第三节　锅炉负荷匹配

一、锅炉负荷率与经济运行的关系

锅炉负荷率就是在考核期内锅炉的实际运行出力与额定出力之比。它是总体反映锅炉容量设置是否合理的主要指标，可用下式计算：

式中，ϕPJ为考核期内锅炉的平均负荷率，％；Dz为考核期内锅炉实际产生的蒸汽量；Dcd为锅炉额定出力，t/h；h为考核期间锅炉实际运行时间，h。

锅炉实际运行效率与众多因素有关，如锅炉型号、结构与容量、使用年限、燃料品种、燃烧方式、自动化控制程度、运行操作和负荷率等。当锅炉已经选定且运行后，运行效率与其负荷率有密切关系。就一般总的趋势来讲，锅炉最高运行效率多是在负荷率75％～100％时获得的。如果负荷率太低，锅炉运行效率必然降低；超负荷运行，锅炉运行效率也会降低，如图2-1所示。因此，要提高锅炉运行效率，应首先合理提高锅炉的负荷率，才能获得经济运行效果。

二、热源必须与供热负荷匹配

正确地统计和分析供热负荷是一项基础性工作。要根据能耗统计台账和现场调查数据绘制热负荷图。对生产负荷、生活负荷、采暖负荷、空调制冷负荷等，分别按照不同季节、不同时段或班次核定数据，准确统计全部供热负荷并绘制出不同季节、不同时段的供热负荷图，用以合理确定锅炉开台率与集中使用系数。

还应按照供热负荷规划，分析不同季节、不同时段的基本负荷与调峰负荷，以合理配置锅炉单台容量和台数。其配置的原则是热源必须与供热负荷匹配，使各台锅炉组合处于高效运行状态，以取得经济运行与节能减排效果。

根据上述原则与要求，可应用如下方法来达到或促进二者相匹配。

1.择优组合开炉，发挥各自优势

如果现有锅炉房内有多台不同容量或型号的锅炉，且出力有余，应设法择优组合开炉。可多搞几个组合运行方案，如冬季与夏季、高峰负荷与低峰负荷不同的优化组合方案，进行分析比较。有计划、有目的地加强检修与调配工作，把负荷分配给最佳组合方案，使锅炉出力与供热负荷尽最大可能相匹配，方可达到经济运行、节能减排的效果。

2.削峰填谷，错开高峰用汽

有些行业和单位，用汽高峰过于集中，早晨一上班，各部门或工序都要用汽，超过了锅炉的实际能力，气压急剧下降，无法保证正常生产。而到某一时段，用汽设备已到一个工艺周期，很少用汽或不用汽了。如此大的用汽负荷变化，与锅炉实际出力极不匹配，择优组合也无法达到。应加强生产组织与调度，把大的用汽负荷错开高峰、错开班次，做到交叉用汽、基本均衡用汽。因而，锅炉出力与用汽负荷保持相对平衡、相互匹配，既保证了生产正常进行，又可达到经济运行的目的。

3.联片供热，达到双赢

有些独立生产企业由于种种原因，锅炉容量选配太大，实际用汽负荷较小，导致锅炉长期处于低负荷运行，难以达到匹配，热效率低，浪费严重。而附近有些单位用汽量较小，已经设立或准备设立小容量锅炉，来满足本企业生产或生活需要。应打破以往小而全的封闭式管理模式，提倡社会化组织生产，实行联片供热。既可提高锅炉运行效率，节能减排，又可避免小锅炉污染严重、排放超标的问题，是一项利国利民的办法。还有少数企业设置余热锅炉，所产蒸汽只用作冬季采暖，其他季节富余蒸汽排空或经冷却后，变为冷凝水（蒸馏水）又返回锅炉，这是一种极大的浪费。应当供给邻近企业使用，合理收费，达到双赢，有利于环境保护，还取得社会效益。

4.集中供热，热电联产

发展集中供热、热电联产是国家政策优先发展的产业。工业锅炉大型化、高效、节能减排的发展趋势日益加快。目前多选用35～75t/h循环流化床锅炉，有的甚至更大，热效率达到80％～90％以上。不仅热效率高，还具有炉内脱硫与脱硝功能，详见第五章介绍。一些大型骨干企业与造纸行业等建设热电联产、余热余能发电，优势很明显。特别是各省、市、县都建有经济技术开发区或工业园区，发展集中供热、热电联产的发展方向更加明确，甚至实行发电、供热、制冷三联供，能源实行梯级利用，在规模经济与环保方面具有明显优势，是今后的重点发展方向。因而，必然会加快淘汰一批污染严重的燃煤小锅炉，及封闭落后、小而全的生产模式，使供热负荷匹配更加合理。

三、合理选配锅炉容量，设置蒸汽蓄热器

1.合理选配锅炉容量

对于锅炉房的设计、锅炉容量的选配，过去往往按规范要求，依据最大热负荷确定锅炉容量，热负荷的波动只能通过锅炉燃烧调整相匹配，不但加大了建设投资，而且锅炉常处于低负荷运行，热效率低，经济效益差。如锅炉并联设置蒸汽蓄热器，只需按平均负荷选配锅炉容量就可以了，而负荷波动用蓄热器来调节。另外，生产的发展有时需要锅炉少量增容，增设蓄热器可相应扩大锅炉容量，相对投资较省，并能使锅炉装机容量最大限度地发挥出来，取得综合节能减排效果。

2.蒸汽蓄热器的结构与调节功能

蒸汽蓄热器有卧式与立式两种，国内采用卧式较多。图2-2为蓄热器结构与锅炉并联供汽图。

蓄热器本体是一个圆柱形压力容器，外壁敷保温层。其内装有冲蒸汽的总管、支管与蒸汽喷头，喷头外围装有循环筒。外部装设有压力计、水位计和自动控制阀等。此外，还设有蒸汽进出口、进水管与底部排水口、人孔等。

蒸汽蓄热器并非储汽罐，其容积的90％为饱和水，水上面为蒸汽空间。当用汽负荷小于锅炉蒸发量时，则多余的蒸汽按左侧箭头方向进行充热，通过止回阀、截止阀，经喷嘴扩散到水中并凝结为高温饱和水。同时释放出热量，水温、水位和容器内压力升高，水的焓值便提高。这就是蓄热器的充热过程，最高压力称为充热压力。蓄热器的蓄积能力，取决于饱和水的最高压力和用汽部门的最低压力之差以及容器内的饱和水总量。

当用汽负荷大于锅炉蒸发量，不能满足用户要求时，送汽母管内气压降低，蓄热器内压力大于送汽母管中的压力，于是蓄热空间的蒸汽便立即顶开排汽阀、止回阀，沿右侧箭头方向流往送汽母管。此时蓄热器内饱和水的压力逐渐下降，饱和水迅速自行蒸发，产生饱和蒸汽送往热用户，以补充锅炉供汽的不足，直到规定的放热压力为止。此时容器内饱和水的压力、温度降低，水位相应下降，水的焓值也降低，这就是蓄热器的放热过程。

3.蓄热器的应用及其效果

国外工业发达国家，对蓄热器技术很重视，应用比较广泛，节能减排效果显著。国内也投产了一些蓄热器，效果同样很好，但还未能达到推广应用的程度。原因是对该项节能技术不熟悉，习惯于按最大负荷选择锅炉容量。如果供热负荷增大了，首先想到的是锅炉增容，没有充分考虑设置蒸汽蓄热器的可能性与优越性。

对于用汽负荷波动较大的供热系统、瞬时耗汽量有较大需求的供热系统、汽源间歇产生或流量波动大的供热系统，需要储存蒸汽以备随时需要或设备保温的供热系统等，都可增设蓄热器。如木材干馏、蒸汽锻造、蒸汽喷射制冷、高压蒸汽养护、橡胶硫化、真空结晶、纺织印染、工业炉窑与垃圾焚烧、区域供热、医院、宾馆饭店、商场超市、游泳业、洗浴业、部队、学校等，都可推广应用蓄热器，可收到如下效果：

①提高锅炉热效率4％～6％，节省燃料消耗5％～15％。蓄热器能调节高峰负荷，使锅炉运行工况稳定，燃烧状况保持良好。某医院安装蓄热器前后，锅炉负荷变化见图2-3。

②增大锅炉供汽能力，不必按最大负荷选择锅炉容量，节省建设投资或锅炉增容改造费用。

③在供汽负荷变化时，锅炉能保持稳定运行，气压波动很小，保证高峰负荷生产用汽需要，提高产品质量。

④锅炉能保持在设计工况下稳定运行，各部件符合使用条件要求，不会发生高温过热现象，减少故障，延长锅炉使用寿命。

⑤有利于节能减排、环境保护。由于锅炉供汽稳定，不必频繁进行燃烧调整，炉膛温度稳定，不会发生超温过热现象，可实施低氧燃烧技术，减少NOx与烟尘的排放量。

⑥在夜间或公休、放假时间，锅炉可以焖火，仅靠蓄热器就能够供给保温用汽，且早晨不必提前点火升温，节省人力物力。

⑦在锅炉突然发生故障或停电、停水时，可在短期内用蓄热器紧急供应蒸汽，保证安全生产。

⑧锅炉并联蓄热器后运行稳定，靠蓄热器能够调节负荷，减轻操作人员的劳动强度。

4.蓄热器技术成熟，安全可靠

蓄热器在供汽系统的应用已有30多年的历史，在国内外均是成熟的节能减排应用技术，效果显著，无需增设专门人员看管，便于推广应用。如某一单位有的锅炉因故停运，需要进行热保养，可临时代替蓄热器运行，一举两得。

供热系统安装蓄热器后，锅炉运行压力要提高到接近额定压力，有一个改变习惯、逐步适应的过程。但就锅炉安全性来看，锅炉运行参数愈稳定、愈接近额定参数，愈安全。这是因为锅炉的热力强度、水循环、通风设计都是以额定参数为依据的。所以增设蓄热器后，使锅炉运行工况保持稳定，不但可节能减排，而且还可提高安全性，减少故障，延长使用寿命。

5.设计举例

首先需要计算1m3饱和水的自身蒸发量，也可从表2-2直接查取。用下式进行计算：

式中，f为自身蒸发蒸汽量，kg/m3；h″为自身蒸发蒸汽热焓，，kJ/kg；为初压下饱和水热焓，kJ/kg；为初压下蒸汽热焓，kJ/kg；为终压下饱和水热焓，kJ/kg；为终压下蒸汽热焓，kJ/kg；为初压下饱和水的比容，m3/kg。

仍以图2-3某医院为例，压力变化范围为1.0MPa→0.2MPa，共需3600kg的蒸汽储备，每立方米饱和水的蓄热量为88kg，蓄热器容积则为：

Q=3600/88=40.9m3

选取留20％余量，故取50m3容量的蓄热器。