T/H型以上的锅炉，应配备专职水处理操作工和化验人员，并建立健全水处理岗位和化验岗位责任制。各水处理操作工应忠于职守，认真操作；化验人员应定期抽检水质情况，及时向水处理操作工通报，使其及时得以调整，确保水质的合格。对2T/H型以下锅炉，凡配备水处理操作工有困难的，应该对司炉工进行培训，然后采取兼职的办法。各使用单位的锅炉房管理人员，要经常检查水处理设备运行情况，发现损坏应及时修理；交换树脂流失要及时补充；失效的交换树脂要及时更换。只有这样，才能防止水垢的生成，保证锅炉的安全经济运行。
扩展阅读：锅炉经济运行的方法措施--erjia
锅炉经济运行的方法措施
主控二甲
摘要：本文针对提高火力发电厂锅炉经济运行，根据实际生产经验，从机组正常运行调节、厂用
电量控制以及汽水损失等方面，提出了一系列措施。
关键词：热力试验运行调节厂用电汽水损失
一、前言：
随着电力工业竞价上网，厂网分开等改革措施的深入，提高机组的经济性已经成为火力发电中成本核算的关键所在，尤其对于300MW等级的机组，在负荷变化较为频繁和现有设备运行性能及条件下，如何提高机组的运行经济性，是电力行业目前需要探讨的问题，机组的运行经济性，不仅与设备的性能和运行状况有关，还与机组的自动投入率，运行调节水平密切相关。锅炉作为火力发电厂三大主设备之一，它的经济运行对于降低发电成本、提高电厂的竞争能力和经济效益，意义十分重大，笔者作为一名运行人员，从运行的角度，对我厂锅炉的经济运行的方法和采取的措施加以初步分析探讨。二、我厂锅炉的基本特点
我厂一、二期共四台350MW燃煤发电机组，一、二期锅炉分别为加拿大和美国B&W公司制造的单汽包，单炉膛，具有一次中间再热的亚临界自然循环锅炉，采用轻型敷管式炉膛，倒U型布置，全悬吊钢结构型式。尾部竖井采用平行烟道，用调温烟气挡板调节再热蒸汽汽温，主汽温采用减温水二级调节。
其中二期锅炉采用正压直吹式燃烧系统，燃烧器为前后墙对称布置，火焰为前
后对冲悬浮燃烧，共四层燃烧器，每层前后墙各四只燃烧器。设置四台MPS-89G中速磨煤机，分别与四层燃烧器匹配，二次风由送风机输送至空预器，加热后分两路引至一个环绕整个燃烧器区域的大二次风箱，再经过设置在各个燃烧器上的二次风滑行挡板进入炉膛，燃烧器DRB－XCL低Nox型双调风旋流燃烧器。每只燃烧器配备一根FPS固定式油枪和高能点火器。
三、利用锅炉效率反平衡原理，加强锅炉正常运行调节
虽然大型机组均采用了计算机自动控制，而且自动装置的投入率都很高，但正常运行中针对不同的煤种，不同的工况，机组运行还是离不开人为的干预。我们运行中根据锅炉效率反平衡计算的原理，从以下措施入手，降低锅炉各项热损失，就可以进一步提高锅炉的经济性。
反平衡计算原理：Qin=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6KJ/Kg其中：Qin－每千克燃料的输入热量，KJ/KgQ1－每千克燃料的输出热量，KJ/Kg
Q2－每千克燃料的排烟热损失热量，KJ/Kg
Q3－每千克燃料的化学未完全燃烧热损失热量，KJ/KgQ4－每千克燃料的机械未完全燃烧热损失热量，KJ/KgQ5－每千克燃料的锅炉散热热损失热量，KJ/KgQ6－每千克燃料的灰渣物理热损失热量，KJ/Kg
（一）降低锅炉排烟热损失（Q2－主要降低排烟温度和排烟量）
（1）降低火焰中心。火焰中心的高低直接影响锅炉排烟温度，正常运行中要尽量降低火焰中心，火焰中心的降低，常用方法有：①改变磨组运行方式，尽量投用下层磨组。②适当提高磨煤机风粉混合物温度，使着火提前。③适当降低一次风压和一次风量。④磨煤机煤量呈金字塔型分配，使下层磨组适当多带负荷。⑤适当关小磨煤机折向门和调节加载杆压力，使煤粉比较细。⑥合理
送入二次风量，使着火区保持高温。
（2）加强受热面吸热。受热面吸热的好坏，会影响排烟温度，可以通过：①正常运行中，加强受热面吹灰，尤其是水冷壁吹灰，保证受热面清洁。加强吹灰器维护，确保吹灰器可用。②加强看火，防止火焰贴壁燃烧或偏斜，造成受热面积灰结渣。③保证锅炉经济二次风量，防止锅炉产生还原性气体，而降低灰熔点。④充分利用锅炉调停机会，对锅炉受热面进行积灰吹扫和空预器受热面水冲洗。
（3）合理控制空预器进口二次风温度。空预器进口二次风温度过高时，会减小空预器传热温压，从而使空预器传热量减小。但是进口二次风温度高，又会提高空预器出口二次风温，而有助于锅炉燃烧，且空预器冷端平均温度过低会造成，空预器结露堵塞。所以正常运行中要通过暖风器来调节空预器合理的二次风进口温度。
（4）合理调节锅炉二次风量。锅炉烟气量的大小，主要取决于炉内过量空气系数及锅炉漏风量，锅炉漏风量可以通过锅炉的日常维护和提高检修质量来解决，但送入锅炉的二次风量却与锅炉燃烧有关系，在满足锅炉正常燃烧的条件下，要尽量少送入锅炉二次风量，因为二次风量过高会降低炉内温度水平，更严重的是会增加排烟量。我们正常运行中，除严格按照热力试验结果调节外，还根据煤种的不同和飞灰取样，对锅炉氧量进行微调。
（5）尽量使锅炉在风量和炉膛负压正常的情况下，保持吸风机低速运行。我们发现吸风机高速运行，会使炉排烟温度上升约10度。我们充分利用调停检修维护各种机会，来降低烟风道阻力和漏风率，在冬季能保证锅炉吸风机低速运行。
（二）降低锅炉化学未完全燃烧损失（Q3－主要是燃烧生成CO）
（1）过量空气系数的影响。过量空气系数过高，会降低炉膛温度水平，过剩氧量过小，又会使燃烧不彻底。这可以通过测量CO含量来修正正常运行中的送风量。低负荷时，由于炉膛内温度水平低，尤其应注意氧量控制。
（2）燃料变化的影响。燃料中挥发分高而炉膛温度低，会使化学不完全燃烧损失增加，正常运行中要根据煤化验结果，修正调节磨煤机后风粉混合物温度，当挥发分低时，要适当提高磨后温度。适当调节合适的内外二次风门开度，使得煤粉卷吸烟气动力状况良好，保证足够的着火热。
（3）调节磨组运行方式。尽量采用下层磨煤机组，使燃料在炉膛内的燃烧
时间足够长。
（三）降低锅炉机械未完全燃烧损失(Q4－主要指燃烧固体产物中的可燃物)
（1）煤粉细度的影响。煤粉越细，就会使得燃料接触氧的机会增加，从而使得燃烧更完全。但煤粉过细会增加制粉电耗，因此要根据试验结果，使得煤粉运行在经济细度。
（2）燃料性质的影响。根据燃料成分，在确保安全的情况下，调节磨煤机后风粉温度适当高。在确保初始着火情况下，适当降低一次风量。合理送入二次风量。调节内外调风门，保证合适的旋流强度。
（4）调节磨组运行方式。尽量采用下层磨煤机组，尽量延长燃料在炉膛内的燃烧时间。
（5）吸风机尽量低速运行。实际运行经验表明，吸风机高速运行时，飞灰可燃物要比低速运行时高约0.5％，因为高速运行时，烟气流速快，使可燃物在炉内时间缩短。
（四）降低锅炉散热热损失Q5
通过精心维护，可以减少锅炉散热损失。（五）降低锅炉灰渣物理热损失Q6
其损失与燃料灰分、炉渣份额和灰渣温度有关。
四、加强锅炉方面厂用电量的控制
（一）降低制粉系统的电耗：
（1）我厂锅炉共配置四台中速磨煤机，正常三台运行，一台备用，由于我厂机组一直担负着电网调峰任务，调峰范围为175－350MW，为降低低负荷时的制粉电耗，我厂通过燃烧调整试验和磨煤机运行特性试验，在低负荷时采用两台磨煤机运行，从而在负荷低于240MW时，就可以停运一台磨煤机组，由此不仅可节省单磨电耗约400kW，还可降低一次风机电耗约100kW。
（2）通过锅炉性能试验，对磨煤机出口折向门开度进行合理标定，以取得经济煤粉细度。
（3）采用磨煤机液压加载系统，加载杆压力随磨煤机煤量的变化而变化，使得磨煤机电流大幅度降低。
（4）合理调整磨煤机的组合方式，在检修周期内减轻磨煤机辊轮磨损，改进检修维护工艺，提高辗磨件堆焊质量，利用检修及调停的机会对磨组适时安排检查维护等，使磨煤单耗有明显下降。（二）降低风烟系统电耗
我厂二期单台吸风机的高/低速容量分别为1569/983KW，一次风机容量为1695KW，降低风机电耗对于降低机组的厂用电率意义甚大，我厂的做法主要有：
（1）按照热力试验结果，保持锅炉最佳过剩空气系数，特别是在低负荷时防止过量配风，这样有效的降低了送、吸风机电耗。
（2）降低风烟系统漏风和空预器、暖风器堵塞，尽量保持吸风机在低速运行状态。措施有：①空预器吹灰时要保证吹灰的蒸汽过热度，防止蒸汽带水，我厂设计有辅汽吹灰汽源，实际运行中由于辅汽过热度不够，易造成空预器堵塞，现在已经不用。②经常安排对空预器的密封件进行检查维护，以及在热态时对间隙进行调整，保证间隙调整装置的自动投入率。③利用停机机会对受热面、暖风器、空预器等进行水力或气力除灰，从而显著减轻了风烟系统的漏风和堵塞现象。实践表明，使锅炉在风量和炉膛负压正常的情况下，因为吸风机高速运行比吸风机低速运行的电流要大20安培，所以吸风机低速运行将大大降低锅炉厂用电耗。
（3）我厂设计中采用的大二次风箱机构，大大减少了送风机出口阻力，使送风机电耗大幅度降低，我们运行中采取减少不运行燃烧器二次风量和确保燃烧完全的情况下，减小上层燃烧器二次风滑行挡板开度，也有效的降低了送风机和吸风机电耗。
（4）保证正常燃烧的基础上，适当降低一次风压，实践表明，将一次风压降低10mbar，将使一次风机电流降低5～10安培。
（5）我厂二期一次风机变频后，机组50%负荷时，变频后一次风机电耗为原来的工频电耗的50%。
五、严格控制锅炉汽水损失
减少锅炉汽水损失也是提高锅炉效率的有效措施，而机组正常运行中为保证汽
水品质的排污则是汽水损失的主要方面，我们从运行实际经验出发，在保证机组运行安全的情况下，找到了一系列措施，大大降低了机组汽水损失。
（一）机组启动过程中，由化学监督制作合格的除盐水，加药后进到凝汽器，循环合格后向除氧器进水，进行炉前清洗，除氧器水质合格后向锅炉上水，在启动时间允许时，锅炉进放水冲洗一次，时间不允许时，可以在汽包压力低于50bar时，稍微开启锅炉底部放水阀，进行少量换水，在汽包压力69bar时，开启汽包连续排污阀门，进行排污，使锅炉水质尽快合格。机组并网后，可以适当降低机组压力，开启连排进行大流量排污。机组启动后，要对锅炉所有疏水阀门和放空阀门进行查漏，采取隔离措施，保证汽水损失最低。（二）机组正常运行中，除了对于机组疏水放空阀门进行查漏外，还对锅炉排污进行了规定，通过试验，我们发现每周两次每次一小时，可以保证水质合格，在锅炉汽包水质中二氧化硅含量大于80ppb时，可以加大排污，这种做法大大降低了机组排污热损失。
（三）机组正常调停中，如何保证调停机组腐蚀和启动后的水质尽快合格是运行和技术人员长期探讨的问题之一，我们采取的措施是①停炉凝汽器真空破坏前，开启再热器进口疏水阀和汽轮机中联门前疏水，利用凝汽器真空抽取再热器余汽，真空破坏后，开启再热汽疏水放空阀，放尽锅炉再热器疏水，两小时后关闭再热器疏水放空阀。②主汽压60bar时，关闭锅炉电动主汽隔离阀。③汽包压力10－12bar时，开启锅炉除再热器外的所有疏水放空阀，带压放水，约四小时后，确认所有疏水已放尽后，关闭锅炉所有疏水放空阀。通过实践发现，这些做法对于减少锅炉汽侧受热面腐蚀有很大作用，从而大大减少了调停锅炉为保证水质合格的排污时间。
六、开展指标分析的激励措施，充分调动运行和技术人员的积极性。
在厂部与各部门签订的年度生产承包任务书中，将经济指标作为主要内容之一。
在运行部门中大力开展值际竞赛和月度经济责任制考核，采用性能监测计算机和实时数据采集系统，使运行和专业人员对经济指标的了解和分析由滞后上升为实时，通过这些措施，极大地促进了广大运行人员精心调控、降低机组各项损耗的积极性。运行部还非常重视对运行人员的培训工作，将提高经济运行水平作为岗位培训的重要内容之一，通过开展理论学习、专题分析和经济交流活动，不断提高大家的运行水平和节能降耗的自觉性。
厂部还通过开展技术进步、节能降耗和合理化建议等奖项的评选活动，鼓励广大职工和专业人员积极参与节能降耗工作，这样就提高了设备健康状况和自动控制水平，为提高机组效率创造了条件。七、结束语
以上介绍了我厂在做好锅炉运行管理，提高锅炉效率方面的一些做法和体会，本
人认识不当之处，恳请专家和同仁们批评指正。
参考资料：西安热工院对于华能南通电厂锅炉热力试验报告华能南通电厂锅炉运行规程锅炉运行原理
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