第三節(jié)　鍋爐負荷匹配

一、鍋爐負荷率與經(jīng)濟運行的關系

鍋爐負荷率就是在考核期內(nèi)鍋爐的實際運行出力與額定出力之比。它是總體反映鍋爐容量設置是否合理的主要指標，可用下式計算：

式中，?PJ為考核期內(nèi)鍋爐的平均負荷率，％；Dz為考核期內(nèi)鍋爐實際產(chǎn)生的蒸汽量；Dcd為鍋爐額定出力，t/h；h為考核期間鍋爐實際運行時間，h。

鍋爐實際運行效率與眾多因素有關，如鍋爐型號、結(jié)構(gòu)與容量、使用年限、燃料品種、燃燒方式、自動化控制程度、運行操作和負荷率等。當鍋爐已經(jīng)選定且運行后，運行效率與其負荷率有密切關系。就一般總的趨勢來講，鍋爐最高運行效率多是在負荷率75％～100％時獲得的。如果負荷率太低，鍋爐運行效率必然降低；超負荷運行，鍋爐運行效率也會降低，如圖2-1所示。因此，要提高鍋爐運行效率，應首先合理提高鍋爐的負荷率，才能獲得經(jīng)濟運行效果。

二、熱源必須與供熱負荷匹配

正確地統(tǒng)計和分析供熱負荷是一項基礎性工作。要根據(jù)能耗統(tǒng)計臺賬和現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)繪制熱負荷圖。對生產(chǎn)負荷、生活負荷、采暖負荷、空調(diào)制冷負荷等，分別按照不同季節(jié)、不同時段或班次核定數(shù)據(jù)，準確統(tǒng)計全部供熱負荷并繪制出不同季節(jié)、不同時段的供熱負荷圖，用以合理確定鍋爐開臺率與集中使用系數(shù)。

還應按照供熱負荷規(guī)劃，分析不同季節(jié)、不同時段的基本負荷與調(diào)峰負荷，以合理配置鍋爐單臺容量和臺數(shù)。其配置的原則是熱源必須與供熱負荷匹配，使各臺鍋爐組合處于高效運行狀態(tài)，以取得經(jīng)濟運行與節(jié)能減排效果。

根據(jù)上述原則與要求，可應用如下方法來達到或促進二者相匹配。

1.擇優(yōu)組合開爐，發(fā)揮各自優(yōu)勢

如果現(xiàn)有鍋爐房內(nèi)有多臺不同容量或型號的鍋爐，且出力有余，應設法擇優(yōu)組合開爐?？啥喔銕讉€組合運行方案，如冬季與夏季、高峰負荷與低峰負荷不同的優(yōu)化組合方案，進行分析比較。有計劃、有目的地加強檢修與調(diào)配工作，把負荷分配給最佳組合方案，使鍋爐出力與供熱負荷盡最大可能相匹配，方可達到經(jīng)濟運行、節(jié)能減排的效果。

2.削峰填谷，錯開高峰用汽

有些行業(yè)和單位，用汽高峰過于集中，早晨一上班，各部門或工序都要用汽，超過了鍋爐的實際能力，氣壓急劇下降，無法保證正常生產(chǎn)。而到某一時段，用汽設備已到一個工藝周期，很少用汽或不用汽了。如此大的用汽負荷變化，與鍋爐實際出力極不匹配，擇優(yōu)組合也無法達到。應加強生產(chǎn)組織與調(diào)度，把大的用汽負荷錯開高峰、錯開班次，做到交叉用汽、基本均衡用汽。因而，鍋爐出力與用汽負荷保持相對平衡、相互匹配，既保證了生產(chǎn)正常進行，又可達到經(jīng)濟運行的目的。

3.聯(lián)片供熱，達到雙贏

有些獨立生產(chǎn)企業(yè)由于種種原因，鍋爐容量選配太大，實際用汽負荷較小，導致鍋爐長期處于低負荷運行，難以達到匹配，熱效率低，浪費嚴重。而附近有些單位用汽量較小，已經(jīng)設立或準備設立小容量鍋爐，來滿足本企業(yè)生產(chǎn)或生活需要。應打破以往小而全的封閉式管理模式，提倡社會化組織生產(chǎn)，實行聯(lián)片供熱。既可提高鍋爐運行效率，節(jié)能減排，又可避免小鍋爐污染嚴重、排放超標的問題，是一項利國利民的辦法。還有少數(shù)企業(yè)設置余熱鍋爐，所產(chǎn)蒸汽只用作冬季采暖，其他季節(jié)富余蒸汽排空或經(jīng)冷卻后，變?yōu)槔淠ㄕ麴s水）又返回鍋爐，這是一種極大的浪費。應當供給鄰近企業(yè)使用，合理收費，達到雙贏，有利于環(huán)境保護，還取得社會效益。

4.集中供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)

發(fā)展集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)是國家政策優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。工業(yè)鍋爐大型化、高效、節(jié)能減排的發(fā)展趨勢日益加快。目前多選用35～75t/h循環(huán)流化床鍋爐，有的甚至更大，熱效率達到80％～90％以上。不僅熱效率高，還具有爐內(nèi)脫硫與脫硝功能，詳見第五章介紹。一些大型骨干企業(yè)與造紙行業(yè)等建設熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余能發(fā)電，優(yōu)勢很明顯。特別是各省、市、縣都建有經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)或工業(yè)園區(qū)，發(fā)展集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展方向更加明確，甚至實行發(fā)電、供熱、制冷三聯(lián)供，能源實行梯級利用，在規(guī)模經(jīng)濟與環(huán)保方面具有明顯優(yōu)勢，是今后的重點發(fā)展方向。因而，必然會加快淘汰一批污染嚴重的燃煤小鍋爐，及封閉落后、小而全的生產(chǎn)模式，使供熱負荷匹配更加合理。

三、合理選配鍋爐容量，設置蒸汽蓄熱器

1.合理選配鍋爐容量

對于鍋爐房的設計、鍋爐容量的選配，過去往往按規(guī)范要求，依據(jù)最大熱負荷確定鍋爐容量，熱負荷的波動只能通過鍋爐燃燒調(diào)整相匹配，不但加大了建設投資，而且鍋爐常處于低負荷運行，熱效率低，經(jīng)濟效益差。如鍋爐并聯(lián)設置蒸汽蓄熱器，只需按平均負荷選配鍋爐容量就可以了，而負荷波動用蓄熱器來調(diào)節(jié)。另外，生產(chǎn)的發(fā)展有時需要鍋爐少量增容，增設蓄熱器可相應擴大鍋爐容量，相對投資較省，并能使鍋爐裝機容量最大限度地發(fā)揮出來，取得綜合節(jié)能減排效果。

2.蒸汽蓄熱器的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)功能

蒸汽蓄熱器有臥式與立式兩種，國內(nèi)采用臥式較多。圖2-2為蓄熱器結(jié)構(gòu)與鍋爐并聯(lián)供汽圖。

蓄熱器本體是一個圓柱形壓力容器，外壁敷保溫層。其內(nèi)裝有沖蒸汽的總管、支管與蒸汽噴頭，噴頭外圍裝有循環(huán)筒。外部裝設有壓力計、水位計和自動控制閥等。此外，還設有蒸汽進出口、進水管與底部排水口、人孔等。

蒸汽蓄熱器并非儲汽罐，其容積的90％為飽和水，水上面為蒸汽空間。當用汽負荷小于鍋爐蒸發(fā)量時，則多余的蒸汽按左側(cè)箭頭方向進行充熱，通過止回閥、截止閥，經(jīng)噴嘴擴散到水中并凝結(jié)為高溫飽和水。同時釋放出熱量，水溫、水位和容器內(nèi)壓力升高，水的焓值便提高。這就是蓄熱器的充熱過程，最高壓力稱為充熱壓力。蓄熱器的蓄積能力，取決于飽和水的最高壓力和用汽部門的最低壓力之差以及容器內(nèi)的飽和水總量。

當用汽負荷大于鍋爐蒸發(fā)量，不能滿足用戶要求時，送汽母管內(nèi)氣壓降低，蓄熱器內(nèi)壓力大于送汽母管中的壓力，于是蓄熱空間的蒸汽便立即頂開排汽閥、止回閥，沿右側(cè)箭頭方向流往送汽母管。此時蓄熱器內(nèi)飽和水的壓力逐漸下降，飽和水迅速自行蒸發(fā)，產(chǎn)生飽和蒸汽送往熱用戶，以補充鍋爐供汽的不足，直到規(guī)定的放熱壓力為止。此時容器內(nèi)飽和水的壓力、溫度降低，水位相應下降，水的焓值也降低，這就是蓄熱器的放熱過程。

3.蓄熱器的應用及其效果

國外工業(yè)發(fā)達國家，對蓄熱器技術很重視，應用比較廣泛，節(jié)能減排效果顯著。國內(nèi)也投產(chǎn)了一些蓄熱器，效果同樣很好，但還未能達到推廣應用的程度。原因是對該項節(jié)能技術不熟悉，習慣于按最大負荷選擇鍋爐容量。如果供熱負荷增大了，首先想到的是鍋爐增容，沒有充分考慮設置蒸汽蓄熱器的可能性與優(yōu)越性。

對于用汽負荷波動較大的供熱系統(tǒng)、瞬時耗汽量有較大需求的供熱系統(tǒng)、汽源間歇產(chǎn)生或流量波動大的供熱系統(tǒng)，需要儲存蒸汽以備隨時需要或設備保溫的供熱系統(tǒng)等，都可增設蓄熱器。如木材干餾、蒸汽鍛造、蒸汽噴射制冷、高壓蒸汽養(yǎng)護、橡膠硫化、真空結(jié)晶、紡織印染、工業(yè)爐窯與垃圾焚燒、區(qū)域供熱、醫(yī)院、賓館飯店、商場超市、游泳業(yè)、洗浴業(yè)、部隊、學校等，都可推廣應用蓄熱器，可收到如下效果：

①提高鍋爐熱效率4％～6％，節(jié)省燃料消耗5％～15％。蓄熱器能調(diào)節(jié)高峰負荷，使鍋爐運行工況穩(wěn)定，燃燒狀況保持良好。某醫(yī)院安裝蓄熱器前后，鍋爐負荷變化見圖2-3。

②增大鍋爐供汽能力，不必按最大負荷選擇鍋爐容量，節(jié)省建設投資或鍋爐增容改造費用。

③在供汽負荷變化時，鍋爐能保持穩(wěn)定運行，氣壓波動很小，保證高峰負荷生產(chǎn)用汽需要，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

④鍋爐能保持在設計工況下穩(wěn)定運行，各部件符合使用條件要求，不會發(fā)生高溫過熱現(xiàn)象，減少故障，延長鍋爐使用壽命。

⑤有利于節(jié)能減排、環(huán)境保護。由于鍋爐供汽穩(wěn)定，不必頻繁進行燃燒調(diào)整，爐膛溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生超溫過熱現(xiàn)象，可實施低氧燃燒技術，減少NOx與煙塵的排放量。

⑥在夜間或公休、放假時間，鍋爐可以燜火，僅靠蓄熱器就能夠供給保溫用汽，且早晨不必提前點火升溫，節(jié)省人力物力。

⑦在鍋爐突然發(fā)生故障或停電、停水時，可在短期內(nèi)用蓄熱器緊急供應蒸汽，保證安全生產(chǎn)。

⑧鍋爐并聯(lián)蓄熱器后運行穩(wěn)定，靠蓄熱器能夠調(diào)節(jié)負荷，減輕操作人員的勞動強度。

4.蓄熱器技術成熟，安全可靠

蓄熱器在供汽系統(tǒng)的應用已有30多年的歷史，在國內(nèi)外均是成熟的節(jié)能減排應用技術，效果顯著，無需增設專門人員看管，便于推廣應用。如某一單位有的鍋爐因故停運，需要進行熱保養(yǎng)，可臨時代替蓄熱器運行，一舉兩得。

供熱系統(tǒng)安裝蓄熱器后，鍋爐運行壓力要提高到接近額定壓力，有一個改變習慣、逐步適應的過程。但就鍋爐安全性來看，鍋爐運行參數(shù)愈穩(wěn)定、愈接近額定參數(shù)，愈安全。這是因為鍋爐的熱力強度、水循環(huán)、通風設計都是以額定參數(shù)為依據(jù)的。所以增設蓄熱器后，使鍋爐運行工況保持穩(wěn)定，不但可節(jié)能減排，而且還可提高安全性，減少故障，延長使用壽命。

5.設計舉例

首先需要計算1m3飽和水的自身蒸發(fā)量，也可從表2-2直接查取。用下式進行計算：

式中，f為自身蒸發(fā)蒸汽量，kg/m3；h″為自身蒸發(fā)蒸汽熱焓，，kJ/kg；為初壓下飽和水熱焓，kJ/kg；為初壓下蒸汽熱焓，kJ/kg；為終壓下飽和水熱焓，kJ/kg；為終壓下蒸汽熱焓，kJ/kg；為初壓下飽和水的比容，m3/kg。

仍以圖2-3某醫(yī)院為例，壓力變化范圍為1.0MPa→0.2MPa，共需3600kg的蒸汽儲備，每立方米飽和水的蓄熱量為88kg，蓄熱器容積則為：

Q=3600/88=40.9m3

選取留20％余量，故取50m3容量的蓄熱器。