蒸汽锅炉的运行调节

一、蒸汽锅炉运行调节的任务

锅炉运行工况是不稳定的，其情况也比较复杂，在运行时应及时采取措施和调整手段维持相对稳定。因此，当外界负荷发生变化时，应随时进行调节，使水位、汽压、汽温保持在控制范围内；并且同时对燃烧进行调整，即对燃料的供给量、通风量以及给水量进行及时调节，以使锅炉的运行工况和外界的负荷需要相适应，保证锅炉达到安全、经济、连续运行的目的。

蒸汽锅炉正常运行调节的主要任务是：

(1)保持锅炉的蒸发量在额定范围内，满足热用户的需要。

(2)保持汽压正常、汽温稳定。

(3)保持水位在正常范围内波动，并均衡给水。

(4)保证蒸汽品质合格。

(5)维持良好的燃烧，努力提高锅炉热效率。

(6)保证锅炉运行工况稳定、锅炉安全经济运行。

二、蒸汽锅炉运行中的三个变量及其矛盾关系

蒸汽锅运行中，有三个相互关联、相互影响的变量，即外界负荷、蒸发量和给水量，其中，外界负荷是主变量，蒸发量是从变量，给水量是基本量(或称保证量)。外界负荷和蒸发量的矛盾常常是主要矛盾。在锅炉运行中其外界负荷取决于用户的需求。对运行工况正常的锅炉，其燃烧工况稳定，给水量与蒸发量、蒸发量与外界负荷基本相等。如果外界负荷突然发生变化(增大或减小)，就必须对蒸发量进行调节，使蒸发量与外界负荷达到基本相等；还必须对给水量进行调节，使给水量与蒸发量达到基本相等。

(一)外界负荷与蒸发量之间的关系

锅炉运行中，外界负荷与蒸发量之间必须保持基本相等，才能使汽压稳定。因此，锅炉运行中汽压的变化实际上反映了外界负荷与蒸发量之间的矛盾。外界负荷大于蒸发量，就会引起汽压下降，同时水位也会下降；外界负荷小于蒸发量时，就会引起汽压上升，同时水位也会上升。司炉人员为了满足用户对汽压和汽温(大部分工业锅炉是生产饱和蒸汽的，其汽温与汽压是对应关系)的要求，就必须调节蒸发量，从而使汽压、汽温达到规定值。而蒸发量的调节，又取决于司炉人员对锅炉燃烧工况的调节。

(二)蒸发量与给水量之间的关系

锅炉运行中，其蒸发量与给水量之间必须保持基本相等，才能使水位稳定。蒸发量大于给水量时，水位就会下降；蒸发量小于给水量时，水位就会上升。蒸发量的大小是根据外界负荷的变化而随时进行调节的。如上所述，当外界负荷增大时，司炉人员就要加强燃烧以提高蒸发量，同时就必须相应增加给水量，使锅炉具有承受能力，避免发生缺水事故。反之则否。

(三)燃烧与蒸发量之间的关系

锅炉运行中，调整燃烧是改变蒸发量以适应外界负荷变化的一种手段。而当外界负荷稳定的情况下，如果燃烧发生变化，会引起蒸发量的变化，使蒸发量与外界负荷之间的平衡被破坏，从而就会引起汽压、水位的变化。如燃烧增强，使蒸发量增大，就会引起汽压上升，水位下降；燃烧减弱，使蒸发量减小，就会引起汽压下降水位上升。此时，既要调节汽压，又要调节水位。调节的方法是调整燃烧的同时，适当调节给水量，使汽压、水位恢复正常。不过，燃烧变化的幅度不会很大，因此对汽压水位的影响就远远小于外界负荷的变化所带来的影响。但是一旦出现这样的情况时，也应及时调节，特别是燃烧增强时如不及时调节，就有可能发生超压或缺水事故。

三、蒸汽压力的调节

蒸汽压力是蒸汽质量的重要指标，在锅炉运行中，蒸汽压力是必须监视和控制的主要参数之一。

锅炉运行中，其汽压允许变化范围中低压锅炉为±0.05MPa，高压锅炉为±0.1MPa，且不允许汽压频繁的波动。因为汽压过高，安全阀万一发生故障不起跳，轻则超压，严重时可能发生爆炸事故。汽压过低，会使饱和蒸汽温度过低，且热焓值过低，严重影响供热和生产。汽压如果波动频繁，还会使锅炉受热面的金属经常处于交变应力的作用下，发生疲劳损坏。

如前所述，锅炉运行时汽压的稳定取决于外界负荷和锅炉蒸发量之间的平衡。因此，引起汽压变化的主要原因是外界负荷，当外界负荷发生变化时，使其与锅炉蒸发量之间的平衡被破坏，从而引起汽压发生变化。而调节锅炉蒸发量的手段就是调整燃烧工况。

具体地说，当外界负荷增大引起汽压下降时，可采取加强燃烧的措施，以提高蒸发量，使汽压上升到运行值，反之，可采取减弱燃烧的措施，以减少蒸发量，使汽压下降到运行值；在调节燃烧工况的同时，必须兼顾水位，防止发生缺水和满水。在外界负荷增大采取加强燃烧的措施时，有两种情况值得注意，一种是当时水位虽然是下降趋势，但仍在正常水位附近，这表明锅炉对提高蒸发量有一定的承受能力，司炉人员则可以首先加强燃烧，提高蒸发量，使汽压逐步上升到规定值，当然也要注意水位的变化。然后再根据水位下降的情况，逐步增加给水量，使水位上升到正常水位。另一种情况是当时水位偏低，表明锅炉对提高蒸发量无承受能力，如果此时盲目地加强燃烧，就有可能促使水位下降更快而导致缺水事故。因此，应先适当增加给水量，待恢复正常水位后，再采取加强燃烧的措施，使汽压逐步上升到规定值。

在外界负荷减小采取减弱燃烧的措施时，同样要注意锅内水位，如果水位偏高，可适当减少给水量，甚至暂停给水，防止发生满水事故。

四、锅内水位的调节

锅炉在运行中其水位是正常波动的，也就是说锅内水位是在变化着的，允许变化范围为正常水位±40～50mm。水位如果过高，会使锅内蒸汽空间缩小，造成蒸汽带水，使蒸汽含盐量增加，从面会引起过热器管因结垢使壁温过高而发生爆管事故；或造成用热设备工作条件恶化。水位如果过低，会引起水循环故障；严重缺水还会造成爆管，甚至爆炸事故。

为使水位稳定，4t/h以上的锅炉要求采用自动给水调节器，做到均衡连续给水。对于间断给水的，要求给水次数多，每次给水量少。如果给水间隙时间长，一次给水量多，则汽压很难稳定。在燃烧弱时给水，会引起汽压下降。故手烧炉应避免在投煤时给水。

此外，水位控制的高低还要随外界负荷的大小进行调节。在低负荷时，应稍高于正常水位，以使负荷增加时锅炉对提高蒸发量有承受能力，不至于给水调节不及时而造成低水位甚至缺水事故。在高负荷时，应稍低于正常水位，以免负荷减少时造成高水位，甚至满水。

在负荷突然变化较大时，可能出现虚假水位。因为当负荷突然增大很多时，蒸发量不能很快跟上，造成汽压下降较多，由于锅水温度是锅炉当时压力下的饱和温度，所以随着汽压的下降，锅水就从原来较高压力下的饱和温度下降到新的较低的压力下的饱和温度，此时锅水和金属要放出大量的热量，这些热量又用来蒸发锅水，于是锅水内的汽泡数量就会大大增加，汽水混合物的体积膨胀，所以促使水位很快上升，形成“虚假水位”。当锅水中产生的汽泡逐渐逸出水面后，汽水混合物的体积又收缩，所以水位又下降。此时如果不及时地增加给水量，则由于蒸发量大于给水量而引起水位很快下降。反之，当负荷突然减少很多时，汽压很快上升，相应的饱和温度提高，用于将锅水加热到新的饱和温度的热量增加，而用来蒸发锅水的热量则减少，锅水中的汽泡数量减少使汽水混合物的体积收缩，所以促使水位很快下降形成“虚假水位”。当锅水温度上升到新的压力下的饱和温度后，不再需要多消耗液体热，锅水中的汽泡数量又会逐渐增多，汽水混合物体积膨胀，所以水位又上升。此时如果不及时地减少给水量，则由于给水量大于蒸发量而引起水位很快上升。因此，在监视和调节水位时，要注意判断这种暂时的虚假水位，以免误操作。

运行中还要注意监视锅炉给水能力。通过水泵出口处的压力表，监视供水压力。若出现与锅炉的压力差渐渐增大的倾向，应检查给水管路是否产生阻塞障碍等，应查明原因采取措施消除。

当自动给水调节器投用时，仍必须经常监视锅炉水位的变化，保持给水量平稳，并经常对照给水流量与蒸发量是否相符。如果外界负荷变化较大，在调整燃烧改变蒸发量时发现自动给水调节器对给水量的调节不能满足时，应切换成手动采取上述原则进行调节。

锅炉给水应根据锅筒水位表的指示进行调节，因此要经常对两组水位表进行比较，若显示水位不同，要及时查明原因予以纠正。无论什么原因出现水位过低时，均应马上控制燃烧。各类锅炉结构上都规定了最低安全水位限，运行中水位必须维持在规定的最低安全水位限以上。

五、蒸汽温度的调节

蒸汽温度也是蒸汽质量的重要指标。对于生产饱和蒸汽的锅炉，其蒸汽温度为工作压力所对应的饱和温度，因此，蒸汽温度随蒸汽压力的变化而变化。运行中汽压稳定，汽温便稳定；汽压变化则会引起汽温变化。实质上，对汽温的调节，取决于汽压的调节。只要司炉人员随时保持汽压稳定，则汽温就能保持稳定。

对于生产过热蒸汽的锅炉，蒸汽温度为过热温度，过热度是在过热器内吸热而获得的，所以蒸汽温度的变化主要取决于过热器烟气侧的放热和蒸汽侧的吸热。当流经过热器的烟气温度、烟气量和烟气流速等变化时，都会引起过热蒸汽温度上升或下降。在运行中，过热蒸汽温度的偏差应在额定蒸汽温度±l0℃范围内，蒸汽温度如果过高，会使过热器管金属热疲劳，逐渐降低强度；如果严重超温，则会引起过热器管发生爆管事故。

对于发电锅炉，过热蒸汽温度的偏差不宜超过±5℃，否则会影响汽轮机的安全运行。

(一)当过热蒸汽温度过高时

可采用下列方法降低汽温：

(1)有减温器的，可增加减温水量。

(2)对过热器前的受热面进行吹灰。

(3)在允许范围内降低过剩空气量，减少烟气量。

(4)使火焰中心下移。

(二)当过热蒸汽温度过低时

可采用下列方法升高汽温；

(1)适当加强燃烧，提高蒸发量。

(2)对过热器进行吹灰。

(3)使火焰中心上移。

(4)有减温器的，可减少减温水量。

由上述可见，调节汽温的方法很多，但各有优缺点，在应用时应根据具体情况加以选择。在高参数大容量锅炉中，为了得到良好的汽温调节特性，往往应用两种以上的调节方法，并常以喷水减温与一种或两种烟气侧调温方法相配合。在一般情况下，烟气侧调温只作粗调，而蒸汽侧(用减温器)调温作为细调。

六、燃烧工况的调节

综上所述，锅炉要保持水位、汽压和汽温稳定正常，必须依据外界负荷的变化调节燃烧，相应增减燃料供应量，而燃料的增减，必须相应调整空气量，如果空气量调整不当，即空气量的供给与燃料燃烧对空气量的需求不相适应，则会出现不完全燃烧、冒黑烟或者空气过剩，使锅炉热效率降低。

(一)正常燃烧指标

锅炉正常燃烧，包括均匀供给燃料和合理通风两个基本环节。只要二者互相配合协调一致，即可达到安全、经济、连续运行的目的。

炉内正常燃烧的指标，主要有以下几项：

(1)维持较高的炉膛温度。层状燃烧时，燃烧层上部温度以1100～1300℃为宜，火焰颜色为橙色。悬浮燃烧时，燃烧中心温度应保持在1300℃以上，火焰颜色为白中带橙色。沸腾燃烧时，沸腾层温度最好保持在900～1000℃。

(2)保持适当的二氧化碳含量。烟气中的二氧化碳体积与烟气总体积的比值(%)，称为烟气的二氧化碳含量。在正常燃烧情况下，如果煤种不变，烟气中的二氧化碳的体积是不变的。但是烟气的总体积却受过剩空气量的影响。过剩空气量增加，烟气体积随之增加，二氧化碳含量则相应减少；反之，当过剩空气量减少时，二氧化碳含量相应增加。

烟气中的二氧化碳含量，对于手烧炉应为9%左右；机械炉为12%左右；煤粉炉约12%～14%。

(3)保持适量的过量空气系数。在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽量减少过量空气系数。

(4)降低灰渣可燃物。灰渣中可燃物含量，视燃料，燃烧设备和操作条件而异。应尽量降至最低水平。灰渣可燃物含量，对于手烧炉应在15%以下；机械炉应在10%以下；煤粉炉应在5%以下。

(5)降低锅炉排烟温度。在保证锅炉尾部受热面不结露的前提下，应尽量降低排烟温度。

(6)提高锅炉热效率。锅炉实际运行热效率，是一项综合性经济指标。在锅炉运行中，并不可能经常使用仪表对上述指标进行测定来评价燃烧工况的优劣，而是司炉人员根据对燃烧工况的观察结果来评价的，他们归结为“炉子烧得好不好，一看‘三白’就明了”。

所谓“三白”，即火白、烟白、渣白。火白，手烧炉和机械炉火焰颜色为橙色，室燃炉，火焰为白中带橙色，表明炉膛温度高，炉内过量空气系数适当；烟白，手烧炉和机械炉，排烟颜色为淡灰色，室燃炉，无明显可见的烟，表明燃烧完全，烟气中可燃气体（碳氢化合物和一氧化碳）含量少，气体未完全燃烧热损失小；渣白，灰渣可燃物少，表明固体未完全燃烧热损失小。达到以上“三白”，锅炉实际运行热效率可望达到规定的指标。因此，司炉人员的这个实践经验的总结是颇有科学道理的。

(二)燃烧调节的一般要领

(1)燃料量与燃烧所需空气量要相配合适，并且两者要充分混合接触。

(2)炉膛应尽量保持一定高温。

(3)应保持火焰在炉内合理均布，火焰充满度要高。

(4)不能骤然增减燃料量。

(5)防止不必要的空气侵入炉内，以保持炉内高温，减少热损失。

(6)维持负压燃烧，在运行中应随时监视炉膛负压表，调整通风压力，保持燃烧稳定正常。

(7)根据排烟温度、氧及二氧化碳的含量百分比及通风量等，或者根据上述的“三白”，努力调整好燃烧。

不同燃烧设备的调节燃烧方法，见本章第八节。

七、炉膛负压的调节

负压燃烧锅炉正常运行时，一般应维持20～30Pa(2～3mmH2O)的炉膛负压。负压过小，即正压燃烧，火焰、烟气喷出会伤人和损坏设备。负压过高，会吸入过多的冷空气，造成炉内过量空气系数增大，既降低炉膛温度，恶化燃烧工况，而且会增加排烟热损失，降低锅炉蒸发量。炉膛负压调节的方法是调节送、引风量，达到司炉工常说的“引风大于鼓风”。当负压过小，即正压时，可加大引风或减小送风；当负压过大时，可减小引风或加大送风。

八、除灰

锅炉受热面的烟气侧容易积存烟灰，而烟灰的导热能力只有钢材的1/5至1/200，据测定，受热面上积灰1mm厚，热损失要增加4%～5%。为了提高锅炉热效率，就要保持受热面清洁，以增强传热效果，因此，定期对锅炉受热面进行除灰，是十分必要的。

对于锅壳锅炉，其除灰是停炉时打开烟箱门，用铁刷去除灰垢。

除定期清扫之外，通常还用蒸汽吹灰、空气吹灰和药物清灰三种除灰方法。

(一)蒸汽吹灰

吹灰前应适当增大炉膛负压，一般可达到50～70Pa，防止吹灰时炉膛出现正压；保持锅炉汽压接近于最高工作压力，防止吹灰时汽压下降过多；检查吹灰器有无堵塞或漏汽现象，并且对供吹灰用蒸汽管道进行疏水和暖管，防止发生水击。

吹灰时应站在侧面操作，防止炉膛火焰由吹灰孔喷出伤人。同时，不可用多个吹灰器同时吹灰，避免汽压显著下降和使炉膛形成正压。

吹灰的顺序，应自第一烟道开始，顺着烟气流动方向依次进行，使被吹落的积灰随烟气流入除尘器。吹灰次数和时间，根据煤质和锅炉结构而定，通常每班吹灰二次，应选择负荷小的时候进行。锅炉停用之前一定要吹灰，燃烧不稳定时不要吹灰。

(二)空气吹灰

空气吹灰是利用压缩空气将积存在受热面上的烟灰吹走。为了保证吹灰效果，空气压力通常不低于0.7MPa。空气吹灰的操作顺序和注意事项与蒸汽吹灰基本相同，具有操作方便、吹灰范围广、比较安全等优点。但需要有压缩空气设备，因此使用较少。

(三)药物清灰

药物清灰是将硝酸钾、硫磺、木炭等混合粉末组成的清灰剂投入炉膛、被烧成白色的烟雾，与积存在受热面上的烟灰起化学反应，使烟灰疏松、变脆后脱落。

锅炉清灰剂有氧化型和催化型两种。燃煤锅炉使用氧化型清灰剂。在锅炉负荷高峰时，将其直接投在炉排高温区。燃油锅炉使用催化型清灰剂，利用压缩空气使其成雾状喷入炉膛即可。

锅炉清灰剂是近期科研成果，使用时间尚短，清灰效果有待进一步总结提高。

九、排污

(一)排污的目的

(1)降低锅水含盐量，避免发生汽水共腾，保持良好的蒸汽品质。

(2)排出积聚在锅筒和下集箱底部的水渣、泥垢。

(二)定期排污

定期排污装置是在锅筒和下集箱底部的排污管道上串联安装两只排污阀，其中靠近锅炉的一只为慢开阀，另一只是快开阀，如图8-1所示。排污的时间和数量，取决于对锅水的化验结果，通常不超过给水量的5%。

图8-1　排污阀串联装置

1.锅筒　2.慢开阀　3.快开阀

定期排污应注意如下几个问题：

(1)排污前要将锅炉水位调到高于正常水位线，排污时锅炉处于低负荷，防止锅炉缺水。

(2)排污人员，若不能直接观察到水位表的水位时，应由其他司炉人员监视水位。

(3)排污时不能进行其他操作。若出现有必须进行其他操作时，应先停止排污，关闭排污阀后再去进行。

(4)正确执行排污阀的启、闭顺序，以防排污阀被磨损而影响安全运行。

(5)排污结束，关闭排污阀后，排污管内不应有水流动的声音，间隔一段时间后，最好再用手触摸排污阀以外的管道，若感觉温度高，则表明排污阀未关严或有渗漏，应及时处理。

(6)每班至少进行一次排污。当有几台锅炉同时使用一根排污总管时，应单台排污，严禁同时排污。

(7)一台锅炉有多根排污管时，每次排污都应轮流进行，但不允许多根排污管同时进行排污，以防发生水循环故障和缺水事故。

(8)排污时不可用加长手柄长度启、闭排污阀。

定期排污方法：先开启慢开阀，再间断启闭快开阀，进行快速排污。排污结束时，先关闭快开阀，再关闭慢开阀。为消除两阀之间的积水，应再启闭一次快开阀。

(三)表面排污

表面排污又称连续排污，多用于大中型锅炉。表面排污的目的是为了将上锅筒蒸发面以下100～200mm之间含盐浓度较高的锅水，通过排污装置连续不断地排出锅外。排污量应根据对锅水的化验结果确定，并通过调节排污管上针阀的开度来实现。此工作由水处理人员承担。

为了提高热效率，可使排污水先排入压力膨胀箱，以便将由于压力降低而产生的二次蒸汽回收利用，废水由膨胀箱排出。

十、三大安全附件的试验与排放操作

(1)安全阀每月(或半月)进行一次手动排汽试验，每半年进行一次自动排汽试验。

(2)压力表的存水弯管每月冲洗一次。

(3)水位表每班至少冲洗一次。