楊 冬, 徐 鴻, 陳海平

(華北電力大學電站設備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室,北京102206)

循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)具有燃燒效率高、燃料適應性廣、負荷變化適應性強、排放污染低等優(yōu)點,在近十幾年得到了迅速發(fā)展,我國已建成一批國產(chǎn)300 MW循環(huán)流化床鍋爐電站.

鍋爐是一個重要的能量轉(zhuǎn)化場所,在爐內(nèi)燃料的化學能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能.采用方 法[1]來分析其能量轉(zhuǎn)換過程,不僅可以考慮能量在數(shù)量方面的不同,還可考慮能量在質(zhì)量上的不同,可準確地揭示能量轉(zhuǎn)化過程中損失最大的環(huán)節(jié)或過程,因此,該方法在近幾十年內(nèi)得到了廣泛應用[2].

本文以引進型300 MW CFB燃煤鍋爐為分析對象,采用方 法分析其損 ,為進一步提高能源利用率提供理論依據(jù)和解決方案.

1 電站鍋爐 效率計算方法

1.1 引進型300 MW CFB鍋爐熱效率

該引進型300 MW CFB鍋爐過熱蒸汽采用噴水調(diào)節(jié)溫度,噴水量較大,在計算鍋爐效率時應予以考慮.再熱蒸汽采用調(diào)整外置床回灰量控制溫度,沒有減溫水.根據(jù)鍋爐輸入-輸出熱量法計算,該種類型CFB鍋爐的熱效率可表示為:

式中:η表示鍋爐熱效率,%;Q1表示鍋爐有效利用的熱量,kJ;Qr表示鍋爐輸入的熱量,kJ;Qrx、Qw1和Qwh分別為燃料的物理顯熱、采用汽輪機抽汽或其他外來熱源加熱暖風器空氣時帶入鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的熱量和燃油霧化蒸汽帶入鍋爐的熱量,因Qrx、Qw1和Qwh數(shù)量較少,可忽略.其他符號含義見參考文獻[3].

1.2 引進型300 MW CFB鍋爐 效 率[4-7]

取空氣進入鍋爐時的溫度為環(huán)境溫度T0(采用絕對溫標K),在計算效 率時應考慮減溫水.因此該種類型CFB鍋爐的效 率可表示為:

2 引進型300 MW CFB鍋爐 損 失計算方法

2.1 排煙 損 失e2及化學未完全燃燒損失e3

式中:Vgy、Cgy分別為干煙氣的容積和平均熱容量;VH2O、CH2O分別為排煙中水蒸氣的容積和平均熱容量;Tpy為排煙溫度;T0為冷空氣溫度.

2.2 機械未完全燃燒 損失e4

式中:Aar為收到基灰分;αfh、αhz為飛灰系數(shù)和排渣率;Tfh、Thz分別為飛灰和灰渣中的含碳率,%.

2.3 散熱 損失e5

式中:q5為鍋爐散熱損失;ˉTb為CFB鍋爐燃燒系統(tǒng)(爐膛和絕熱分離器)內(nèi)煙氣的平均溫度;hbg,max、Sbg,max為爐膛內(nèi)煙氣在最高溫度時的焓值和熵值;hbg,0、Sbg,0為煙氣在環(huán)境溫度時的焓值和熵值.

2.4 灰渣物理顯熱 損失e6

式中:ehz為灰渣損 ;efh為飛灰損 .

2.5 燃燒 損失ey

2.6 傳熱 損失

高溫煙氣與工質(zhì)之間存在傳熱溫差,通過輻射、對流和熱傳導方式傳遞熱量.該過程是一典型不可逆過程,一部分被 消滅在爐內(nèi).傳熱損 失表示為:

式中:Q為傳熱量;ˉTc、ˉTh為冷熱流體的平均溫度;Tc1、Tc2及 Th1、Th2為冷、熱流體的進出口溫度.

3 引進型300 MW CFB鍋爐 損 失的定量分析

某電廠鍋爐為亞臨界一次中間再熱、雙支腿爐膛、300 MW CFB燃煤鍋爐,采用引進法國ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn),是我國首臺300MW等級的循環(huán)流化床鍋爐.應用上述計算方法對該鍋爐進行計算,分析了熱量損失的原因,并提出合理的解決措施和建議.

該鍋爐所用燃料特性見表1,計算工況為鍋爐額定蒸發(fā)量(BECR),參數(shù)由實測得到或者按實測值計算得出,具體數(shù)據(jù)見表2,計算結(jié)果見表3.

表1 煤質(zhì)特性表Tab.1 Quality analysis of coal

表2 鍋爐運行數(shù)據(jù)Tab.2 Operational data of the boiler

表3 計算結(jié)果匯總Tab.3 Summary of the calculated results %

3.2 結(jié)果定量分析

根據(jù)表2和表3,分析如下:

(1)鍋爐熱效率為91.56%,與大型煤粉鍋爐相近,說明該CFB鍋爐設計合理.

(2)對CFB鍋爐效率影響最大的是排煙熱損失,達到5.29%.從運行數(shù)據(jù)上可知,排煙溫度達到127.7°C,通過計算,空氣預熱器出口過量空氣系數(shù)約為1.4,這是排煙熱損失大的主要原因.現(xiàn)在CFB鍋爐采用爐內(nèi)脫硫,SO2排放濃度低于600 mg/m3,說明降低排煙溫度仍有較大空間.過量空氣系數(shù)大于鍋爐設計值1.25,分析其空氣預熱器進出口氧量變化,可發(fā)現(xiàn)其漏風率達到15%,而且漏風溫度較高,造成煙氣量增大,排煙溫度升高.在運行中應加強設備管理,減少漏風.若能充分利用煙氣熱量,可大幅提高熱效率,同時也有助于提高效 率.

(6)對于灰渣熱損失,這兩種計算結(jié)果相差較大.根據(jù)熱平衡觀點,灰渣帶走大量熱量,從而產(chǎn)生較大損失;從平 衡分析來看,這部分熱量雖大,但品質(zhì)不高,即可用能很小.

4 結(jié) 論

(4)加強燃燒調(diào)整,改善爐內(nèi)煙氣溫度分布,以提高煙氣平均溫度和均勻性;提高鍋爐給水溫度和出口蒸汽溫度;選用新工質(zhì)以及采用聯(lián)合循環(huán)等,可提高CFB鍋爐的熱效率和效 率.

[1]沈維道,蔣智敏,童鈞耕.工程熱力學[M].3版.北京:高等教育出版社,2001.

[2]張縵,別如山,姜孝國,等.300 MW 循環(huán)流化床鍋爐熱力特性的研究[J].動力工程,2009,29(6):507-511.

[3]全國量和單位標準化技術(shù)委員會.GB 10184-1988電站鍋爐性能試驗規(guī)程[S].北京:中國標準出版社,1988.

[5]YANG S R,ZHANG R,XU Z M,et al.Exergy efficiency of heat exchangers accountion for heat transfer and fluid friction[C]//International Conference on PowerEngineering.Shanghai:CSPE-JSME-ASM E,1995:767-770.

[6]張銳,任萍,黃振群.電廠鍋爐效 率分析[J].吉林電力,2001(6):35-38.

[7]陳莉,馬景駿,趙偉東.電站鍋爐的熱力計算及分 析應用程序[J].應用科技,2004,31(9):50-52.

[8]胡智慧,郭曉翔.600 MW機組超臨界鍋爐的效率分析[J].廣西電力,2007,30(6):54-57.