蔣歡春，黃新，卞韶帥，周鐵

（上海明華電力科技有限公司，上海 200082）

關(guān)健詞：鍋爐校核計(jì)算；煤質(zhì)特性；經(jīng)濟(jì)性定量分析

大型火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐設(shè)備自設(shè)計(jì)階段到投運(yùn)多年后往往會(huì)面臨各種問(wèn)題，有些變化來(lái)源于結(jié)構(gòu)改動(dòng)，比如，經(jīng)過(guò)技改項(xiàng)目后設(shè)備進(jìn)行了改造、鍋爐系統(tǒng)發(fā)生漏風(fēng)等現(xiàn)象，另外一些則來(lái)源于系統(tǒng)的邊界條件發(fā)生變化，比如煤種變化、環(huán)境條件改變等，在此情況下需要調(diào)整相關(guān)運(yùn)行方式以適應(yīng)新的情況。在電廠入爐煤不斷發(fā)生變化以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的錯(cuò)綜復(fù)雜變化的情況下，通過(guò)特定條件下進(jìn)行的機(jī)組燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)所得出的各項(xiàng)運(yùn)行措施往往無(wú)法做到對(duì)相關(guān)操作手段量化及對(duì)措施調(diào)整后運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的效果，在電廠日常運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)班人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整只能通過(guò)其個(gè)人積累的經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，而無(wú)法量化各項(xiàng)運(yùn)行操作對(duì)運(yùn)行參數(shù)和供電煤耗的影響。

通過(guò)應(yīng)用鍋爐熱力校核方法對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行建模，一方面可以大大提高研究人員在煤質(zhì)發(fā)生變化后對(duì)鍋爐變工況運(yùn)行特性的認(rèn)識(shí)，有助于及時(shí)預(yù)見(jiàn)主要參數(shù)的變化大小和趨勢(shì)，同時(shí)，也給電廠相關(guān)運(yùn)行人員在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)煤種發(fā)生變化后對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響有一個(gè)定量分析值，幫助其對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行正確判斷和必要的操作干預(yù)。

1 鍋爐熱力校核計(jì)算過(guò)程

鍋爐熱力校核計(jì)算的首要任務(wù)是確定原始數(shù)據(jù)，包括鍋爐設(shè)計(jì)蒸發(fā)量、過(guò)再熱汽溫、過(guò)再熱汽壓、煤質(zhì)成分、排煙溫度和熱風(fēng)溫度等，建立校核計(jì)算任務(wù)書。煤質(zhì)是決定鍋爐燃燒狀況和運(yùn)行參數(shù)的重要因素之一，對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行元素分析數(shù)據(jù)校核和判別，計(jì)算該煤種的理論空氣量、水蒸氣容積、三原子氣體容積，并判別煤種的屬性。分析鍋爐主要受熱段的漏風(fēng)情況，建立煙氣特性表，并根據(jù)單種氣體溫度焓值對(duì)應(yīng)關(guān)系建立各受熱段的煙氣焓溫表。根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)和假定的冷熱風(fēng)參數(shù)、排煙溫度，反平衡計(jì)算鍋爐各項(xiàng)熱損失，獲取鍋爐熱效率，并根據(jù)汽水系統(tǒng)吸熱量計(jì)算鍋爐有效利用熱，進(jìn)而獲得鍋爐消耗燃料量和計(jì)算燃料量。結(jié)構(gòu)計(jì)算是整個(gè)熱力校核計(jì)算的基礎(chǔ)。根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)圖紙，查取鍋爐各受熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括管徑、管厚、橫向排數(shù)、縱向排數(shù)、單片受熱面連接管子數(shù)、橫向節(jié)距、縱向節(jié)距等數(shù)據(jù)，建立結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)表。根據(jù)爐內(nèi)紊流燃燒的特點(diǎn)，結(jié)合煤粉顆粒的燃燼模型計(jì)算爐內(nèi)換熱，求出爐膛出口溫度，再用迭代計(jì)算法計(jì)算各受熱面的出口煙溫和出口工質(zhì)溫度，誤差小于設(shè)定值迭代結(jié)束，按照煙氣流動(dòng)方向計(jì)算。校核排煙溫度和熱風(fēng)溫度計(jì)算值與假定值差異，差值不大時(shí)，鍋爐機(jī)組的換熱計(jì)算結(jié)束，否則重新假定排煙溫度和熱風(fēng)溫度進(jìn)行計(jì)算。比較煤低位發(fā)熱量與鍋爐各受熱面吸熱量之和的誤差，相對(duì)誤差不超過(guò)0.5%，全過(guò)程計(jì)算結(jié)束，將鍋爐機(jī)組的主要計(jì)算數(shù)據(jù)列出匯總表。熱力校核計(jì)算主要包括空氣及燃燒產(chǎn)物計(jì)算、熱平衡計(jì)算、爐內(nèi)換熱計(jì)算、屏式受熱面熱力計(jì)算、對(duì)流受熱面熱力計(jì)算、過(guò)再熱減溫水量計(jì)算等。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

入爐煤的煤種不同，使得鍋爐各個(gè)受熱面吸熱量分配比例也會(huì)有所不同。最直接的影響就是煤種變化后煙氣量的變化，并由此帶來(lái)的對(duì)流受熱面的煙速、傳熱系數(shù)、吸熱量分配及排煙溫度的變化。為研究煤質(zhì)的某一成分變化對(duì)鍋爐校核計(jì)算結(jié)果的影響，本課題借鑒耗差分析方法，研究某一成分變化下鍋爐煙氣溫度及蒸汽溫度的變化情況，該處理方式比較接近煤在通常情況下成分變化規(guī)律，具有較好的相似性。

2.1 不同負(fù)荷下折算水分、收到基碳、灰分對(duì)排煙溫度的影響

通過(guò)對(duì)不同負(fù)荷下（325MW、240MW、150MW）的不同煤種的折算水分（，Mar 為收到基水分，Qar為低位發(fā)熱量）的計(jì)算結(jié)果表明，隨著煤粉中折算水分的增加，該類型的鍋爐出口排煙溫度有所降低，并且大致存在對(duì)數(shù)關(guān)系；隨著收到基碳元素含量Car 的增加，排煙溫度也將有所上升，同時(shí)具有比較明顯的線性趨勢(shì)；收到基灰分含量Aar 增加排煙溫度也有所降低，原因在于灰分增加，煙氣中飛灰濃度增加，輻射換熱能力下降，爐膛吸熱量減少，爐膛出口溫度上升，爐膛煙氣溫度有所提高，尾部受熱面煙氣-工質(zhì)溫差增大導(dǎo)致排煙溫度有所降低，其關(guān)系也大致以對(duì)數(shù)的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。綜上所述，各類煤質(zhì)成分在對(duì)鍋爐主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)——排煙溫度的影響上均具有一定的變化規(guī)律，進(jìn)一步通過(guò)數(shù)學(xué)工具擬合得到通用條件下各類成分對(duì)鍋爐出口排煙溫度的影響程度的計(jì)算公式（圖1）。

圖1

2.2 折算水分、收到基碳、灰分對(duì)排煙溫度的影響

上文首先通過(guò)熱力校核計(jì)算方法確定煤質(zhì)單因素?cái)?shù)據(jù)與鍋爐排煙溫度相關(guān)的樣本數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)學(xué)工具擬合得到函數(shù)關(guān)系,以325MW 工況為例如下：

式中：Tpy為排煙溫度，℃；Car 為收到基含碳量，%；Aar 為收到基灰分，%；Wz 為折算水分，%。

3 結(jié)語(yǔ)

鍋爐熱力校核計(jì)算是鍋爐水動(dòng)力計(jì)算、受壓元件強(qiáng)度計(jì)算、通風(fēng)阻力計(jì)算、爐墻熱力計(jì)算、管壁溫度計(jì)算、制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算、空氣動(dòng)力計(jì)算等的基礎(chǔ)，在入爐煤質(zhì)發(fā)生變化的情況下，通過(guò)鍋爐熱力校核計(jì)算可以對(duì)變化后的火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)影響程度及其經(jīng)濟(jì)性變化進(jìn)行相關(guān)的定量分析，具有一定的參考意義。另一方面，由于模型比較復(fù)雜、計(jì)算煩瑣，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)多，同時(shí)考慮到實(shí)際求解的可行性，對(duì)其進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化。鍋爐內(nèi)部煤粉燃燒過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其和具體的鍋爐結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，現(xiàn)有燃燒模型尚不能完全準(zhǔn)確地模擬和預(yù)測(cè)燃燒結(jié)果，因此需要經(jīng)過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)照分析，以此修正熱力模型，這樣才能獲得更精確、更接近實(shí)際情況的運(yùn)行特性數(shù)據(jù)。