什么是反平衡鍋爐效率

【專家解說】：">一.燃?xì)忮仩t
鍋爐蒸發(fā)量與鍋爐熱效率
1噸/時(t/h)≈60×104千卡(大卡)/時(kcal/h)
≈0.7兆瓦(MW)

二.循環(huán)流化床鍋爐熱效率計(jì)算
1 概述
河北熱電有限責(zé)任公司新近投產(chǎn)了四臺循環(huán)流化床鍋爐，型號為DG410/9.81?9，其主要參數(shù)為蒸發(fā)量410t/h,主汽壓力9.81MPa，主汽溫度540℃，給水溫度225℃，汽包壓力11.08 MPa，床溫896℃，給煤量46.93 t/h，石灰石量4.8 t/h，總空氣量361000Nm3/h。DG410/9.81?9型循環(huán)流化床鍋爐爐膛寬13716mm，深6705mm;前墻設(shè)4臺給煤機(jī)，每臺出力為36 t/h，左右各設(shè)有2臺風(fēng)水冷聯(lián)合冷渣器;點(diǎn)火方式采用床下風(fēng)道點(diǎn)火器點(diǎn)火，床下風(fēng)道點(diǎn)火器設(shè)2臺，出力為1650kg/h，床上油槍設(shè)4臺，出力為500kg/h。鍋爐結(jié)構(gòu)如右圖所示。
自2002年11月30日投入運(yùn)行以來，經(jīng)過運(yùn)行人員不斷的摸索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，鍋爐的運(yùn)行水平不斷提高，現(xiàn)今已順利通過調(diào)試期，進(jìn)入試生產(chǎn)運(yùn)行階段。下面就簡單討論一下DG410/9.81?9型循環(huán)流化床鍋爐的熱效率計(jì)算。

2 問題提出及分析
2.1 為了研究循環(huán)流化床鍋爐的熱效率計(jì)算，首先要了解循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐的差異。循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐相比，存在以下幾大不同:
(1) 燃燒及換熱的機(jī)理的差異:循環(huán)流化床燃燒具有低溫、強(qiáng)化燃燒的特點(diǎn)，它的基本原理是床料(8mm以下)在流化狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。粗顆粒在密相區(qū)的床上燃燒，細(xì)顆粒在稀相區(qū)燃燒，被煙氣夾帶出爐膛的細(xì)顆粒采用旋風(fēng)分離器收集下來，通過“J”閥返送回床內(nèi)循環(huán)燃燒。由于燃燒機(jī)理的差異，傳熱過程也存在不同，它主要包括3個過程:氣體對流傳熱、輻射傳熱和顆粒對流傳熱。其中由于氣體中混有了固體顆粒，懸浮物的比定容熱容必然比單純是氣體時大，因此顆粒對流傳熱占的比例較大。
(2) 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同:根據(jù)燃燒及換熱機(jī)理的差異，循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐相比，以我公司為例，又增加了汽冷式旋風(fēng)分離器、“J”閥回料器和風(fēng)水冷聯(lián)合冷渣器等配套設(shè)備。其中汽冷式旋風(fēng)分離器和“J”閥回料器的主要作用是構(gòu)成鍋爐內(nèi)部的物料循環(huán);風(fēng)水冷聯(lián)合冷渣器的主要作用是通過冷渣器排出爐膛下部床上的物料，以維持合理的床層壓差，保證物料在床上的正常流化。
(3) 脫硫過程的不同:循環(huán)流化床鍋爐是將脫硫劑(石灰石)直接送入爐膛，煅燒出的氧化鈣與燃燒產(chǎn)生的二氧化硫氣體反應(yīng)，生成的硫酸鈣通過冷渣器排出爐膛，從而達(dá)到脫硫的目的。由于鍋爐的正常床溫正好是脫硫的最佳溫度范圍(850℃至900℃)，同時由于物料在爐內(nèi)的多次循環(huán)，又延長了脫硫劑在爐內(nèi)的停留時間，使脫硫效率可達(dá)90%左右。
2.2 下面就以我公司DG410/9.81?9型循環(huán)流化床鍋爐為例，來討論它的熱效率計(jì)算。
鍋爐在穩(wěn)定狀態(tài)下，相對于1Kg燃煤的熱平衡方程式如下:
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (KJ/Kg) ,相應(yīng)的百分比熱平衡方程式為:
100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6 (%)
其中
(1) Qr是伴隨1Kg燃煤輸入鍋爐的總熱量，KJ/Kg。
Qr= Qar+hrm+hrs+Qwl
式中Qar??燃煤的低位發(fā)熱量，KJ/Kg;是輸入鍋爐中熱量的主要來源。
hrm??燃煤的物理顯熱量，KJ/Kg;燃煤溫度一般低于30℃，這一項(xiàng)熱量相對較小。
hrs??相對于1Kg燃煤的入爐石灰石的物理顯熱量，KJ/Kg;這一項(xiàng)熱量相對更小。
Qwl??伴隨1Kg燃煤輸入鍋爐的空氣在爐外被加熱的熱量，KJ/Kg;如果一、二次風(fēng)入口暖風(fēng)器未投入，這一部分熱量也可不計(jì)算在內(nèi)。
(2) Q1是鍋爐的有效利用熱量，KJ/Kg;在反平衡熱效率計(jì)算中，是利用其它熱損失來求出它的。
(3) Q4是機(jī)械不完全燃燒熱損失量，KJ/Kg。
Q4= Qcc(MhzChz+MfhCfh+MdhCdh)/Mcoal
式中Qcc??灰渣中殘余碳的發(fā)熱量，KJ/Kg。
Mhz、Mfh、Mdh??分別為每小時鍋爐冷渣器的排渣量、飛灰量和底灰量，t/h。
Chz、Cfh、Cdh??分別每小時鍋爐冷渣器的排渣、飛灰和底灰中殘余碳含量占冷渣器的排渣、飛灰和底灰量的質(zhì)量百分比，%。
Mcoal??鍋爐每小時的入爐煤量，t/h。
q4= 100Q4/Qr(%)
(4) Q2是排煙熱損失量，KJ/Kg。
Q2=(Hpy-Hlk)(1-q4/100)
式中Hpy??排煙焓值，由排煙溫度θpy (℃)、排煙處的過量空氣系數(shù)αpy(αpy =21.0/(21.0 - O2py))和排煙容積比熱容Cpy (KJ/(Nm3℃))計(jì)算得出，KJ/Kg。
Hlk??入爐冷空氣焓值，由排煙處的過量空氣系數(shù)αpy、冷空氣容積比熱容Clk (KJ/(Nm3℃))、冷空氣的溫度θlk (℃)和理論空氣量Vo(Vo=0.0889(Car+0.375 Sar)+0.265Har-0.0333Oar, Nm3/ Kg)計(jì)算得出，KJ/Kg。
q2=100Q2/Qr(%)
(5) Q3是化學(xué)不完全燃燒熱損失量，KJ/Kg。
Q3=236(Car+0.375Sar)(Mco/28)/(Mso2/64+Mnox/46)(1- q4/100)
式中Mco、Mso2、Mnox??分別為排煙煙氣中CO、SO2、NOX所含的質(zhì)量，mg/ Nm3。
q3=100Q3/Qr(%)
(6) Q5是鍋爐散熱損失量，KJ/Kg。
q5=(0.28*410.0)/H
式中H??鍋爐的實(shí)際運(yùn)行時的蒸發(fā)量，t/h。
(7) Q6是鍋爐的灰渣物理熱損失量，KJ/Kg。
Q6=(HhzMhz*100/(100-Chz)+HfhMfh*100/(100-Cfh)+ HdhMdh*100/(100-Cdh)) / Mcoal
式中Hhz、Hfh、Hdh??分別為鍋爐冷渣器的排渣、飛灰和底灰的焓值，KJ/Kg，由各自對應(yīng)的平均比熱容和溫度計(jì)算得出。
q6=100Q6/Qr(%)
(8) η是鍋爐的反平衡熱效率，%。
η=100-(q2+q3+q4+q5+q6)
3 結(jié)論
結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算的鍋爐熱效率與廠家提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較如下:(額定工況)
序號
項(xiàng)目
符號
單位
實(shí)際數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
1
排煙熱損失
q2
%
5.19
5.1
2
化學(xué)不完全燃燒熱損失
q3
%
0.43
0.1
3
機(jī)械不完全燃燒熱損失
q4
%
3.30
2.5
4
散熱損失
q5
%
0.28
0.14
5
灰渣物理熱損失
q6
%
0.77
0.70
6
反平衡熱效率
η
%
90.03
91.46
根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的差異，為了降低各項(xiàng)熱損失指標(biāo)，提高鍋爐熱效率，我們在以下幾個方面做出了改進(jìn):
(1) 盡量降低排煙溫度。在尾部受熱面已經(jīng)確定的情況下，根據(jù)需要適當(dāng)增加尾部受熱面的吹灰次數(shù)。通過吹灰，減少尾部受熱面上的積灰程度，避免局部堵灰現(xiàn)象，以此加大尾部受熱面的傳熱溫壓，降低排煙溫度，減少排煙熱損失。
(2) 根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒機(jī)理，一定要保證床內(nèi)物料的充分流化。最主要的兩方面就是，首先要保證穩(wěn)定的床壓波動范圍，根據(jù)入爐煤質(zhì)的變化和石灰石量的投入多少，及時投入相應(yīng)數(shù)量的冷渣器，避免床壓上升過高;同時在床壓下降到較低時，也要及時停運(yùn)冷渣器進(jìn)行吹掃。其次要保證一次流化風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量，并根據(jù)床溫情況，適當(dāng)加大。只有保證了床內(nèi)物料的充分流化，才能避免發(fā)生床內(nèi)局部結(jié)焦、床溫偏差大和局部產(chǎn)生流化死區(qū)等不良現(xiàn)象，使入爐煤在爐膛得到充分的燃燒，以此減少鍋爐冷渣器排渣中殘余碳的質(zhì)量含量Chz，降低機(jī)械不完全燃燒熱損失。
(3) 對冷渣器的可靠運(yùn)行要足夠重視。一方面，要保證冷渣器的可靠排渣，能夠控制爐膛床壓;另一方面，要控制冷渣器的運(yùn)行參數(shù)，降低排渣溫度，以此減少灰渣物理熱損失。
(4) 對爐膛內(nèi)一、二次風(fēng)的配比做進(jìn)一步調(diào)整。一次流化風(fēng)在保證物料充分流化的同時，也要保證爐膛密相區(qū)有一定的燃燒份額，使密相區(qū)的實(shí)際過量空氣系數(shù)接近1，在欠氧燃燒狀態(tài)。二次風(fēng)從爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)的分界處進(jìn)入，根據(jù)O2%控制燃燒所需的總風(fēng)量，保證細(xì)顆粒在稀相區(qū)的充分燃燒。另外，一、二次風(fēng)共同作用，保證物料在爐內(nèi)的循環(huán)倍率，提高細(xì)顆粒再燃燒的機(jī)率，降低飛灰中的殘余碳含量Cfh，進(jìn)一步減少機(jī)械不完全燃燒熱損失。
(5) 加強(qiáng)對鍋爐外部保溫材料的完善，發(fā)現(xiàn)缺陷及時檢修，減少鍋爐的散熱損失。

參考文獻(xiàn):
[1] 岑可法，倪明江等。循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行。北京:中國電力出版社，1997。
[2] 劉德昌主編。流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。北京:中國電力出版社，1998。