中石油长庆油田分公司第一采气厂陕西靖边718500
摘要：锅炉在运行过程中，其燃烧中的燃料量和空气量的配比较难达到理论水平，致使天燃气无法得到完全地燃烧，导致能耗的提升及资源的浪费。过量空气量是锅炉燃烧技术的重要指标，可视为燃气锅炉燃烧指数，也可作为燃气锅炉的经济运行状态的参考系数。本文就动力站锅炉的运行现状展开了阐述，对锅炉热效率与过量空气系数的关系及燃烧效率和燃料燃烧的计算进行了分析，将为我国天然气企业的锅炉热效率提升提供实践参考，对天然气企业的提速增效具有积极的意义。
关键词：燃气锅炉；热效率；过量空气系数
燃气锅炉是指以天然气为燃料的工业设备，其通过对天然气的化学能的转换以获得饱和蒸汽或过热蒸汽，在我国基础工业领域获得的广泛的应用。而在锅炉的运行过程中，其燃烧中的燃料量和空气量的配比较难达到理论水平，致使燃气无法得到完全地燃烧，导致能耗的提升及资源的浪费。在锅炉运行的实践中，往往采用提升进入锅炉内的气体量，来使锅炉内的天然气得到充分地燃烧，这部分空气被称为过量空气量。也因此将锅炉设备的理论工作量和过量空气量（实际空气量）与理论空气量的比值称之为过量空气系数。且从理论层面上而言，过量空气量是锅炉燃烧技术的重要指标，可视为燃气锅炉燃烧指数，也可作为燃气锅炉的经济运行状态的参考系数。本文将以天然气净化厂常用的CG-75／3.82-Q型燃气锅炉为例，通过热力学的计算，对锅炉运行过程中的不同过量空气系数对锅炉燃烧的影响进行分析，并以热效率为重要的评测标准，对不同控制条件下的过量空气系数对提高锅炉的热效率水平及降低锅炉的排烟损失进行研究，在工业企业提速增效背景下，具有积极的实践意义。
1.动力站锅炉的运行现状
CG-75／3.82-Q型燃气锅炉是动力站锅炉的常见型号，属于单膛单气包自循环锅炉。其在燃烧过程中会排出大量的空气污染物（主要成分为烟尘及氮氧化物）。该种型号的动力站锅炉对设备过量空气等运行操作有着较为严格的规范，若控制不当易引发多重层面的安全生产事故。而就燃气锅炉的过量空气而言，若对这一系数未能达到较好的控制，则会直接导致燃气锅炉膛内的天然气燃烧情况不佳，排放气不能达到国家相关的行业排放标准，同时也极大程度上导致了资源的流失和浪费。在锅炉的实际运行中企业依据《TSGG0002．2010锅炉节能技术监督管理规程》中对过量气体系数进行相关的调控的说明。锅炉排烟出的过量空气系数一般控制在1.25左右，而在实际的运行过程中多数运行中的燃气锅炉未能达成这一标准，多在1.15左右，甚至又将过量空气系数控制住1.05-1.05左右，对其评测的结果显示，这些实际运行中的燃气锅炉其热效能的利用率普遍偏低。若燃气锅炉常以50％的负荷条件运行，则建议过量空气系数控制在1.15的较低值，此时含氧量为2.73%，推荐过量空气系数的控制指标不大于3％。
2.锅炉热效率与过量空气系数的关系
就理论层面而言，过量空气系数也可以用于反应锅炉燃料和空气的配比，这一比值在锅炉运行中也常被用来衡量锅炉的配风尺度。过量气体系数较大，则表示燃气锅炉内的供风不平衡，供风过多的情况下直接导致烟气量的提高，不仅不利用燃烧，同时还会在一定程度上导致燃气锅炉的炉温下降，也将间接导致锅炉风机电耗的提升及采气净化厂生产成本的提升；而过量空气系数较小，也表示燃气锅炉内的供风不平衡，在这一条件下，燃气锅炉不能保证天然气的完全燃烧。在对CG-75／3.82-Q型燃气锅炉的热损失率的分析中发现，锅炉生产过程中的排烟热损、未能完全燃烧的剩余可燃气体量都会随过量空气系数的变化而变化，控制炉膛出口的过量空气系数则会对上述两种指标产生较大的影响。当过量空气系数增加时，天然气有着更多的机会接触到氧气，使天然气的不完全燃烧热损失降低，但会导致排烟热损的小幅上升。同时也发现燃气锅炉的大部分热损与排烟的热温度和排烟体积的大小有着直接的关联，这一过程中天然气不完全燃烧的热损数占比不足2%。因此，在保障锅炉完全燃烧的状态下，尽可能地降低过量空气系数，可以有效地达成燃料天然气的节约。
3.燃烧效率和燃料燃烧的计算
在对该型号锅炉的现场数据统计表面，当燃气锅炉的负荷为30t/h是，其蒸汽温度可达400℃左右，这时的平均压力为3.5兆帕。锅炉在这一负荷下的天然气用量为36000m3/h，供气燃料的热值能够达到34856Ki/h，锅炉每小时的发热总量为125539211Kj。对燃气锅炉综合热效率的评测显示，其热效率高度76.5%根据过量气体的定义，明晰烟气中的含氧量便可对运行中的空气过量系数进行计算，对该种型号的过量在1.05、1.10、1.115、1.25四个不同空气过量系数下的排烟热损量的统计中得出，减小过量空气系数时其排烟热损最小，热效率最高。其热效率可提升0.52%左右。
综上所述，过量空气系数作为影响锅炉热效率的重要指标，其有效地控制将直接决定天然气锅炉的生产的实效，对企业的提速增效具有积极的推动意义。而燃气锅炉热效率的提升是长期的系统实践过程，在对锅炉空气系数进行实践探索的同时，应在燃气锅炉的热效率提升过程中加大设备的投入，提升人才储备，助推热效率提升这一目标的达成，为燃气锅炉的安全、高效生产保驾护航。
参考文献：
[1]赵贵林，李荣花，黄琼英.燃气锅炉过量空气系数对锅炉热效率的影响研究[J].化工设计通讯，2017，43（8）：123-124.
[2]王政伟，韩三飞，张争光.过量空气系数对燃气锅炉余热回收效率的影响分析[J].节能技术，2013，31（2）：123-126，132.
[3]刘铁哲.优化最佳过量空气系数提高注汽锅炉热效率[J].石油石化节能，2014，（3）：12-13.
[4]施益昌.通过控制过量空气系数提高注汽锅炉热效率[J].管道技术与设备，2004，（1）：16-17.
[5]王亮.空气过量系数对燃气锅炉氮氧化物排放浓度的影响[J].石油化工安全环保技术，2018，34（2）：46-48，58.
[6]王迪，程勃，孙建国，等.严寒地区燃气锅炉烟气余热回收的计算分析[J].吉林建筑大学学报，2018，（2）.