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1、燃油锅炉变频燃烧技术的应用贾勇军孙为民谢水平袁梅 河南石油勘探局河南油田现有百多台0 5 - 6 5 t h 的燃油锅炉，广泛应用于油田生产和生活服务中，其燃烧系统基本上采用手动调节，这些调节方式，在技术上已十分落后。目前，我油田燃油锅炉在运行过程中，由于种种原因，许多锅炉常年处于中低负荷运行，锅炉送风量远远超出燃料燃烧所需风量，造成风机运行效率低，烟气中氧含量高达1 0 左右，锅炉运行实际热效率远远低于原设计效率，浪费了大量的燃油和电能。全油田在用锅炉实测效率平均为7 0 1 8 ，低于原设计效率1 0 以上。每年消耗油量达5 万多吨，占全油田原油年产量的2 7 8 ，而且消耗大量的电能。河
2、南油田既是能源生产基地，也是能源消耗大户。节约燃料，降低能耗已经是关系到油田稳定发展、经济振兴的大事。因此，进一步提高锅炉热效率，降低辅机电能消耗是锅炉运行管理的一项长期、艰巨而又非常重要的任务。一、燃油锅炉热效率( 一) 、燃油锅炉热效率计算：r l = 1 一( q 2 + q 3 + q 3 + q s + q 6 ) 1 0 0 1 、排烟热损失q 。排烟所拥有的热量随高温烟气排入大气而不能利用，造成排烟热损失，排烟热损 失是燃油锅炉各项热损失中最多的一项，一般约占锅炉热损失的2 0 卜3 0 或更多。排烟热损失取决于排烟温度和空气过剩系数。一般排烟温度每降低1 2 一1 5 ，可使锅
3、炉热效率提高1 。河南油田在用锅炉的排烟温度一般为2 0 0 “ C - - 3 0 0 “ C ，个别的高达4 0 0 “ C 以上，远远高于国家规定的指标。空气过剩系数为最佳空气过剩系数与漏风系数之和，一般漏风系数每增2 n o 1 0 2 ，排烟温度升高3 一8 ，锅炉效率降低O 2 一0 5 ，漏风系数每增N o 1 ，将使送、引风机电耗增：自1 1 2 k w M w 电功率。燃油锅炉最佳过量空气系数为1 1 左右，我油田在用燃油锅炉空气过剩系数许多远远超过1 1 。通常空气过剩系数可用此经验公式计算：a 2 l ( 2 1 - 0 ：)其中：a 为空气过剩系数0 。为烟气中氧含量因
4、此，可采用烟气中含氧量来监督过量空气系数，一般采用氧化锆氧量计来测量烟。2 5 5 气中含氧量，用以监督运行中的过量空气系数。2 、化学未完全燃烧热损失q 。化学未完全燃烧热损失是指锅炉排烟中残留的可燃气体如C O 、H 。、C H 。等未放出其燃烧热而造成的热损失。燃油锅炉燃料挥发分较多，炉内可燃气体量增多，容易出现不完全燃烧，若过量空气系数a 取得过小，可燃气体将得不到充足氧气而无法燃尽；若过量空气系数a 取得过大，又会使炉内温度降低，不利于燃烧反应进行。3 、机械未完全燃烧热损失q 。机械未完全燃烧热损失是指部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。燃油锅炉不存在固体燃料
5、颗粒，此项可忽略不计。4 、散热损失q 。当锅炉工作时，炉墙、金属结构以及锅炉机组范围内的烟风道、汽水管线和联箱等的外表温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射向周围散发的热量称为散热损失。散热表面积越大，散热损失也越大。5 、物理热损失q 。对于燃油锅炉，一般完全燃烧，燃烧产物中仅含少量灰分，此项可忽略不计。( 二) 提高燃油锅炉热效率的途径提高燃油锅炉热效率的首要方法是减少各项热损失，主要是减少排烟热损失和化学未完全燃烧损失。如上分析可知，控制排烟热损失和化学未完全燃烧损失，可通过控制燃油锅炉空气过剩系数，使其达到最佳过量空气系数，即此时排烟热损失和化学未完全燃烧损失总和为最小，最终将通过
6、控制烟气中氧含量来实现。采用氧化锆氧量计来监测烟气中氧含量，用以监督运行的过量空气系数。二、燃油锅炉鼓、引风量的调节( 一) 燃油锅炉风机调节方式我油田目前燃油锅炉风机调节方式主要有三种：导向器调节、节流调节和变速调节。1 、导向器调节导向器调节主要是依靠装在风机进口处的导向器来改变气流进入风机叶轮的方向，从而改变风机的工作特性，以达到调节风量的目的。采用导向器调节时，尽管也会产生部分节流效应，但主要是依靠气流的预旋作用，因此调节的经济性比节流调节高的多。试验表明：当锅炉运行处于低负荷时，用导向器调节比节流调节的风机耗电量节约3 0 卜3 5 。2 、节流调节2 5 6 节流调节是通过改变节流
7、挡板的开度，实现控制气体流量。此时，气体的流动阻力是由烟风道和节流阻力两部分组成。这种调节方法会造成很大的节流压头损失，并容易使风机的工作点偏离高效率区，因此很不经济。3 、变速调节变速调节是依靠改变风机转速使其压头和风量同时改变来实现的，它的经济效果可以达到最佳值。由比例定律可知：Q2 Q 。= n ：n 。H2 H 。= ( n2 n 。) 2N2 N 。= ( n2 n 。) 3 其中：睁风量( m 3 h )N 一转速( C a ) m )H 全压( Pa )N 一轴功率( kw )若转速下降1 倍，最P n 2 - - - n l 2 ，则Q2 = Q1 2 ，即风量降低1 倍，全压
8、降低4 倍，所需功率降低8 倍。由此可见，改变转速调节风量是最佳的调节方法。( 二) 风量调节的节能效果河南油田现有的百余台燃油锅炉，部分是石油会战时期安装的由原燃煤改为燃油的锅炉，许多由于种种原因现已降负荷运行，所配风机风量和风压为原来设计，运行参数与现在运行的锅炉相比要大的多。处于大马拉小车状态中，使得排烟热损失大幅度增加，既浪费电能，又浪费燃料。这些燃油锅炉的鼓、引风机调节方式均采用导向器调节或节流调节，这两种调节方式不能实现精密调节风量，即无法及时、准确地提供燃油锅炉运行时所需的最佳风量，并且由于节流压头损失造成风机运行效率低。变速调节通过改变鼓、引风机电机转速来改变锅炉所需鼓、引风量
9、，消除了节流压头损失，能够及时提供燃油锅炉运行时所需的最佳风量，风机运行效率高。三、燃油锅炉变频燃烧技术的应用燃油锅炉变频燃烧技术的应用，是通过安装氧化锆氧量计和负压传感器，检测尾部烟道氧含量和炉膛内负压，通过设定最佳的氧含量和炉膛负压，采用P I D 调节仪控制鼓、引风机变频调速电机达到燃烧系统的自动控制。燃油锅炉在负荷一定或负荷变化不大时，氧含量主要由锅炉鼓风量控制，根据试验找出燃油锅炉在此工况下的最佳氧含量，再设定出此工况时的炉膛负压( 一般为1 厘米水柱左右) ，引风风量跟随鼓风风量变化而变化，始终保持炉膛负压为恒定值。2 5 7 燃油锅炉安装变频燃烧系统，运行时根据燃油锅炉氧化锆氧量
10、计测量出烟气中氧含量的值，通过P I D 调节仪控制鼓风机变频电机达到所需风量时的转速，再由燃油锅炉负压传感器将负压信号传给P I D 调节仪，由P I D 调节仪控制引风机变频调速电机达到所需风量时的转速，P I D 调节仪随时将收集的信号进行处理，始终维持燃油锅炉在最佳工况下工作，这构成燃油锅炉变频燃烧系统。通过变速调节风量，大大减少了风机的电能消耗，并且使燃油锅炉燃烧始终处于最佳工况运行，大大提高了锅炉热效率，节约了电能。四、燃油锅炉变频燃烧技术应用的节能效果河南油田五社区供热站现有生活燃油锅炉12 台，担负着油田中心区的供暖、供汽和供应热水任务，年消耗渣油近万吨，是五一社区乃至全油田的
11、能源消耗大户。这12 台锅炉，目前均处于中低负荷运行，负荷率为原设计额定负荷的7O 左右，普遍存在鼓、引风机匹配大，风机运行效率低，锅炉效率下降，2 0 0 0 年1 1 月份以来，五一社区供热站北区供热队对所属六台G W l l 6 5 0 型加热炉其中的四台( 2 # 、3 # 、4 # 、5 # ) 进行了此项改造，锅炉运行状况良好，减少了排烟热损失，提高了锅炉热效率，减轻了工人劳动强度，同时大大减少了风机电耗，降低了噪音，延长了设备使用寿命。受河南油田节能办委托，2 0 0 2 年2 月2 8 日油田节能监测站对北区供热队的2 # 、3 # 、4 # 、5 # 加热炉变频燃烧状态下与工
12、频燃烧状态下的引风机、鼓风机进行了节能效果及运行反平衡效率的对比测试。北区供热队锅炉鼓、引风机工频、变频运行参数对比结果表：序项目2 捧炉鼓风机2 撑炉引风机3 炉鼓风机3 捍炉引风机5 | 炉鼓风机5 j f i 炉引风机 号工频变频工频变频工频变频工频变频工频变频工频变频 电机平l均有功 功率k W1 4 95 1 12 2 95 7 81 6 99 1 82 2 61 2 91 4 38 0 72 1 87 5 4电机平 2均无功 功率k W1 2 40 4 41 5 6O 6 11 2 71 1 91 8 61 4 91 4 30 9 21 9 60 9 9电机平 3均视在 功率k V
13、 A1 9 45 1 22 7 85 8 22 1 19 2 62 9 31 32 0 38 1 22 9 37 6电机平 4均功率 因数0 7 710 8 3lO 8O 9 90 7 70 9 90 。7 lO 9 90 70 9 9 平均电5流A2 9 41 0 14 2 21 3 93 0 61 8 64 1 42 4 62 8 41 8 74 1 51 6 3平均电6征V3 8 03 9 23 8 03 9 14 0 24 1 34 0 24 1 24 l O4 1 54 1 04 1 5平均综 7合节电 率6 7 8 37 0 54 8 54 6 2 64 7 7 26 7 5 62
14、 5 8 根据G B T 1 2 4 9 7 q 5 三相异步电动机经济运行中的规定，无功功率减少而弓起的节电，用无功当量表示，三次变压系统取值范围为0 0 8 0 1 k W k v a r ，本报告取值为0 0 9 k W k v a r 。报告中综合节电率均计算了无功当量值，通过测算结果看，在相同负荷下，平均综合节电效果明显。北区供热队锅炉燃烧工频、变频状态运行热工参数测试结果综合表： ( 测试时4 # 炉电路不具备工频变频相互转换功能，故未测试工频状态)序2 拌炉3 撑炉4 撑炉5 炉备号项目名称符号单位 工频变频工频变频工频变频互频变频注l炉膛负压P I1 2 01 3 0l l O
15、l o o5 01 1 06 02排烟氧含量O ( )l1 26 87 16 14 98 25 13排烟C O 含量C 0m g m 32 331 3O1 24 904捧烟空气系数ao C2 1 61 4 71 5 l1 41 2 51 6 51 3 35燃油温度扛M P a1 4 51 4 01 1 7l1 81 2 81 0 2l1 46燃油压力。P ro C221 91 91 9 51 91 97炉膛温度t l to C7 3 67 4 87 0 57 0 46 7 57 4 57 3 28排烟温度t p yo C1 9 81 5 91 9 01 8 31 4 82 1 51 9 49平
16、均环境温度t oo C1 51 91 61 91 91 91 91 0进水温度t jo C4 3 54 2 44 5 74 5 34 3 84 1 14 0 41 1进水压力p jM P aO 7 3O 7 20 7 27 2 0 7 70 5 50 5 21 2出水温度t co C5 7 35 6 56 3 26 2 46 0 45 5 25 51 3出水压力p cM P a0 3 9O 3 90 4 l0 40 3 70 4 40 4 41 4循环水流量Dm 3 h2 4 72 3 83 9 93 9 83 0 93 7 03 7 l1 5锅炉运行负荷QK W3 9 4 5 3 8 8 4
