PDF《煤中水分变化对锅炉热效率的影响分析及修正计算》

[收稿日期] 2018-05-24 [作者简介] 李丰泉 (1970) , 男, 山东人, 学士, 高级工程师, 从事电厂锅炉燃烧优化和性能试验工作.

[基金项目] 内蒙古电力科学研究院2018年自筹科技计划项目 (2018-ZC-05) doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2018.04.003 煤中水分变化对锅炉热效率的影响分析及修正计算 李丰泉, 李迎春, 马骏, 秦韬(内蒙古电力科学研究院, 呼和浩特 010020) 摘要: 结合 ASME PTC―2008 《锅炉性能试验规程》 中的修正方法, 根据磨煤机热平衡及 空气预热器热平衡原理, 分析煤中水分减少对制粉系统调温风量、 排烟温度的影响值及对锅 炉热效率的修正影响值.通过分析得出, 煤中水分减少, 使进入锅炉制粉系统的调温风量增 大, 进入空气预热器的一次风量减少, 从而影响了空气预热器的换热效果, 使排烟温度升高, 最终造成锅炉热效率降低.所采用的修正方法, 全面考虑了煤中水分变化对锅炉调温风、 排 烟温度及锅炉效率的影响, 为煤中水分减少对锅炉热效率影响的修正计算提供了依据, 也为 锅炉性能分析提供了计算依据. 关键词: 煤中水分;

调温风;

排烟温度;

锅炉热效率;

修正计算 文献标志码: B 中图分类号: TM621.22 文章编号: 1008-6218 (2018) 04-0053-04 Influence Analysis of Coal Moisture Change on Boiler Thermal Efficiency and Its Correction Calculation LI Fengquan, LI Yingchun, MA Jun, QIN Tao (Inner Mongolia Power Research Institute, Hohhot 010020, China) Abstract: Combined with the correction method in ASME PTC-2008 boiler performance test procedure, according to the thermal balance of coal mill and air preheater, the influence of moisture reduction on the temperature regulating air volume of coal pulverizing system and smoke exhaust temperature and the thermal efficiency of boiler were analyzed. According to the analysis, the moisture in coal decreases, so that the air quantity of regulating temperature into boiler pulverizing system increased and the air quantity into air preheater decreases. Therefore, the heat transfer effect of air preheater was affected, the exhaust temperature was raised, and the thermal efficiency of boiler was reduced. The modified method took into account the effect of moisture change in coal on the coal pulverizing system temperature regulating air, exhaust temperature and boiler efficiency. It provided a calculating basis for the correction of boiler efficiency by reducing water content in coal. It could provide calculation basis for boiler performance analysis. Key words: coal moisture;

tempering air;

flue gas exhaust temperature;

boiler efficiency;

correction calculation 内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 2018年第36卷第4期53

0 引言 对于电站锅炉来说, 实际煤种与设计煤种偏差 大的情况经常发生.煤质变化对锅炉热效率影响 较大, 造成锅炉热效率实际值与设计值出现偏差, 因此需要进行煤质变化对锅炉热效率的影响分析 及锅炉热效率的修正计算, 使修正后的锅炉热效率 与设计值具有可比性.本文结合ASME PTC―2008 《锅炉性能试验规程》 中的修正方法[1] , 根据磨煤机 热平衡及空气预热器热平衡原理, 计算分析煤中水 分减少对制粉系统调温风量、 排烟温度的影响值及 对锅炉热效率的修正影响值.

1 煤中水分的影响分析 1.1 对制粉系统调温风的影响 对于正压直吹式制粉系统, 磨煤机的出力包括 制粉出力和干燥出力, 其中干燥出力与磨煤机入口 一次风量及一次风温有很大关系[2] .磨煤机入口一 次风包括热一次风和冷一次风, 制粉系统的调温风 为磨煤机入口冷一次风.当煤中水分发生变化时, 为了保证磨煤机的出力及出口风温, 磨煤机入口的 冷、 热一次风量也应作相应的调整[3] .当煤中水分 减少时, 在保证磨煤机出口风温不变的前提下, 磨 煤机入口的热一次风量相应减少, 冷一次风量相应 增加.因此, 利用磨煤机系统的热平衡原理、 质量 守恒原理, 可以计算调温风的变化量. 1.2 对排烟温度的影响 煤中水分变化对排烟温度的影响主要体现在 两方面: 一方面, 煤中水分减少, 则调温风量增加, 经过空气预热器换热的一次风量减少, 造成排烟温 度升高[2] ;

另一方面, 煤中水分减少, 使烟气中的蒸 汽量减少, 从而造成排烟温度降低.综合变化结果 需通过热力计算确定. 1.3 对锅炉热效率的影响 煤中水分变化影响排烟温度, 进而影响排烟热 损失, 排烟热损失在锅炉各项损失中所占比例最 大.一般情况下, 排烟温度每升高

10 ℃, 锅炉热效 率约降低0.5%[4-5] .ASME PTC―2008规程中排烟热 损失包括干烟气热损失、 氢燃烧热损失、 空气中水 分热损失、 煤中水分热损失等

4 项[1] .其中, 由于煤 中水分减少, 调温风量增加, 使排烟温度升高, 锅炉 热效率降低;

同时, 由于煤中水分减少, 使煤中水分 热损失减少, 又使锅炉热效率提高.

2 计算实例 2.1 设备概况 某电厂锅炉为上海锅炉厂生产的 SG-1176/ 17.5-M4022型亚临界、 一次中间再热、 自然循环、 单 炉膛、 平衡通风、 摆动燃烧器四角切圆燃烧、 固态排 渣煤粉炉.制粉系统采用正压直吹式制粉系统, 配置5台HP863型中速磨煤机.空气预热器采用三分 仓回转式 (容克式) 预热器.锅炉主要设计参数见 表1, 设计煤种及实际煤种指标见表2.通过表2数 据可以计算煤中水分减少对调温风量、 排烟温度、 锅炉热效率的影响值. 2.2 调温风量的修正计算 按照磨煤机的实际运行参数, 根据磨煤机系统 热量平衡原理计算调温风量 (见表3) .从计算结果 看, 在实际运行工况下, 进入磨煤机的实际调温风 量均大于设计工况下的调温风量, 随着煤中水分变 少, 进入磨煤机的调温风量增大. 2.3 排烟温度的修正计算 调温风量的增加, 导致经空气预热器换热的风 量减少、 排烟温度升高[6-7] .根据空气预热器的热平 衡原理 (其换热原理示意图见图 1) , 可计算排烟温 参数 过热蒸汽流量/th-1 过热汽出口压力/MPa 再热汽出口压力/MPa 过热蒸汽出口温度/℃ 再热蒸汽出口温度/℃ 给水温度/℃ 排烟温度 (修正前) /℃ 排烟温度 (修正后) /℃ 空气预热器入口一次风温/℃ 空气预热器入口二次风温/℃ 调温风量/th-1 干烟气热损失/% 燃料中含水分热损失/% 氢的燃烧损失/% 空气中含水分热损失/% 未完全燃烧热损失/% 辐射热损失/% 未计热损失/% 低位热效率/% BRL工况 1073.86 17.30 3.333

541 541

274 133

127 28

23 57.39 4.41 2.41 3.23 0.11 1.3 0.18 0.3

93 ECR工况 1002.62 17.23 3.128

541 541

269 132

126 28

23 57.39 4.36 2.41 3.23 0.11 1.3 0.18 0.3

93 表1 锅炉主要设计参数 2018年第36卷第4期内蒙古电力技术54 度的变化量.其热平衡表达式为: cyqmyq (tyq-tpy ) =ckqmkq (trk-tkq ) , (1) 式中 cyq―烟气比热容, kJ/ (kg ・ ℃) ;

myq―烟气量, t/h;

tyq―空气预热器入口烟温, ℃;

tpy―排烟温度, ℃;

mkq―空气量, t/h;

ckq―空气比热容, kJ/ (kg ・ ℃) ;

trk―空气预热器出口空气温度, ℃;

tkq―空气预热器入口空气温度, ℃. 空气预热器烟气侧的放热与空气侧的吸热达 到平衡, 则排烟温度的表达式为: tpy = tyq - mkq ckq ( ) trk - tkq myq cyq . (2) 因此, 排烟温度与换热空气量之间关系如下: ?tpy ?mkq = - ckq ( ) trk - tkq myq cyq . (3) 烟气量为1303.8 t/h, 空气与烟气比热容的比值 取0.95, 二次风温升为310 ℃, 一次风温升为318 ℃,

一、 二次风比例按照 0.25 ∶ 0.75 计算, 根据此计算得 到trk-tkq=312 ℃, 将上述数据代入公式 (

3 ) , 可得 ?tpy ?mkq = 0.227 ℃ /h. 排烟温度与参与换热的空气量成反比, 参与换 热的空气量越多, 排烟温度越低.由计算结果可 知, 每增加

1 t/h 不经空气预热器换热的空气 (调温 风) , 使排烟温度升高0.227 ℃.工况1中, 调温风量 较设计值增加 70.16 t/h, 排烟温度升高了 15.93 ℃;

工况

2 中, 调温风量较设计值增加 81.15 t/h, 排烟温 度升高了18.42 ℃ (见表4) . 2.4 锅炉热效率的修正计算 2.4.1 干烟气热损失 干烟气热损失与排烟温度及对应的烟气比热 容有关, 将修正后的排烟温度及修正后的排烟温度 下的烟气比热容代入干烟气热损失的计算公式[1] , 其他参数不变, 得出排烟温度升高对排烟热损失的 影响修正值: 工况1干烟气热损失升高了0.603%, 工况2干烟气热损失升高了0.653%. 2.4.2 氢燃烧热损失、 煤中水分热损失、 空气中水 分热损失 由于排烟温度升高, 使排烟中蒸汽焓值升高, 蒸汽焓值与其温度成正比.将修正后的蒸汽焓值 参数 实测空预器入口烟温/℃ 设计空预器入口烟温/℃ 设计空预器出口烟温/℃ 设计烟气量/th-1 空气与烟气比热比值 设计空预器出口一次风温/℃ 设计空预器出口二次风温/℃ 设计空预器入口一次风温/℃ 设计空预器入口二次风温/℃ 设计一次风量比例/% 设计二次风量比例/% 排烟温度升高值/℃ 工况1 361.4

368 132 1303.8 0.95

346 333

28 23

25 75 15.93 工况2 353.2

368 132 1303.8 0.95

346 333

28 23

25 75 18.42 表4 排烟温度修正计算数据及结果 图1 空气预热器换热原理示意图 空气预热器 空气 tpy tkq tyq trk 烟气 参数 收到基低位发热值/kJkg-1 收到基全水分/% 收到基灰分/% 干燥无灰基挥发分/% 空气干燥基水分% 收到基碳/% 收到基氢/% 收到基氧/% 收到基氮/% 收到基硫/% 设计煤种

16 750

16 32 27.21

7 43.21 2.42 5.07 0.61 0.69 实际煤种 工况1

18 250 6.2 35.35 27.43 1.36 48.63 2.74 5.60 0.78 0.70 工况2

19 710 4.7 33.18 24.95 1.55 52.58 2.80 5.30 0.84 0.59 表2 设计煤种及实际煤种指标 参数 磨煤机的总煤量/th-1 磨煤机入口实际平均风温 (混合后) /℃ 磨煤机入口设计风温 (混合后) /℃ 磨煤机出口实际平均风温/℃ 磨煤机出口设计风温/℃ 调温风量计算值/th-1 调温风量设计值/th-1 调温风量计算值与设计值的差值/th-1 工况1

188 221.2

275 100.24

75 127.55 57.39 70.16 工况2

186 214.5

275 99.04

75 138.54 57.39 81.15 表3 磨煤机实际运行参数及调温风量计算结果 2018年第36卷第4期 李丰泉, 等: 煤中水分变化对锅炉热效率的影响分析及修正计算

55 (上接第52页) (2) 对高温紧固螺栓的采购、 入库和 使用必须按照检验标准进行严格规范, 避免使用材 质不合格的螺栓;

(3) 避免频繁出现极端工况, 从而引发螺栓承 受异常载荷和应力. 参考文献: [1] 孙言蓓.火电厂高温紧固螺栓组织与性能研究[J].内蒙古 石油化工,

2010 (18) : 21-23. [2] 任耀剑, 张绪平, 孙智.25Cr2Mo1V 钢在高温服役中的组 织和性能研究[J].徐州建筑职业技术学院学报, 2009,

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36 (3) : 104-107. [5] 邱艳丽, 杨振国.350 MW 燃气轮机组煤气加热器螺栓断 裂失效分析[J].金属热处理,

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