锅炉损失（共4篇）
锅炉损失 篇1
摘要：以层燃为主要技术特点的链条炉机械化程度高、煤种适应好, 但存在灰渣含碳量高、热效率低的问题。为了提高锅炉热效率, 采取层燃与煤粉悬浮燃烧相结合的复合燃烧技术。对采用复合燃烧的链条炉进行热损失实验研究, 结果表明, 锅炉蒸发量提升9.3%, 锅炉热效率提高9%, 固体不完全燃烧热损失下降了4.4%, 排烟热损失升高2.47%。
关键词：锅炉,复合燃烧,热损失
引言
以层燃为典型燃烧特点的链条炉以其机械化程度高、对粉煤种粒径要求低、煤种适应好、飞灰含碳量低等优点, 成为粉煤燃烧的理想设备而被广泛使用。但链条炉也存在着单面引燃、着火迟缓、大颗粒煤难于燃尽、燃烧层配风供氧不易定量调节等缺点, 导致锅炉在运行中灰渣含碳量高、过量空气系数大、排烟温度高、蒸发量达不到设计要求等问题。
以煤粉悬浮燃烧为主要特点的煤粉锅炉, 以其单位容积热负荷大、供热量易于调节、锅炉燃烧效率高等优点, 在大型蒸汽锅炉中广为使用。但是, 煤粉炉存在的煤粉制备工艺复杂、飞灰含碳量高、烟尘污染严重等缺点, 严重制约了煤粉炉的发展与应用。
针对链条炉的缺点及煤粒层燃与煤粉悬浮燃烧的各自特点, 层燃与煤粉悬浮燃烧相结合的复合燃烧技术应运而生。其主要技术特点:不改变链条炉的原有内部结构, 仅在链条炉的两侧或炉后加装一套喷粉系统, 向锅炉内喷射煤粉, 煤粉靠炉排上燃烧的火床点燃, 而煤粉燃烧产生的高溫火焰又为炉排上的煤层着火提供热源。复合燃烧技术综合应用两种燃烧方式的优点, 同时又不需要对锅炉系统进行大幅度改变, 从而达到节约投资、提高锅炉效率的目的。
复合燃烧技术改变了锅炉的燃烧方式, 提高了锅炉的蒸发量及热效率, 但是定量对复合燃烧的锅炉系统中热量的损失形式及数量进行定量研究, 将有助于进一步提高锅炉热效率产生重要作用。
1 实验条件及能耗分析方法
复合燃烧锅炉其锅炉本体结构与链条炉相同。增加复合燃烧制粉机和炉内喷嘴及煤粉输送管道。煤粉喷嘴置于侧墙, 喷射火焰朝向炉膛辐射区。
将水分小于6%的煤经破碎后粒径小于10mm。30%的煤经破碎后进入复合燃烧机, 磨至0.08mm以下, 喷入炉内。70%未破碎的煤投入原炉排燃烧。调节负荷时, 联合调节复合燃烧机的制粉量及链条炉排移动速度。
按锅炉热平衡原理, 锅炉正平衡效率:
其中, D为锅炉实际蒸发量, kg/h;iq, igs为进出口焓值, k J/kg;B为燃烧消耗量, kg/h;Qydw为燃煤应用基燃烧低位热值, k J/kg。
低位热值计算采用门捷列夫计算式:
其中, Cy、Hy、Qy、Sy、Wy为燃料应用基成分质量含量百分数, 单位%。
锅炉燃料燃烧生成热将用于锅炉有效利用热Q1、排烟热损失Q2、可燃气体不完全燃烧损失Q3、固体不完全燃烧损失Q4、炉墙散热损失Q5、灰渣物理显热Q6几部份的支出。
实验中排烟热损失Q2按下式计算:
式中:Ipy为排烟的焓, k J/kg, 由烟气离开锅炉最后一个受热面处的烟气温度Jpy和该处的过量空气系数所决定, apy值则在热平衡实验中测定;apy为排烟处的过量空气系数, 值由烟气分析测定气体成分后计算求得;V0k为每千克燃料完全燃烧时所需的理论空气量, m3; (ct) lk为每Nm3干空气连同其带入的10g水蒸气在温度为t℃时的焓;q4为固体固体未完全燃烧热损失比率, q4=Q4/Q1×100。
气体未完全燃烧热损失Q3按下式计算:
对于链条炉固体未完全燃烧热损失Q4可分为以下几部份:
式中, 为炉渣未完全燃烧热损失, k J/kg;Q4fh为飞灰未完全燃烧热损失, k J/kg;Q4lm为炉排漏煤热损失, k J/kg。
本实验中, 炉渣未完全燃烧热损失Q4l2和飞灰机械未完全燃烧热损失Q4fh, 按如下公式计算:
式中, Cclz、Ccfh分别为炉渣和飞灰中可燃物含量百分数, %;alz、afh分别为炉渣、飞灰量占入炉煤总灰量的质量份额。
炉墙散热损失Q5本次实验不做测试仅按经验选取。
灰渣物理热损失Q6计算式:
式中, Clz为炉渣比热, k J/ (kg℃) , 是温度的函数, 即clz=0.71+5.02×10-4tlz。为灰渣离开炉膛时的温度, 当不直接测量时, 链条炉tlz=600℃。
2 实验数据分析
(1) 锅炉蒸发量与效率对比。对链条炉设计工况、链条炉实际工况、复合燃烧炉实际工况三种工况条件下锅炉蒸发量的数据进行分析, 如图1所示, 可知链条炉实测蒸发量为33.3t/h, 尚末达到设计蒸发量35t/h的设计指标。经复合燃烧改造后, 锅炉蒸发量上升到36.4t/h, 超出设计蒸发量的4%。与实际蒸发量相比, 复合燃烧锅炉蒸发量提升9.3%。
对三种工况下锅炉热效率的分析可知, 链条炉设计效率为80%, 实测效率为76%, 复合燃烧锅炉实测效率为83%。可见, 经复合燃烧改造后的锅炉热效率比链条炉实际热效率提升9.1%。
两个指标的分析表明, 采用复合燃烧技术对于提高锅炉蒸发量和提高锅炉效率有较好的作用。
(2) 固体未完全燃烧损失对比。链条炉固体未完全燃烧热损失是锅炉热损失的较大项, 其主要由炉渣机械未完全燃烧热损失、炉排漏煤未完全燃烧热损失、飞灰未完全燃烧热损失几项构成。
实验测试数据见表1, 表明链条炉的固体未完全燃烧热损失为14.5%, 而复合燃烧炉固体未完全燃烧热损失下降为10.1%, 下降幅度为4.4%。
图2给出了两种炉型中固体未完全燃烧的对比情况。可看出, 在固体未完全燃烧的三种组成中, 炉渣未完全燃烧占了绝大份额, 主要原因是链条炉的层燃特性所造成。当锅炉负荷较大时, 煤层较厚, 炉排转速较快, 造成煤层底层靠近炉排面的煤粒燃烧不完全, 从而以炉渣的形式被排出锅炉, 造成炉渣未完全燃烧。与炉渣未完全燃烧热相比, 炉排漏煤热损失和飞灰热损失相对较小。
对链条炉与复合燃烧炉两种炉型的各项热损失数据对比分析可以看出, 复合燃烧炉的炉渣未完全燃烧热损失降幅明显, 改造后的复合燃烧炉炉渣热损失下降了5%。这是由于30%的煤由喷嘴燃烧, 减小了炉排燃烧量, 炉排上的煤有更充分的燃烧时间, 易于燃尽。
炉排漏煤热损失一项的数据分析可看出, 复合燃烧炉的炉排漏煤热也有所下降, 降幅约为0.2%。
复合燃烧炉的飞灰热损失要高于链条炉, 数值约为1.2%, 高于链条炉的0.4%。飞灰损失升高的主要原因在于复合燃烧采用喷嘴燃烧, 煤粉呈悬浮燃烧状态, 小颗粒的煤粉易被烟气带走, 形成飞灰损失。
(3) 排烟热损失对比。排烟热损失是仅次于固体未完全燃烧热损失的另一项重要热损失。表2给出了两种锅炉排烟热损失的对比状况。
表中实验数据测试表明, 排烟热损失是锅炉热损失的较大项, 其数值占到总热损失的5%~8%, 应采取有效节能措施回收烟气余热。由实验数据进一步分析可知, 复合燃烧炉的排烟温度要高于链条炉排烟温度约19℃。由于排烟温度升高, 导致排烟热损失也相应增加了2.47%。产生这一现象的原因在于复合燃烧采用喷嘴燃烧, 有利的方面在于强化炉膛内的燃烧提高了炉膛内烟气温度, 但不利的一面在于空气过量系数有所增大及烟气温度的升高, 造成排烟温度的升高。
3 结论
对链条炉及复合燃烧炉两种锅炉的热损失进行实验测量对比, 可得出以下的主要结论:
(1) 链条炉采用复合燃烧技术改造后, 锅炉的蒸发量提高明显。与链条炉实际蒸发量相比, 复合燃烧锅炉蒸发量提升9.3%;
(2) 采用复合燃烧技术后, 锅炉总体热效率显著提高, 提高幅度约为9%;
(3) 链条炉改复合燃烧炉后灰渣含碳量有所下降, 但飞灰损失有所增大, 综合作用结果是固体不完全燃烧热损失下降了4.4%;
(4) 复合燃烧炉的排烟热损失要高于链条炉2.47%, 所以对链条炉改造后应配套采取烟气余热回收措施, 以便进一步回收烟气热量。
参考文献
[1]刘雪华.链条炉排锅炉均匀分层燃烧[J].工业锅炉, 2005, (6) :39-41.
[2]王子兵.工业型煤在链条炉中燃烧特性的改进性研究[D].保定:华北电力大学, 2008.
[3]王方, 刘准, 刘宝东.链条炉内型煤着火过程的试验研究[J].热能动力工程, 1989, (5) :40-46.
[4]徐云生, 沈际群, 陈仁辉.工业型煤在链条炉上的燃烧性能研究[J].昆明工学院学报, 1995, (4) :9-18.
[5]秦裕琨, 李争起, 吴少华.旋流煤粉燃烧技术的发展[J].热能动力工程, 1997, (4) :2-5, 77.
[6]邱广明.煤粉炉的分级燃烧技术研究[J].热能动力工程, 2000, (5) :556-559, 582.
[7]周建明.低挥发分煤粉燃烧新技术发展与应用[J].洁净煤技术, 2011, (4) :54-57, 81.
[8]李元章.复合燃烧技术在链条锅炉上的应用[J].节能, 2002, (5) :37-39.
[9]马仕文, 何斌.复合燃烧节煤技术在中小型工业锅炉上的应用[J].广西节能, 2002, (3) :18-19.
[10]杨明新, 吴少华, 孙绍增, 等.链条炉排加煤粉复合燃烧技术[J].热能动力工程, 1996, (1) :20-24, 63-64.
[11]杜坤杰, 沈士兴, 付军, 王爱洁.煤粉复合燃烧技术在链条炉排工业锅炉上的应用与改进[J].工业锅炉, 2012, (6) :34-36.
[12]成庆刚.链条锅炉加煤粉复合燃烧技术的经济效益分析[J].电站系统工程, 1994, (5) :37-42, 64.
锅炉损失 篇2
近年来我国电网建设速度加快, 无论是规模还是装机容量都有了较大程度的提升。部分电力设备级别呈不断上升的趋势, 这不可避免地会导致电站锅炉能耗量的增加, 对煤炭的需求量也越来越多。在电站中, 锅炉作为非常重要的运行设备, 与电厂能源利用及经济效益息息相关, 因此需要针对电站锅炉能耗增加的情况进行深入分析, 采取有效的节能措施来有效地降低电站锅炉的能源消耗, 实现电站节能减排的目标, 确保电站经济效益的提升。
1. 我国电站锅炉能耗概述
在经济快速发展带动下, 我国农业、工业取得了较快的发展, 人们生活水平不断提升, 这也使社会发展过程中对电能的需求量不断增加, 电力企业为了能够更好地满足社会发展中对电能的需求, 则需要不断增加发电设备的总容量, 设备容量增加后必然会带来能源消耗量的增多。我国电力发电设备多以煤炭作为动力, 这也导致当前我国电站锅炉能源呈迅猛增长的态势。导致煤耗增加的原因来自于多方面, 但与电站机组的容量和参数、使用的煤种、机组负荷率及对节能减耗的重视度具有直接的关系。锅炉作为电站生产运行的重要主机, 其运行情况及自身设备状况会对电站能源利用带来直接的影响, 同时还会影响到电站自身的经济效益。
2. 锅炉的节能经济指标
对于不同企业, 由于其具有不同的考核要求, 这也使锅炉的节能经济指标存在着一定的差异性。但不管锅炉节能经济指标有何不同, 其都是企业考核耗能的量化标准, 主要是针对于每年实际耗能情况并经过不断修订后指定的参照值, 因此锅炉只有在这个标准以下运行时才属于经济性运行。
(1) 锅炉热效率:表示进入锅炉的燃料所能放出的全部热量中, 被锅炉吸收于产生蒸汽的热量的最低百分率;
(2) 煤单耗:表示生产1t蒸汽所消耗的最大耗煤量, kg/t;
(3) 电单耗:表示生产1t蒸汽所消耗的最高耗电量, k Wh/t;
(4) 盐单耗:表示生产1t蒸汽所消耗的最高耗盐量, kg/t;
这些指标中, 锅炉的热效率的高低, 是锅炉结构先进与否、运行操作技术水平高低的反映, 是锅炉运行综合经济好坏的标志;煤单耗、电单耗、盐单耗是锅炉实际消耗能源的平均值, 它的考核时间分年、月、日等。如生产单位能够加强每日消耗量的考核, 则每月、每年的消耗量与指标的差值是很可观的。
3. 降低电站锅炉能耗损失的措施
3.1 加强锅炉运行管理
在电站锅炉运行过程中, 加强其运行管理主要是对节能的管理, 通过强化管理工作来降低能耗, 确保锅炉运行经济效益的提高。
(1) 锅炉运行动力管理。由于电站锅炉对煤炭消耗量较大, 因此需要控制好煤种, 加强煤场管理工作, 有效地加大对煤场的监督力度, 更好地掌握煤场中煤种的变化情况, 及时根据煤质数据变化来进行配煤, 进一步对掺烧方案进行优化, 确保锅炉运行过程中具有较好的节能效果, 提高运行的经济效益。
(2) 运行的参数管理。在锅炉节能管理工作中, 需要进一步优化锅炉运行的参数、一次风量和二次风量, 努力提高吹风系统的技术水平, 确保排烟过程中热量损失的减少。另外还要进一步强化对锅炉各部件进行管理, 保证锅炉处于经济运行状态下。
(3) 标准化管理和耗能管理。在电站运行过程中, 需要执行标准化生产, 锅炉需要严格按照各项指标的规定来运行。通过标准化管理和耗能管理使锅炉生产过程中具有可靠的参考数据, 避免其运行的随意性, 实现锅炉耗能管理的标准化和制度化。
(4) 检修管理。在锅炉运行过程中, 影响运行可靠性的因素较多, 无论是季节变化、煤种还是水温等因素都是影响到锅炉运行的状态, 因此在锅炉运行过程中需要对各种影响因素进行有效控制, 把好锅炉检查和检修的质量关, 确保锅炉时刻保持良好的运行状态。
3.2 运行过程中加强调整, 降低锅炉损耗
锅炉运行过程中, 无论是燃烧系统还是排烟系统都会存在着大量热量的损失, 为了能够有效降低排烟热量损失, 需要适当调整和优化电站锅炉运行情况, 适当地对锅炉燃烧参数进行调整, 并进一步调整好锅炉局部结构, 这样不仅能够有效地减少热量损失, 而且对降低锅炉飞灰中碳含量, 提高煤炭燃烧效益具有重要的意义。
3.3 研究劣质煤种的煤燃烧技术
在煤炭大量开采过程中, 煤炭的质量也存在较大的差异。由于电站锅炉对于煤质要求较高, 一旦供应的煤炭无法保证质量时, 则会对锅炉正常的运行带来较大的影响。但由于当前煤质越来越差, 在一些情况下, 锅炉不得不利用劣质煤来保证电站的正常生产运行, 从而导致经常会发生灭火或是设备受损等情况。因此需要加大对劣质煤种燃烧技术的研究, 为锅炉节能运行提供有效的保障。
3.4 加大技术改造, 积极推进新技术研究与利用
近年来我国对保护环境越来越重视, 电站锅炉高能耗运行下会对环境带来较大的污染, 因此通过加大对电站锅炉技术改造的力度, 实现锅炉的节能运行, 减小其运行过程中对环境所带来的污染, 可以有效地加快推动低碳环境的建设, 为低碳经济的健康、有序发展奠定良好的基础。
4. 电站锅炉节能技术措施
4.1 电站锅炉风机节能改造
定制高效节能风机。在对风机进行节能改造过程中, 可以通过更换低转速及双速的电动机及压力变频器等措施, 能够在一定程度上实现风机的节能目标。而且在实际电站锅炉风机节能改造过程中, 需要全面对经济因素及技术因素进行考虑, 从而选择最优化的节能改造方案。
(2) 对风机进行变频节能改造。可以将变频装置安装在风机上, 利用变频技术来对风机进行调速, 不仅能够有效地降低风门档板的能量损耗, 而且能够对燃烧系统进行线性调节, 有利于精细化控制目标的实现。而且在电动机启动过程中, 其所对电网带来的冲击作用也能够得到有效的降低, 能够进一步对工作环境进行优化, 改造后的风机节能效果非常显著。
4.2 电站锅炉在线监测系统节能技术
在当前电站生产运行过程中, 其科技含量不断增强, 计算机监控系统在发电机组中开始应用, 通过监控发电机组的运行, 并对生产过程中的数据进行记录, 及时对与生产指标不符的情况进行预警, 可以有效的实现锅炉运行的效益及节能效果。而且通过对电站进行智能化和自动化管理, 有利于更好地降低人员的劳动强度, 优化电站锅炉的运行及燃烧工况, 确保机组节能减排目标的实现。
4.3 电站锅炉节能点火技术
当前在我国一些大型电站中, 节能点火技术开始广泛应用, 这不仅实现了燃用油量的节省, 而且有效地降低了能源的消耗, 实现了发电综合成本的有效节约, 有效地提高了锅炉运行的经济性。
4.4 降低锅炉能损的两项技术
(1) 实现空气分级燃烧, 降低灰飞含碳量。为了有效地降低锅炉中NOX的排放量, 确保锅炉节能效益的实现, 则可以采用空气分级燃烧技术, 这项技术不仅节能成本投入较低, 而且具有较好的节能效益。在对锅炉运行进行优化的基础上, 有利于锅炉飞灰中碳含量的降低, 能够对锅炉废气的排放进行有效的优化。
(2) 排烟热量回收节能技术。电站锅炉运行过程中, 排烟温度一直以来都很难降下来, 尽管当前低温省煤器已广泛在锅炉中进行应用, 仍存在的腐蚀及温度灰问题一直没有得到有效的解决。因此需要加快对排烟热量回收节能技术进行研究, 有效地实现低温省煤, 确保锅炉热效率的降低。
结语
随着能源紧张局势的不断激化, 节能已成为全社会共同面对的重要问题。电站锅炉具有高能耗的特点, 这也使其成为当前节能的关键所在。通过采取有效的措施, 有效地实现电站锅炉的节能已成为非常重要的一项工作。在电站锅炉运行过程中, 可以通过加强管理, 有效地对锅炉运行工况进行调整, 以此来达到降耗的目标。同时还要加大对煤炭燃烧技术的研究力度, 加强新技术的应用及节能改造的步伐, 采取各种有效的节能减排措施确保电站锅炉节能、环保目标的实现, 提高电站锅炉运行的可靠性和经济性。
摘要：随着经济的快速发展, 电力能源成为当前各行各业广泛使用的能源, 这也使社会发展过程中对电能的需求量呈现出不断增长的态势, 给电力企业带来了严竣的考验。锅炉作为电站必不可少的重要生产设备, 在人们对电能需求量不断增加的新形势下, 电站锅炉的用煤量增加, 导致电站生产过程中对环境所带来的污染不断加重, 而且运行成本增加。因此在电站锅炉运行过程中, 需要有效地降低其能耗损失, 并充分地利用节能技术措施来提高电站锅炉运行的效率, 确保电站节能减排目标的实现。
关键词：电站锅炉,能耗,节能,能耗损失,节能技术措施
参考文献
[1]王家新.电站锅炉在线监测系统的节能技术探讨[J].节能, 2006 (12) :24.
[2]周云龙, 张炳文.电站锅炉排烟热量回收节能技术[J].长春工业大学学报 (自然科学版) , 2007 (7) :80.
[3]吴剑恒.电站锅炉风机的节能改造工程[J].电力需求侧管理, 2008 (1) :45.
锅炉损失 篇3
在推进节能减排工作中,中国大中城市都明确要逐步限制和淘汰燃煤工作,用天然气锅炉取代。天然气锅炉具有热效率高、运行能耗低、燃料运输能耗低和制造钢材消耗低等优点,所以天然气锅炉应用普遍增多[1,2]。
天然气锅炉的排烟热损失占热损失的比例最大,一般达到6%～15%,所以对排烟热损失的考核具有重大意义。按GB/T 10180—2003工业锅炉热工性能试验规程计算排烟热损失时,涉及到现场参数和天然气分析数据,这不便于现场对排烟热损失进行计算考核[3]。
本文采用MATLAB对排烟热损失编程计算,同时将天然气分析数据进行拟合回归,得到现场快捷计算排烟热损失的公式。利用现场测试数据,按GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程标准对快捷计算排烟热损失公式进行验证,表明该公式具有很高的精度,完全满足现场排烟热损失计算的应用。
1 排烟热损失规程计算
现场对天然气锅炉进行热工测试,在锅炉正常运行状况下,固体未完全燃烧热损失和灰渣物理热损失看做零值,而气体未完全燃烧热损失和锅炉表面热损失一般都变化不大且比较小,所以锅炉热损失主要集中在排烟热损失。
按GB/T 10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,天然气锅炉的热损失计算公式见式(1)至式(8)。
式中N2,CO2,O2,CO,H2S,H2,CmHn分别为气体燃料中对应成分的容积含量百分比,%。
式中,V0H2O为理论水蒸气容积,m3/kg;VH2O为排烟处水蒸气体积,m3/kg;Vgy为排烟处干烟气体积,m3/kg;Vpy为排烟处烟气体积,m3/kg。
式中,Qr为输入热量,kJ/kg;tpy为排烟温度,℃;tlk为冷空气温度,℃;cgy为干烟气平均定压比热容,kJ/m3/℃;clk为空气平均定压比热容,kJ/m3/℃;cH2O为水蒸汽的平均定压比热容,kJ/m3/℃;q2为排烟热损失,%。
2 排烟热损失模拟算法
将式(1)至式(8)逐层迭代,考虑到现场实际,取cgy为1.36,clk为1.32,cH2O为1.53,得到式(9)。
其中:
采集16家企业的燃用天然气进行成分分析,鉴于篇幅的限制,在此只列出其中10家天然气成分分析数据得出结果见表1。
将天然气成分分析的数据矩阵代入式(9),经MATLAB编程计算,得出结果见图1。
经过拟合回归得,A=0.036 7,B=0.004 6,C=0.035 0。
经上所述,得排烟热损失快捷计算公式见式(10)。
3 排烟热损失模拟值的分析
取9台天然气工业锅炉的能效测试数据进行验证该快捷计算方法的可靠性。排烟热损失模拟值与实算值的比较数据见表2和图2。
由表2可知,排烟热损失模拟值和实测值的绝对误差均小于5%,完全满足现场测试精度要求;由图2可知,在现场实际,该快捷模拟计算方法具有较高的准确性,满足在线快速获取排烟热损失的要求。
4 结论
a)应用MATLAB来在线快速模拟排烟热损失的计算方法具有较高的可靠性和准确性,能满足现场测试排烟热损失的要求;
b)应用在线仿真计算排烟热损失,可以减轻现场测试的工作量,减少天然气分析环节,提高工作效率;
c)在线仿真计算方法可以根据现场实测的几个重要参数来快速计算锅炉排烟热损失,这为锅炉实现现场效率测试提供了一种思路,同时也方便现场工作人员根据此在线快速调节锅炉运行参数,使得排烟热损失尽量降到最佳值。
摘要：由于环保和节能的原因,燃天然气工业锅炉的应用日益增多,其节能减排工作也日益突出。燃天然气工业锅炉排烟热损失是热损失中最重要的一项,研究一种现场快捷计算排烟热损失显得意义重大。排烟热损失计算涉及到现场数据和天然气分析数据,为实现现场快捷计算排烟热损失,采用MATLAB软件对排烟热损失进行编程计算,并对天然气分析数据进行拟合回归,模拟出排烟热损失的现场快捷计算方法。利用现场测试数据验证,表明该快捷模拟算法具有较高的精度。
关键词：工业锅炉,节能,天然气,热工测试,排烟热损失
参考文献
[1]李茂东,黎华,钟志强.工业锅炉能耗现状分析与节能措施[J].石油和化工设备,2009(07):67-69.
[2]史培莆.工业锅炉节能减排应用技术[M].北京:化学工业出版社,2009:70-75.
锅炉损失 篇4
福建无烟煤属典型难燃的高变质煤种, 具有挥发份极低、碳化程度高、煤质脆易爆裂、热稳定性差、入炉煤细粉含量大、着火和燃尽均十分困难、灰熔点低、易结焦等劣性, 链条炉和沸腾炉的燃烧效率普遍不高, 煤粉炉需掺油助燃和稳燃[1]。循环流化床锅炉 (CFB锅炉) 作为上世纪70年代发展起来的一种高效的洁净煤燃烧技术, 以其优良的环保性能、优越的调峰经济性、良好的煤种适应性、高效的劣质燃料燃烧效率和较高的灰渣综合利用价值, 近年来在国内外得到迅速的发展和普及, 也成为燃烧福建无烟煤的首选炉型, 在福建省得到广泛的应用。目前, 福建省有100多台CFB锅炉在运行或建设中[2], 总容量超过15 000蒸吨, 其中最大容量为1 025t/h。从已投运的CFB锅炉的运行实践来看, 循环流化床技术能够高效燃用福建无烟煤, 但运行中也存在飞灰含碳量偏高、燃烧效率偏低等问题[1,2]。 (1)
造成燃用福建无烟煤CFB锅炉机械不完全燃烧损失偏高的原因很复杂, 既与煤质特性和燃料颗粒有关, 也与CFB锅炉的总体设计参数 (如炉膛高度、流化速度、分离器形式和分离效率、物料循环倍率) 有关, 还与运行调整工况和操作人员技能水平等有关。为检测燃烧福建无烟煤的第三代CFB锅炉的运行性能, 探索降低机械不完全燃烧损失的运行技术, 寻找锅炉的最佳运行参数, 在一台DG 75/3.82-11型CFB锅炉上进行工业热态试验, 测试总过量空气系数、二次风率、上下二次风比等参数变化对锅炉机械不完全燃烧损失的影响。
2 试验装置及过程说明
2.1 锅炉设备简介
工业热态试验在一台DG 75/3.82-11型CFB锅炉上进行, 其结构如图1所示, 主要技术参数见表1。
针对福建无烟煤的特性, DG 75/3.82-11型CFB锅炉采用“高炉膛、低烟速、高炉膛燃烧温度、中温旋风绝热分离、中物料循环倍率”设计方案[3], 前后墙水冷壁自标高11.787m以下呈倒锥形, 炉膛横截面由4.645m×5.905m缩小为布风板 (标高4.70m) 截面2.501m×5.905m, 并在炉膛出口段 (标高24.29～28.69m) 布置蒸发管束、高温过热器、低温过热器等受热面。燃烧空气包括一次风、二次风和播煤风, 其中一次风分成左右两股从炉膛底部等压水冷风室进入燃烧室, 主要发挥流化和燃烧作用, 保持床料良好的流化及密相区合适的燃烧份额;二次风分为上、下两层 (标高10.8m、7.14m) , 通过32个喷嘴 (每层16个, 前后墙各八个, 对称布置;喷嘴截面110mm×60mm, 厚度10mm, 材质0Cr25Ni20Si2) 从前后墙高速射入炉膛, 有利于气、固充分混合, 提高焦炭的燃尽度;播煤风从前墙落煤管 (前墙单侧给煤方式, 给煤口中心标高6.53m) 进入炉膛, 将煤均匀播散, 有利于煤粒的迅速加热和着火。
2.2 试验过程说明
锅炉机械不完全燃烧损失包括飞灰机械不完全燃烧损失和炉渣机械不完全燃烧损失, 在燃料不变的情况下, 涉及灰含碳量、炉渣含碳量、灰渣比等参数。试验时保持煤种不变, 通过调整一、二次风量改变二次风率, 调节上、下二次风门开度来改变上下二次风比, 测试飞灰含碳量、炉渣含碳量、灰渣比的变化。
为了保证CFB锅炉的安全稳定运行, 试验时先保持一次风量和播煤风量不变, 通过调整二次风量来改变二次风率与过量空气系数α;确定最小一次风量后, 保持过量空气系数和上、下二次风门开度不变, 调节一、二次风量来改变二次风率;保持过量空气系数、一次风量和二次风量不变, 调整上、下二次风门开度来改变上下二次风比。为了控制燃煤在炉内的撒播均匀度, 有利于燃料的迅速加热和着火, 每个工况下的播煤风量占总风量的10%左右并基本维持不变。试验中的一次风量、二次风量和播煤风量等数据在控制室DCS上直接读取。
试验时, 先将锅炉调整到某一个测试工况稳定运行约30min, 再测试2.5h左右, 采集、测量、记录有关数据。为使试验结果具有可比性, 试验时保持锅炉负荷和炉床料层温度等参数基本稳定。
试验燃用与设计煤种基本一致的龙岩无烟煤, 煤样在炉前皮带给煤机的皮带上人工采取, 其化验分析结果见表2, 筛分特性见表3。
试验中飞灰的取样在静电除尘器前的锅炉水平烟道处进行, 由青岛崂山应用技术研究所开发的3012H型烟尘测试仪抽取, 每次抽取时间为5min;炉渣的取样在锅炉排渣口人工采取, 每1h放渣1次并取样约5kg;按照GB/T212-2008《煤的工业分析方法》和GB/T176-2008《水泥化学分析方法》的规定测试飞灰 (或炉渣) 的烧失量及其广义挥发份 (Mad+Vad) , 两者之差即为该粒径档的飞灰 (或炉渣) 含碳量;利用槽罐车在静电除尘器灰斗下面直接放干灰, 用徐州拉姆齐技术公司生产的准确度为Ⅲ级 (允许误差±10kg) 的SCS-50型汽车衡, 分别测量重车和空车的质量, 二者之差即为飞灰的质量;同理, 用上海台衡仪器仪表有限公司研制的精度为1/3 000的TCS-520F-300型电子台秤, 可测量出炉渣的质量。烟气成分采用安徽蓝盾光电子股份有限公司生产的YDZX-01型烟气排放连续自动监测系统测量, 每5min存储记录一组数据。为使测量结果具有可比性, 分析时把烟气测量值折算到烟气含氧量6%条件下 (α=1.4) 进行比较。
3 试验结果与分析
3.1 二次风对飞灰含碳量的影响
3.1.1 保持一次风量不变, 改变二次风率对飞灰含碳量的影响
图2描述了保持一次风量和播煤风量不变的条件下, 飞灰含碳量随二次风率变化的情况。
由图2可见, 飞灰含碳量随着二次风率的增加而明显降低, 且降幅趋缓;当二次风率在0.39～0.42之间, 飞灰含碳量存在最低值;然后飞灰含碳量随着二次风率的增加而缓慢升高。福建无烟煤具有强烈的后燃性, 大量的细小颗粒在炉膛稀相区的燃烧而需要在更富氧的气氛中进行[4]。而CFB锅炉运行时有大量的固体颗粒被烟气从密相区扬析和夹带出来, 燃烧空气与炉膛内固体物料的混合受到影响, 二次风很难穿透到炉膛中央, 在炉膛中心的流动核心区域存在一个“贫氧芯” (见图3) [5]。贫氧芯的存在显然使炉膛中央的焦炭颗粒的燃尽变得困难, 是造成燃烧福建无烟煤CFB锅炉飞灰碳含量偏高的原因之一。试验中, 通过提高二次风量而增加二次风率, 提高了二次风的速度, 增大了二次风出口动量, 使二次风的穿透深度基本达到中心的缺氧区域, 炉内烟气得到比较强烈的混合和搅拌[6], 增加了炉膛上部稀相区氧气的浓度和扩散能力, 强化了细颗粒的燃烧, 对挥发份极低的福建无烟煤在CFB锅炉中的燃烧和燃尽有促进作用, 从而提高了细焦炭颗粒的燃尽率, 其结果使飞灰含碳量明显降低。但是, 随着二次风量的提高, 总风量、过量空气系数和炉膛运行烟速也随之增加, 使一些细小颗粒进入炉膛后容易很快被烟气以扬析形式带出, 缩短了这些细小粒子在炉膛内的停留时间, 尤其旋风分离器无法分离下来的细小颗粒没有充分燃尽, 因而增加了飞灰含碳量。在二者共同作用下, 飞灰含碳量随着二次风率的增加出现先明显下降后缓慢上升的情况。
3.1.2 保持过量空气系数不变下, 二次风率变化对飞灰含碳量的影响
图4对比了保持过量空气系数α和上、下二次风门开度不变的条件下, 通过调整一、二次风量改变二次风率对飞灰含碳量的影响。
由图4可知, 随着二次风率的增加, 飞灰含碳量开始明显下降:当二次风率超过0.36后, 飞灰含碳量降低速度趋缓;二次风率大于0.42后, 飞灰含碳量缓慢上升。同时, 过量空气系数α较大时, 对应的飞灰含碳量较低;随着二次风率的增加, 较小的过量空气系数所对应的飞灰含碳量下降速度较快, 并且二者的差值逐渐变小。分析其原因, 主要有:
(1) 福建无烟煤属于中灰煤, 煤炭颗粒按双收缩核模式燃烧, 燃烧福建无烟煤CFB锅炉的炉膛温度一般控制在950～1 020℃之间, 燃烧速率主要由扩散传质过程控制[7]。随着过量空气系数的增加, 炉膛中氧的分压和浓度随之增大, 提高了氧的传质速率, 加快了焦炭颗粒的燃烧速率, 从而降低了飞灰含碳量。
(2) 当总燃烧空气量不变时, 二次风量增大就意味着一次风量减小, 相应的炉膛密相区流化速度变小, 因此被烟气从炉床扬析和夹带的细小焦炭颗粒份额变少;与此同时, 随着二次风量的增加, 炉膛上部的氧浓度相应增大, 因此较少份额的焦炭颗粒能在稀相区更“富氧”的气氛下燃烧, 更有利于焦炭颗粒的燃尽;并且, 二次风量的增加, 提高了二次风速, 增强了二次风的穿透和混合扰动能力, 强化稀相区细煤粒及可燃气体的燃烧, 进一步降低了飞灰含碳量。
(3) 在其他运行条件不变的情况下, 随着一次风量的减少, 炉床温度随之升高[8]。而较高的炉床温度对福建无烟煤的燃烧和燃尽有重要影响, 不仅能加大挥发份的析出速度, 加快煤粒的着火及燃烧, 提高煤粒在整个炉膛内的燃烧强度;还可以直接提高焦炭的反应速度, 减少焦炭颗粒的燃尽时间;并可以增加颗粒破碎的剧烈程度, 从而增加颗粒燃烧的表面积, 加快焦炭颗粒的燃烧速度和燃尽程度, 从而达到较高的燃烧效率。
(4) 同时, 由于一次风量的减少, 使密相燃烧区缺氧情况更加严重, 会有更多的可燃物和还原性气体进入稀相区进行燃烧, 不利于飞灰含碳量的降低。
当然, 二次风率的提高首先要以保证一次风量能使床料良好流化、床温有效控制为前提。
3.1.3 改变上下二次风比对飞灰含碳量的影响
图5描述了保持过量空气系数α不变、二次风率为0.42的条件下, 飞灰含碳量随上下二次风比变化的情况。
由图5可知, 随着上下二次风比的增加, 飞灰含碳量开始明显降低;当上下二次风比达到0.9后, 飞灰含碳量下降速度趋缓, 并出现最低值;当上下二次风比超过1.2时, 飞灰含碳量略有上升。这是因为:
(1) DG 75/3.82-11型CFB锅炉的上、下二次风喷嘴距布风板分别为2.44m和6.10m, 从前墙落煤口进入炉膛的播煤风距布风板仅有1.83m[3], 这意味着下二次风和播煤风的出口均在炉膛密相区, 穿透和混合扰动能力较低, 分段燃烧的作用不明显。随着炉膛高度的增加, 固体颗粒浓度急剧减小, 流动也迅速趋于稳定。而上二次风出口处的颗粒浓度较低, 增加的上二次风可以更加深入地进入炉膛中央的缺氧区域, 加强了上二次风的混合和搅拌能力, 使其更能够充分与密相区溢出颗粒混合, 炉膛内氧量分布更加趋于均匀, 分级燃烧作用明显, 颗粒燃烧更为充分, 有助于福建无烟煤的燃烧与燃尽, 从而降低了飞灰含碳量。
(2) 在维持二次风率为0.42不变的条件下, 随着上二次风量的增加, 下二次风量减小, 上二次风喷嘴以下的烟气流速变小, 降低了被烟气以扬析和夹带方式带出炉床的细小颗粒的份额, 从而增加了这些细小颗粒在炉膛内的停留时间;而在稀相区, 相对更少的燃料颗粒与更多的空气进行反应, 这无疑对挥发份极低的福建无烟煤的燃烧和燃尽是有利的。
(3) 在处于还原性气氛的密相燃烧区, 下二次风量的降低对燃烧产生抑制作用[9];在密相区和过渡区中受限的燃烧反应在高速的上二次风射入之后得到加强, 提高了稀相区下中部区域的温度, 有利于焦炭粒子在占约90%炉膛容积的稀相区的燃烧和燃尽。
(4) 当上下二次风比超过1.2后, 上二次风喷嘴以下的无烟煤颗粒可能处于还原性气氛中不完全燃烧, 大量低温的上二次风的射入虽然提高了炉膛中心区域的氧气浓度, 但降低了炉膛内的温度, 延迟了颗粒的着火和燃烧, 不利于颗粒的燃尽, 导致飞灰含碳量增加。
试验表明, 无论是保持一次风量不变, 还是维持过量空气系数不变, 飞灰含碳量总是随着二次风率的增加出现先下降后略有上升的趋势, 并随着上下二次风的增加呈现先减少后慢慢增加的变化。这意味着, 对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉, 存在最佳二次风率和最佳上下二次风比, 可使飞灰含碳量达到最低。实践证明, 保持二次风率在0.39～0.44、过量空气系数在1.25～1.30、上下二次风比为1.0～1.2之间, 飞灰含碳量较低, 燃烧效率也较高。
3.2 二次风对炉渣含碳量和灰渣比的影响
3.2.1 二次风率变化对炉渣含碳量和灰渣比的影响
图6对比了保持过量空气系数α和上、下二次风门开度不变的条件下, 通过调整一、二次风量来改变二次风率对炉渣含碳量和灰渣比的影响。
由图6可知, 随着二次风率的增加, 炉渣含碳量虽略有升高, 变化量不大;灰渣比随之减少, 减幅逐渐收窄。过量空气系数α较大时, 对应的灰渣比较小, 炉渣含碳量较低, 但差别不大。分析其原因, 主要有:
(1) 该DG 75/3.82-11型CFB锅炉采用中温旋风分离, 返回炉膛的循环灰温度为540～590℃, 大量的循环物料对炉床温度起到抑制作用。由于入炉煤中细颗粒所占比例过大 (见表3) , 加上实际燃用煤种灰分含量较设计煤种灰分含量高24.2%, 旋风分离器收集的灰量无法全部返回炉膛再燃烧, 否则床温无法维持或过热蒸汽超温, 就出现了较严重的灰量不平衡问题, 多余的灰最终随烟气经分离器排到静电除尘器[3]。随着一次风量的减少, 密相区的燃烧份额增加, 炉床温度随之升高。为维持炉床温度的稳定, 需要增加返料量, 导致料层差压增加, 料层厚度增大, 所以加大了排渣量, 增加了灰渣比。同时, 二次风率的增加, 不仅降低了被烟气带出炉床的颗粒的份额, 还强化了颗粒的炉内循环, 使一些细颗粒通过排渣口排出炉外, 减少了这些颗粒在燃烧室的停留时间, 使炉渣含碳量有所升高。
(2) 飞灰和炉渣的含碳量主要取决于燃料颗粒在燃烧室中的停留时间。当过量空气系数增大时, 一、二次风量相应增加, 炉膛内的烟气流速增加, 燃料颗粒在燃烧室中停留时间相应减少, 总风量增加带来的燃烧效率提高与炉内停留时间的减少基本抵消, 飞灰和炉渣的含碳量虽然有所下降, 但降幅均不大, 并且对灰渣比的影响也较小。
(3) 当总风量保持不变 (α不变) 时, 二次风率增加, 意味着一次风量减少、二次风量增加, 即可提高炉床温度, 又可增强二次风的混合能力, 还增加了燃料颗粒在燃烧室中停留时间, 从而降低了飞灰和炉渣的含碳量。
在上述因素的共同作用下, 随着二次风率增加, 灰渣比随之减少, 飞灰含碳量下降, 炉渣含碳量虽略有上升, 但仍在2%以内, 总体上是降低了机械不完全燃烧损失q4 (见表4) , 提高了锅炉运行经济性。
注: (1) Clz———平均炉渣含碳量, Cfh———平均飞灰含碳量; (2) 取煤的应用基低位发热量19.74MJ/kg, 应用基灰份28.03%
3.2.2 上下二次风比对炉渣含碳量和灰渣比的影响
图7描述了保持过量空气系数α不变、二次风率为0.42的条件下, 上下二次风比对炉渣含碳量和灰渣比的影响。由图7可知, 随着上下二次风比的增加, 炉渣含碳量小幅增加, 灰渣比逐步减少。这是因为, 上二次风量增加, 下二次风量相应减少, 密相区的燃烧份额略有增加, 同时氧浓度下降, 不利于密相区燃料的充分燃烧。但由于一次风、播煤风和下二次风的共同作用, 密相区的配风仍较充足, 使燃料基本能保持较充分的燃烧, 因而对炉渣含碳量的影响相对较小。并且, 上二次风的混合和搅拌能力随着上二次风量增加而提高, 加强了颗粒的炉内循环, 减少了细颗粒的炉外循环, 部分细颗粒随大渣通过排渣口排出炉床, 提高了灰渣比, 也使炉渣含碳量小幅提高。
4 结束语
在一台燃烧低挥发份的福建无烟煤的DG 75/3.82-11型CFB锅炉进行工业热态试验, 分析了改变二次风率和上下二次风比对飞灰含碳量、炉渣含碳量、灰渣比等涉及锅炉机械不完全燃烧损失的参数的影响。通过试验和分析, 有如下结论:
(1) 无论是保持一次风量不变, 还是维持过量空气系数α不变, 随着二次风率的增加, 飞灰含碳量开始明显降低;当二次风率在0.39～0.42时, 飞灰含碳量存在最低值;二次风率大于0.42, 飞灰含碳量缓慢升高。在过量空气系数α不变的情况下, 飞灰含碳量随着上下二次风比的增加而减少, 减幅逐渐收窄;当上下二次风比超过1.2后, 飞灰含碳量略有上升。
(2) 在过量空气系数不变的情况下, 随着二次风率的增加, 炉渣含碳量虽略有升高, 变化量不大;灰渣比随之减少, 减幅逐渐收窄。二次风率不变时, 随着上下二次风比的增加, 灰渣比逐步减少, 炉渣含碳量小幅增加, 但仍在2%以内, 总体上是降低了机械不完全燃烧损失q4。
(3) 过量空气系数α较大时, 对应的飞灰含碳量较低, 灰渣比较小, 炉渣含碳量较低。
(4) 试验表明, 对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉, 存在最佳二次风率和最佳上下二次风比, 使锅炉机械不完全燃烧损失最小。多年的运行实践也证明, 保持二次风率在0.39～0.44、过量空气系数在1.25～1.30、上下二次风比为1.0～1.2之间, CFB锅炉机械不完全燃烧损失较低。
(5) 空气和燃料在炉内的混合情况是影响CFB锅炉燃料燃尽的重要因素, 而二次风对于提高气固混合有着明显的作用。通过二次风量的调整可以使炉内气固混合不好和燃尽效果差的状况得到改善, 从而降低了锅炉机械不完全燃烧损失, 提高CFB锅炉的运行经济性。
摘要：在CFB锅炉上热态测试了二次风率和上下二次风比变化对CFB锅炉机械不完全燃烧损失的影响, 结果发现:随着二次风率的增加, 飞灰含碳量先下降后缓慢上升, 炉渣含碳量小幅增加, 灰渣比逐步减少且减幅收窄;随着上下二次风比的增加, 飞灰含碳量先降低后缓慢升高, 炉渣含碳量略有上升, 灰渣比减少;过量空气系数较大时, 对应的飞灰含碳量和炉渣含碳量较低, 灰渣比较小。试验表明, 对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉, 存在最佳的过量空气系数、二次风率和最佳上下二次风比, 可使机械不完全燃烧损失最小。
关键词：CFB锅炉,福建无烟煤,二次风率,上下二次风比,含碳量,灰渣比
参考文献
[1]吴剑恒.福建无烟煤在循环流化床锅炉中的优化燃烧[J].锅炉技术, 2004, 35 (6) :39-42.
[2]吴剑恒.降低燃用福建无烟煤CFB锅炉飞灰可燃物含量的措施[J].工业锅炉, 2009, 25 (4) :30-35.
[3]吴剑恒.DG75/3.82-11型循环流化床锅炉设计特点[J].锅炉技术, 2004, 35 (1) :28-31.
[4]何宏舟.CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究[D].杭州:浙江大学, 2005.
[5]LU Jun-fu, JIN Xiao-zhong, YUE Guang-xi, et al.Gas Concen-tration Profiles in the Furnace of Large CFB Boilers with Water-cooled Square Separator[C]//Proceedings of the First Interna-tional Conference on Engineering Themalphysics.Beijing:Inter-national Academic Publishers, 1999:767-774.
[6]杨建华, 杨海瑞, 岳光溪.循环流化床二次风射流穿透规律的试验研究[J].动力工程, 2008, 28 (4) :509-513.
[7]MARBAN G, PIS J J, FUERTES A B.Characterizing Fuels forAtmospheric Fluidized Bed Combustion[J].Combustion andFlame, 1995, 103:41-58.
[8]王正阳, 秦明, 孙绍增, 等.二次风分布对CFB锅炉炉内气固混合及燃烧的影响[J].热能动力工程, 2009, 24 (2) :205-210.