(華北電力大學(xué)(保定) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,河北 保定 071003)

國(guó)內(nèi)學(xué)者閻維平等就我國(guó)現(xiàn)行GB10184-1988與美國(guó)ASME PTC 4鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程的差異進(jìn)行了一定的研究[1]，指出二者在灰渣含碳量Chz測(cè)量方法和灰渣份額αfh的確定上有一定的區(qū)別。ASME PTC 4規(guī)定[2-3]，要求對(duì)αfh進(jìn)行測(cè)量，而我國(guó)國(guó)標(biāo)中αfh的取值是在一定的范圍內(nèi)選取，不需要測(cè)量[4-5]，表1是國(guó)標(biāo)中給出的鍋爐灰渣平衡百分率。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)αfh取值對(duì)q4的影響鮮有研究，有且僅有針對(duì)工業(yè)鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐αfh取值對(duì)q4和鍋爐效率的影響的研究，解魯生等[6]采用數(shù)學(xué)的逐步回歸分析法建立q4關(guān)聯(lián)式，指出了影響q4的因素，但是沒(méi)有分析αfh值對(duì)q4的影響程度；王曉亮等[7]分析了αfh選取不同值時(shí)對(duì)工業(yè)鍋爐能效測(cè)算結(jié)果的影響規(guī)律；王睿昕[8]計(jì)算求出了αfh、Cfh、Clz對(duì)鍋爐效率的相對(duì)變化率；楊建華等[9]研究了循環(huán)流化床鍋爐αfh取值對(duì)q4的影響程度，認(rèn)為實(shí)際運(yùn)行中不同鍋爐間αfh差別較大，且αfh對(duì)q4的影響很大，試驗(yàn)中αfh應(yīng)實(shí)際測(cè)定；吳旸等[10]分析了燃煤揮發(fā)分、灰分、過(guò)?？諝庀禂?shù)對(duì)飛灰份額大小的影響，可見(jiàn)燃煤粉鍋爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中飛灰份額值具有不確定性，顯然在試驗(yàn)計(jì)算及設(shè)計(jì)計(jì)算中，αfh的取值有一定的隨意性，而固體不完全燃燒熱損失在鍋爐熱平衡效率的影響因素中所占比重較大[11-12]，若不考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)飛灰份額取值進(jìn)行估計(jì)會(huì)直接影響到鍋爐熱效率的精確度。

目前，未見(jiàn)對(duì)煤粉鍋爐αfh取值變化引起的q4變化規(guī)律以及由其引起的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b變化的報(bào)道。本文調(diào)研了五個(gè)燃煤粉鍋爐電廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)αfh變化引起的q4和b的分布規(guī)律做出了描述。

1 數(shù)據(jù)與計(jì)算

在燃煤粉鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，省煤器灰斗沉降灰比較少，進(jìn)行q4的計(jì)算時(shí)，忽略沉降灰的影響，本文按式(1)進(jìn)行計(jì)算

(1)

式中Aar——燃料收到基灰分/[%]；

Qar,net——燃料總輸入熱量/kJ·kg-1；

αfh——飛灰份額；

αlz——爐渣份額；

Cfh——飛灰含碳量/[%]；

Clz——爐渣含碳量/[%]。

本文選取五個(gè)燃煤粉鍋爐電廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選取的數(shù)據(jù)包括煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、燃燒特性數(shù)據(jù)、鍋爐性能數(shù)據(jù)，表2列出了燃煤粉鍋爐的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 鍋爐灰渣平衡百分率/[%]

表2 燃煤鍋爐試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 結(jié)果與分析

以下對(duì)αfh變化引起的q4變化規(guī)律以及由其引起的b變化進(jìn)行計(jì)算分析，所得結(jié)論均在忽略沉降灰的情況下。

2.1 q4隨αfh變化的規(guī)律

燃煤粉鍋爐飛灰份額取值在0.7～0.95之間，下面針對(duì)燃煤粉鍋爐進(jìn)行分析，分別對(duì)煤種1、2、3、4這四種煤樣就αfh在0.7～0.95內(nèi)以0.05的增長(zhǎng)變化研究其對(duì)q4的影響規(guī)律，結(jié)果如圖1。

圖1 固體未完全燃燒熱損失隨飛灰份額變化規(guī)律曲線

由圖1的四組q4-αfh關(guān)系圖線可以看出，當(dāng)煤種及機(jī)組某時(shí)段的運(yùn)行情況確定時(shí)，飛灰含碳量Cfh及爐渣含碳量Clz確定時(shí)，隨著αfh的變化，q4呈線性變化規(guī)律。比較四組關(guān)系圖線可以看出煤種1、煤種2，q4隨αfh的增大而減小，而另一些情況下，如煤種3、煤種4，q4卻隨αfh的增大而增大，為了探究為何會(huì)產(chǎn)生這種不同的結(jié)果，以煤種5為研究對(duì)象，對(duì)Cfh及Clz的數(shù)值在可變區(qū)間內(nèi)進(jìn)行變化分析q4隨αfh的變化規(guī)律，結(jié)果如圖2所示。

圖2 改變Cfh,q4隨αfh變化規(guī)律曲線

測(cè)算中對(duì)煤種5改變Cfh數(shù)值，保持Clz不變：

(1)Cfh=1%，Clz=4%；

(2)Cfh=2%，Clz=4%;

(3)Cfh=4%，Clz=4%;

(4)Cfh=5%，Clz=4%;

(5)Cfh=6%，Clz=4%。

由圖2的趨勢(shì)線可以看出，CfhClz時(shí)，一次函數(shù)關(guān)系中斜率為正，q4隨αfh的增大而增大，Cfh=Clz時(shí)，一次函數(shù)關(guān)系中斜率為零，q4不隨αfh的變化而變化，此時(shí)的q4為一定值，只與煤種自身的收到基灰份Aar及收到基低位發(fā)熱量Qar,net這兩個(gè)因素有關(guān)，可見(jiàn)Cfh≠Clz時(shí)，αfh變化對(duì)q4產(chǎn)生影響。

2.2 q4隨αfh變化的影響因素分析

以上分析可見(jiàn)，q4隨αfh的變化與Cfh-Clz值可能存在一定的關(guān)系，影響q4的因素有Aar、Qar,net，下面表3、表4、表5改變同一煤種的Cfh-Clz、Aar以及Qar,net的值，觀察αfh變化0.05對(duì)q4的影響。

表3 Cfh-Clz值的大小對(duì)q4隨αfh變化的影響

表3可看出，Cfh遠(yuǎn)離Clz的相同距離時(shí)，q4隨αfh變化的程度幾乎相同(體現(xiàn)在△q4的絕對(duì)值幾乎相等)，當(dāng)Cfh-Clz的值越大時(shí)，αfh對(duì)q4的影響就越大。因此，Cfh-Clz的值小時(shí)，αfh對(duì)q4的影響小，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)即可，當(dāng)Cfh-Clz的值較大時(shí)，αfh的取值時(shí)不可隨意。

表4 Aar大小對(duì)q4隨αfh變化的影響

表5 Qar,net大小對(duì)q4隨αfh變化的影響

表4、表5給出了αfh每變化0.05，燃煤灰分、發(fā)熱量的大小對(duì)q4的影響，可以看出，燃煤灰分越大、低位發(fā)熱量越小，αfh對(duì)q4的影響越大，故燒劣質(zhì)煤時(shí)αfh的取值要準(zhǔn)確；對(duì)灰分較小、煤質(zhì)好的煤，αfh取值對(duì)q4的影響要小，試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。

2.3 αfh的選取對(duì)q4、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b的影響

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中煤種的Cfh和Clz的值是不相同的，且大部分工況下Cfh>Clz，因此αfh取值對(duì)q4存在影響，以下對(duì)煤樣5飛灰份額變化0.05進(jìn)行研究，分析飛灰份額αfh對(duì)q4及b的影響，計(jì)算中取Clz=0.5%、改變Cfh大小，結(jié)果如表5。

供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b的計(jì)算

(2)

式中ηqj——汽輪機(jī)效率/[%] ；

ηgl——鍋爐熱效率/[%]；

ηgd——管道熱效率/[%]；

ζ——廠用電率/[%]。

表6 αfh變化對(duì)q4及b的影響

在鍋爐機(jī)組其他熱損失不變時(shí)，αfh變化0.05引起的q4和b的變化計(jì)算結(jié)果如表6所示，αfh變化0.05，q4變化0.03%～0.13%，b變化為0.3～1.1 g/kWh，在Cfh=6,Clz=0.5時(shí)αfh的變化對(duì)q4和b影響最大，分別達(dá)0.13%、1.1 g/kWh，這是因?yàn)镃fh-Clz的值大的原因，可見(jiàn)，飛灰份額對(duì)機(jī)組燃煤量的變化存在一定的影響，對(duì)全國(guó)火電生產(chǎn)而言不可忽略。

3 結(jié)論

本文計(jì)算分析了飛灰份額取值變化對(duì)固體不完全燃燒熱損失以及供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的影響程度和變化規(guī)律，并對(duì)影響固體不完全燃燒熱損失大小的其他因素進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

(1)Cfh≠Clz時(shí)，飛灰份額取值的變化對(duì)固體不完全燃燒熱損失產(chǎn)生影響，固體不完全燃燒熱損失隨飛灰份額呈一次函數(shù)的關(guān)系變化，且CfhClz時(shí)，固體不完全燃燒熱損失隨飛灰份額的增大而增大；Cfh=Clz時(shí)，固體不完全燃燒熱損失不隨飛灰份額的變化而變化，此時(shí)的固體不完全燃燒熱損失只與煤種自身的收到基灰份及收到基低位發(fā)熱量這兩個(gè)因素有關(guān)；

(2)飛灰含碳量與爐渣含碳量值相差越大，飛灰份額取值對(duì)固體不完全燃燒熱損失計(jì)算影響越突出；

(3)燃用劣質(zhì)煤，灰分含量高或灰渣含碳量高的煤種時(shí)，飛灰份額取值對(duì)固體不完全燃燒熱損失的影響更大，此時(shí)應(yīng)采取專(zhuān)門(mén)措施確定飛灰份額。如果燃用煤質(zhì)好、灰分少、灰渣含碳量少的煤，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)即可。

(4)飛灰份額變化0.05，固體不完全燃燒熱損失變化0.03%～0.13%，供電煤耗變化0.3～1.1 g/kWh，可見(jiàn)，國(guó)標(biāo)中對(duì)固體不完全燃燒熱損失的計(jì)算的處理存在比較大的誤差。

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