第五节　排烟热损失

一、排烟热损失与锅炉热效率的关系

锅炉排烟热损失q2是由尾部排烟温度、烟气量与漏入系统内的冷空气量综合决定的。据大量测试资料显示，工业锅炉排烟热损失一般占12％～20％，小型锅炉有时不设空预热器或省煤器，排烟温度高，q2高达20％以上。它是锅炉的主要热损失，是影响锅炉热效率的突出问题。

锅炉排烟温度的高低，主要与锅炉型号、结构、燃料品种与燃烧方式、受热面的设置与清洁程度以及运行操作技术、空气系数大小、系统漏入冷空气量等因素有关。对已投入运行的锅炉来讲，前面几项已固定，后面几项是经济运行需要特别关注的问题。

GB/T 15317《工业锅炉节能监测方法》规定排烟温度在160～250℃之间，小型锅炉处于上限，大中型锅炉在中下限。排烟温度越高，q2热损失越大，锅炉热效率越低。据测试资料统计，在一般情况下排烟温度每提高15℃，q2热损失增大1％或浪费燃料1.4％，如图2-8所示。某锅炉排烟温度从260℃降到117℃，锅炉热效率约可提高3.6％。由于还有其他因素的影响，现在还无法列出一个计算式，只能根据试验确定。因此，每台锅炉应根据自己的实际情况，选择并控制一个合理的排烟温度，对经济运行是十分有利的。

二、加强系统密封，大力降低漏风率

1.漏风危害严重

根据多年来大量锅炉热平衡测试结果显示，工业锅炉排烟热损失都比较大，远超出锅炉设计指标。但有时排烟温度并不太高，节能监测合格，从表面看好像有点矛盾，其实并不矛盾。造成q2大的首要原因是空气系数大，使烟气量增大；其次是受热面结垢、积灰、结渣，使传热效率下降，排烟温度升高；再次是锅炉系统漏风率大，由于漏入炉内大量冷风，稀释并降低了排烟温度，烟尘浓度、林格曼黑度也冲淡了，单测排烟温度或用目测法并不能反映真实情况，因此用排烟处空气系数来指导炉膛配风是不准确的。

锅炉系统主要漏风部位有：出渣口、炉排侧密封、风室之间、放灰门、给煤斗、炉门、检查门、窥视孔以及炉墙、烟道裂缝等。一般锅炉运行采取负压操作，从这些部位吸入冷风，致使烟气量增加，排烟热损失加大，引风机电耗升高。据专门测试结果表明，漏风系数增加0.1，排烟热损失提高0.2％～0.4％，锅炉热效率相应降低。这一点远没有引起人们的重视，需要纳入锅炉房规章制度，下力量切实抓好，方可取得节能减排功效。仍以某厂为例，在空气预热器后实测的空气系数高达3.4，排烟损失为34.0％，当封堵出渣口等漏风处后，空气系数降到2.1时，排烟热损失下降到19.0％。因仍有漏风处，现场未能仔细封堵，排烟热损失还有下降空间。

2.漏风系数的测定方法

锅炉系统的漏风情况，应定期进行巡回检查，发现问题及时采取措施解决。此外，还需要采用科学的方法进行测试，因为有些部位用目测法很难发现，对漏风大小的判断不可能准确。通过实际测试，可准确判定锅炉烟气流程中每个部位的漏风系数，以便针对性地采取措施。

漏风系数的测定方法有测定烟气中的CO2法和测O2含量法之分。在漏风点前后部位取烟气成分试样，用前述烟气成分分析仪器分析CO2或O2的体积分数，用下式进行计算：

式中，nf、为漏风系数（换算成百分数，称漏风率，％）；、为漏风点后烟气中O2和CO2体积分数，％；、为漏风点前烟气中O2和CO2体积分数，％。

例如，某锅炉省煤器前烟气中为13.5％，省煤器后烟气中为11.5％，漏风系数为：

该锅炉省煤器部位的漏风系数为0.17（也就是该部位漏风率为17％）。用同样方法，可测定其他部位的漏风系数。准确测定漏风系数的关键在于取样时，应采取密封措施，防止漏入冷空气，方可保证烟气成分准确。

三、合理配置尾部受热面，回收烟气余热

1.设置省煤器，提高锅炉进水温度

省煤器是布置在烟道尾部的一种给水预热装置，用来回收一部分烟气余热，同时降低排烟温度，减少排烟热损失q2。由于所回收的热量用于提高锅炉给水温度，因而可减少锅炉的燃料消耗，提高热效率。试验研究表明，锅炉给水温度提高6～8℃，可节省燃料消耗1％。如图2-9所示。排烟温度的降低与给水温度的提高大致是3:1的关系，即锅炉排烟温度降低3℃，给水温度约能提高1℃左右。例如，排烟温度250℃，安装省煤器后降低到150℃，降低值为100℃，相应的给水温度可提高32℃左右，燃料消耗可降低约4％。

中小型工业锅炉虽已安装了省煤器，但维护差，积灰多，不吹扫，阻力增大，水的预热温度低，效果差。有些厂家干脆把省煤器拆除，这样做极不合理。加强燃料管理、燃用洗选洁净煤、减少灰分，并进行定期吹扫，保持省煤器受热面清洁，强化热交换，可提高给水温度。实践证明，把省煤器积灰吹扫干净前后，锅炉热效率相差1％左右，节能减排效果很突出。

2.设置空气预热器，降低排烟热损失

空气预热器是布置在烟道尾部的一种空气预热装置，用来回收一部分烟气余热，加热冷空气，实施热风助燃，并可降低排烟温度，减小排烟热损失q2，节省燃料消耗。用图2-10表示空气预热器回收烟气余热的效果。例如某厂锅炉排烟温度280℃，设置空气预热器，加热助燃空气到120℃，排烟温度下降100℃。如空气系数原先控制在1.3，燃料节约率可达4.6％。

中小型工业锅炉尤其是10t/h以下的小锅炉，有时不配置空气预热器，因而排烟温度高，这是不合理的，是影响锅炉热效率的突出问题。应该安装空气预热器，其优点如下。

（1）设置空气预热器的优点

①由于热风助燃，着火快且稳定，可扩大煤种范围。在当前动力配煤无保证、供煤质量差、煤末较多的情况下尤为重要；

②热风助燃，有利于强化燃烧，降低灰渣含碳量，提高燃烧效率；

③由于热风助燃，火焰温度高，提高传热效率，保证出力；

④由于改进了高温环境，不需要太大的空气系数，便可促进低氧燃烧，降低排烟量，有利于环境保护。

（2）设置空气预热器的缺点及解决措施

①在预热器处容易积灰，增加烟气流通阻力，影响传热效果，需定期进行清扫，并配置合适的引风机；

②在空气预热器冷端管板容易产生低温腐蚀，尤其在燃料硫含量高时，影响烟气露点温度升高，需采取措施解决，保证预热器寿命。

四、保持受热面清洁，提高传热效率

1.锅炉受热面结垢、积灰危害严重

锅炉受热面内、外结有水垢、积灰、结渣或结焦，均会增加热阻，降低热交换效率。水垢的热导率很小，一般在0.58～2.3W/（m·℃）之间，是钢的。积灰、结渣或结焦的热导率，与水垢属于同一数量级，导热性能同样很差。试验研究表明，锅炉受热面结垢、积灰厚1mm，热损失要增加4％～5％，同时还会造成排烟温度升高，导致锅炉运行效率降低，出力下降。另外炉膛出口温度升高，可促使过热器升温，有可能造成钢管超温起泡甚至爆管，危及锅炉安全运行。

中小型工业锅炉对于受热面清洁与吹灰工作普遍重视不够，主要表现在已安装的吹灰设施不能正常投运，许多锅炉房未设置吹灰装置。遇有积灰、结渣、结焦，习惯于在停炉时集中清扫，不愿意在线处理，也是造成排烟温度高、燃料浪费的原因之一。

2.搞好水处理工作，实现无垢运行

要保持锅炉受热面内侧清洁，应贯彻以防垢为主的技术方针，因而必须搞好水处理工作。只有给水水质达标，方可实现无垢运行，提高传热效率。有关水处理工作，将在第七章作详细介绍。

3.加强吹扫，保持受热面清洁

燃煤锅炉在运行中必须坚持定期吹灰、除渣和清焦，保持受热面清洁，不能等到停炉时才去处理。目前国内主要的方法有：蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、高压水吹灰、振动除灰、化学除灰和燃气微爆除灰等。我国已引进美国克里斯蒂L3型炉膛吹灰器，还有湖北省锅炉辅机厂研制成功的G3A型固定旋转式吹灰器等。化学除灰剂的应用也取得了较好效果。当把除灰剂投入高温炉膛后，随烟气流动与受热面上的灰渣接触，可分解结渣，促进爆裂脱落，并可中和低温受热面结露形成的硫酸等。

北京凡元兴科技有限公司发明的“弱爆吹灰器”是一种新型清除积灰方法。它利用一种特制的爆燃罐内储存的预混燃气（如乙炔气与空气混合气体），通过导管与喷嘴导入受热面空间，点燃混合气体，使其在瞬间产生强烈的压缩冲击波（即弱爆炸波），对其受热面上的灰垢产生强烈的“先冲压后吸拉”的交变冲击作用而实现清除灰垢。同时，以很高的速度并以动能的形式冲击受热面。爆燃时产生的热量作用于灰渣层，使受热面受到声波振动。上述效应综合作用，便可除掉受热面的积灰。如对一台采暖用的SHW46-1.6/150/90-AⅢ往复炉排热水锅炉，每年只需5瓶燃气（乙炔气），费用在1000元左右。该设备无运动部件，不必经常维修，可靠性高，运行成本低。该装置技术成熟，且自动化程度高，效果好，安全可靠，是目前较为实用的清灰方法，已在全国很多厂家推广应用，效果很好。

4.降低排烟温度的瓶颈是烟气露点温度

（1）烟气露点　烟气结露是锅炉低温腐蚀的主要原因。降低排烟温度可减少排烟热损失，但却受到烟气露点温度特别是预热器冷端管板温度的制约，成为一个瓶颈问题。由于锅炉排烟温度必须高于烟气露点温度以上一定范围，限制了排烟温度的降低。

（2）防止预热器冷端腐蚀的措施

①以往通常采取的措施有：提高冷端预热器材质，如采用耐热铸铁、耐腐蚀钢或金属表面进行搪瓷处理，提高抗腐蚀能力；部分冷空气绕过冷端入口进入预热器内，以减少冷端入口冷空气量，提高该处的壁温；部分热空气从预热器出口再循环进入冷端入口处，提高入口冷空气温度；在空气管道上游采用同流换热式蒸汽盘形管加热器，提高冷空气入口温度等，以提高壁温。

②采用玻璃管空气预热器。此种材质不但具有优良的抗腐蚀性能，而且如有积灰、结渣，很容易被吹扫除掉，价格又便宜。在小型锅炉曾推广应用，效果较好。

③采用回转轮空气预热器。此种预热器与管式空气预热器相比，可在较低排烟温度下运行，且传热性能不受积灰的影响，烟气通道流程短，积灰可相对减少。如采用特殊设计，在轮处覆盖有吸水材料，可吸收烟气中部分水蒸气的汽化潜热，这一点是别的预热器所没有的。该预热器密封比较困难，且周围空气容易被污染。在电站或大型工业锅炉有应用，在中小型工业锅炉可进行试验。

（3）采用热管预热器与省煤器　热管是一种超导传热元件。天津华能集团能源设备有限公司等生产厂家，利用热管元件组装制造的锅炉热管系列空气预热器、热管省煤器，具有传热效率高、结构紧凑、体积小、安装方便灵活、流体阻力小、有利于降低排烟温度、减缓露点腐蚀等优点。可节约燃料10％，使用寿命8年以上，一年左右可收回投资，应大力推广应用。有关热管的传热原理、结构及其应用优势，将在第九章中介绍。

（4）合理控制蒸汽压力，有利于降低排烟温度。如蒸汽压力从1.05MPa降低为0.7MPa，排烟温度可降低15.6℃，热效率提高0.7％左右。只要用户允许，可以进行试验。

（5）燃天然气锅炉采用烟气冷凝技术。预热器采用铜材质或者经过特殊处理的材质，回收相变潜热。目前北京市天然气锅炉已开始推广应用，详见第四章介绍。