锅炉热损失和汽轮机各项损失的影响因素及效率提高措施

锅炉热损失和汽轮机各项损失的影响因素及效率提高措施姓名孟汝婷学号201224050607联系电话[phone]摘要：针对电力工业锅炉和汽轮机热效率偏低的现状，本文从排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失及灰渣物理热损失等方面分析了锅炉热损失产生的原因，以及从安装因素和蒸汽参数方面分析汽轮机各项损失的因素，结合实际提出了锅炉和汽轮机效率的提高措施。关键词：锅炉汽轮机影响因素措施引言电力使用的便捷性,使得它成为人们生产生活中必不可少的能源。随着我国经济的不断发展,各行各业对电力的需求也越来越大,而一个国家电力行业发展的水平,在某种程度上可以反映一个国家发展的程度。我国电力的来源中，常规的火力发电厂占了很大的比例。虽然我国目前也建了几座核能发电站，但它的发电原理仍然是依靠核燃料产生蒸汽以驱动汽轮机运转来发电的，只是产生蒸汽的方式不一样。由于我国常规火力发电产的发电量占总发电量的比例较大，消耗了大量的燃煤等化石原料，而这些化石燃料又是不可再生资源，因此，想办法提高锅炉和汽轮机的效率是一个十分重要的课题。本文分析了影响锅炉和汽轮机效率提高的几个因素，并针对这些因素提出了几个提高锅炉和汽轮机热效率的措施。一、锅炉热损失的影响因素和效率提高措施锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。燃料送入锅炉的热量，其中大部分被锅炉受热面吸收，产生水蒸气。这是被利用的有效热量。而另一部分热量损失掉了，这部分热量，称为热损失。下面根据工业锅炉热工性能试验规程的热效率反平衡测量法，分析影响锅炉热效率的各项热损失产生的原因，并提出减少热损失，提高锅炉热效率的措施。1锅炉的反平衡热效率测量法燃料通过燃烧将热量释放出来，并通过各种传热方式，将热量传递给吸热介质，理想状况下，燃料释放的热量等于介质吸收的热量，此时的热效率为100%。然而实际中存在着各种散热损失，反平衡测量法就是通过计算各种热损失来确定锅炉热效率的间接方法。锅炉反平衡效率的计算公式[1]为:η=100-(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)式中:Q2为排烟热损失;Q3为化学不完全燃烧热损失;Q4为机械不完全燃烧热损失;Q5为散热损失;Q6为灰渣物理热损失。2影响热效率的主要因素2.1排烟热损失排烟热损失指烟气离开锅炉末级受热面时带走的部分热量，是锅炉最主要的热损失。排烟热损失主要取决于排烟温度和过量空气系数的大小。2．1.1排烟温度锅炉排烟温度越高，热损失越大。造成排烟温度高的主要原因有:受热面积灰或结垢，影响传热效果;炉膛或烟道漏风严重，增加烟气带走的热量。1）传热损失:当受热面积灰、结渣和结垢时，会使传热减弱，辐射吸量减少，排烟温度升高，造成排烟热损失增大。2）漏风损失:锅炉运行中炉膛和烟风道处于微负压状态，因此在炉门、看火门、炉墙或烟道等不严密部位就会有空气漏入炉膛和烟道中，增加了烟气带走的热损失。同时，锅炉漏风造成炉膛温度降低、排烟热损失增加、锅炉热效率降低。2.1.2过量空气系数锅炉漏风、送引风、配风不合理等都会造成过量空气系数偏大。这不仅增大了排烟热损失，造成炉膛温度降低，也增大了其他热损失。2.2化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失指燃烧过程中产生的可燃气体未完全燃烧而随烟气排走所造成的热损失。主要受空气过剩系数的影响，空气过剩系数过小，燃烧由于氧气量不足导致化学不完全燃烧热损失增大;空气过剩系数过大，燃烧则由于炉膛温度降低，同样导致化学不完全燃烧热损失增大。2.3机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失指固体炭颗粒在炉内未完全燃烧即随飞灰和炉渣一同排出炉外而造成的热损失，由飞灰不完全燃烧热损失和炉渣不完全燃烧热损失两部分组成13]。机械不完全燃烧热损失反映了煤炭燃烧的完全程度，是判断锅炉热效率的重要指标。造成机械不完全燃烧热损失的原因很多，主要有以下几点。1）燃料中因水分过大或挥发分过低均会延缓着火，以至于燃烧结束时煤炭颗粒还未完全燃烬;煤炭颗粒过大也会导致固体炭不完全燃烧。2）煤层过厚或者进煤速度过快，煤炭在炉膛内来不及完全燃烧;风煤配比不合适，不能提供适合煤炭充分燃烧的空气量。3)炉膛温度偏低，不能维持良好的燃烧。2.4表面散热损失锅炉运行中，由于保温材料并非完全绝热，锅炉的介质和工质的热量通过炉墙、烟风道、架构、汽水管道的外表面散发出来，这部分散失的热量即表面散热损失。表面散热大小主要是由锅炉外壁相对面积及外壁温度所决定的。2.5灰渣物理热损失灰渣物理热损失指炉渣排出炉外带走的热量损失。燃料中灰分过大以及固体碳未完全燃烧都会增加灰渣物理热损失。3效率提高措施3.1.1降低排烟温度1）在工业锅炉的尾部加装省煤器或空气预热器是降低排烟温度的有效措施。省煤器利用锅炉尾部的烟气热量加热给水，降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量。加装空气预热器可改善燃料的着火条件和燃烧过程、提高理论燃烧温度、强化炉膛的辐射传热。2)治理炉膛结焦可强化传热，有效降低排烟温度，提高锅炉热效率。治理炉膛结焦的措施:增加锅炉运行氧气浓度，避免炉膛内还原性气氛而导致灰熔点降低;加强炉内吹灰，减少受热面积灰，以保持受热面清洁，减少磨损，加强换热;优化配煤，使燃烧性能和结焦性能与设计值接近。3.1.2调整过量空气系数锅炉运行中应检查底部冷灰斗的密封情况，关闭人孔门、检查孔等，合理调整炉膛负压，避免炉膛及烟风道的漏风，调整合适的过量空气系数，减少排烟带走的热损失，提高锅炉的热效率[4]。3.2降低化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失主要是一氧化碳气体未彻底燃烧随烟气排出而产生的热损失。锅炉运行中应监测炉膛出口一氧化碳含量，合理调节风量，降低排烟中一氧化碳的含量，以降低化学不完全燃烧热损失。3.3降低机械不完全燃烧热损失降低机械不完全燃烧热损失，要从降低飞灰不完全燃烧热损失和炉渣不完全燃烧热损失人手。主要措施有:燃煤加湿，增加勃度，减少漏煤，减少飞灰以降低飞灰不完全燃烧热损失;根据燃煤特性，调整煤层厚度及风煤配比，控制煤炭颗粒细度，提高着火燃烧速度，强化燃烧;延长煤炭颗粒在炉膛内的燃烧时间，使颗粒燃烧充分，以减少炉渣不完全燃烧热损失。3.4降低表面散热损失加强维护保养，整修锅炉本体及管道保温层，防止和减少热量损失。消除供热系统中阀门和接头等部位的跑、冒、滴、漏现象。在锅炉辐射段保温层内喷涂高温远红外涂料，提高炉膛吸热能力，减少热量损失。3.5降低灰渣物理热损失灰渣物理热损失是反平衡测量法热损失中最小的。降低灰渣物理热损失，要尽可能地降低灰渣的出炉温度，减少灰渣排放量。二、汽轮机各项损失的影响因素和效率提高措施汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽气满足生产和生活上的供热需要。1.影响汽轮机热效应的因素1.1安装因素对汽轮机热效率的影响汽轮机是以蒸汽为动力来实现运转的，因此汽轮机在将蒸汽能量转化为动力的过程中会出现多种形式的能量损失，主要的有以下几种：蒸汽在推动汽轮机叶片转动的过程中损失的能量，蒸汽离开叶片时损失的能量，蒸汽与汽轮机摩擦损失的能量，由于汽轮机零部件安装不合理导致蒸汽泄露损失的能量等。这些能量的损失严重影响到汽轮机的运行效率。影响汽轮机热效率提高的因素有多种，其中安装因素占了很大的一部分，主要包括：汽轮机各个零件间的间隙，汽轮机控制系统的性能，控制汽轮机运行的各个系统间的配合，汽轮机中汽缸的保温效果，操纵汽轮机运行的操作人员的能力等。在影响汽轮机热效率提高的各个因素中，汽缸效率的高低是由安装人员的安装质量来决定的。对于汽轮机的主体安装来说，要提高汽轮机的热效率主要是控制好隔板汽封的安装间隙，保证汽缸连接部分的间隙合理，充分考虑汽封的膨胀因素，隔板与各配合面的连接情况等。为了提高汽缸的安装精度，安装汽缸的时间要相对增长，一般是15天左右。如果安装的过程中要更换汽封，则周期要延长一个月左右。汽缸在安装的过程中要进行多次组装，而且在整个过程中要对安装的汽缸进行多次测量以保证安装工作的顺利进行。目前，汽轮机的安装过程中存在一些难题：施工时间较长，工期较紧对安装人员的能力和素质要求较高；汽轮机的生厂商与发电厂之间的关系也容易出现问题，导致安装的难度增大；发电厂对汽轮机安装的验收也容易出现问题，主要是对安装好的汽轮机进行测试时出现的问题，如果安装零件的测试结果无法满足汽轮机的设计和使用要求，则需要进行返修，而返修的难度和成本非常高1.2蒸汽参数对汽轮机热效率的影响1.2.1主蒸汽温度对汽轮机热效率的影响汽轮机在工作的过程中，主蒸汽温度的波动对汽轮机运行的热效率、稳定性和安全性都有很大的影响。主要原因有在以下几个：第一，蒸汽温度的下降使得蒸汽的湿度增加，导致蒸汽对叶片的冲击增大，使叶片的寿命降低，造成汽轮机热效率的下降；第二，蒸汽温度下降时，如果要保持汽轮机叶片的负载不变，则蒸汽的流量必须增加，蒸汽流量的增加使得蒸汽的消耗会变大，导致汽轮机运行的经济型和热效率降低；第三，主蒸汽温度下降会使汽轮机各个零件间的温差变大，汽轮机各级零件的反作用力增加，对轴的作用力增大，引起汽轮机中金属零件的热变形，机组的振动增大，影响汽轮机的稳定性和热效率。除此之外，主蒸汽温度的下降还可能导致水冲击事故的出现，对汽轮机造成重大的伤害。1.2.2主蒸汽压力对汽轮机热效率的影响在汽轮机日常运行的过程中，必须重视汽轮机组主蒸汽压力的变化。主蒸汽压力的变化不仅会对机组的热效率造成影响，而且容易导致重大事故的发生。在主蒸汽温度不变的情况下，如果主蒸汽压力不断升高会造成蒸汽湿度的变大，使叶片的工作条件发生改变，叶片冲击加剧。对汽轮机组来说，主蒸汽压力每提高1兆帕，蒸汽的湿度会增加百分之四左右。主蒸汽压力的升高还容易导致叶片负荷的增加，引起汽轮机主要的承压部件的热应力增加，使零件发生热变形甚至损坏，严重缩短汽轮机零部件的使用寿命。当机组采取滑压运行时，必须控制主蒸汽压力变化的幅度和范围，主蒸汽压力的增高会使安全门打开，造成汽轮机热效率的下降。因此，当汽轮机主蒸汽压力超过额定数值时，应该保证汽轮机中主要承受压力的零部件的应力不超过额定范围，以免造成严重的后果。当汽轮机的蒸汽压力不断升高时，必须对调速气门进行相应的调节以增大气门的开度，使主蒸汽压力维持在安全范围内。此外，在汽轮机的主蒸汽温度不变的情况下，主蒸汽压力下降会导致汽轮机压降降低，造成蒸汽的消耗量增加，影响汽轮机的热效率。2．提高汽轮机热效率的方法2.1及时检查设备及零部件在建设汽轮机厂房之前，厂房的建设单位应该与汽轮机的安装单位相互沟通、紧密配合。建设单位要核对设备的尺寸参数，对厂房的建设提出相关建议等。建设单位在施工的过程中，安装单位必须协助建设单位，防止厂房建好之后无法满足机器设备的安装要求。厂房建设的主要要求有以下几个：第一，隔板的建设必须要符合汽缸安装的相关要求，间隙要合理，汽缸的贴合面要紧密；第二，隔板的上下面与汽轮机各部件间的配合要准确，无变形情况的出现。2.2准确安装汽缸2.2.1低压缸的安装国产汽轮机低压缸的生产主要由钢板焊接而成，各个厂家各个型号的低压缸的结构差别不大，所以在安装过程中安装的要求大体相同。安装台板就位后，要调整台板的位置使之与中心线对齐，然后将低压缸安装上去。将低压缸安装到指定位置后，要对低压缸的安装位置进行复核，使之符合图纸的设计要求。在复核的过程中，低压缸的找平与找中心两个步骤可以一起进行。2.2.2高、中压缸的安装由于高、中压缸的结构体积十分庞大，调整起来非常难。因此，在安装前必须提前对缸的安装位置进行找平，尤其是轴承座的安装位置。高、中压缸安装的过程中，要将汽缸的重量合理分配到各个接触面上，保证接触面负载的平衡，防止重心都偏移到某个接触面上。各接触面承受的载荷要按照制造厂的要求进行校核，误差要控制在可接受的范围内。2.3调整汽封间隙设备安装好之后，要对汽轮机中汽封的间隙进行调整，防止蒸汽的泄露导致汽轮机热