鍋爐煙氣參數(shù)在負(fù)荷率及相關(guān)熱損失計算中的應(yīng)用

楊洪澤，王 鵬，游本虎

(烏魯木齊鐵路局節(jié)能環(huán)保監(jiān)測站，新疆 烏魯木齊 830011)

鍋爐煙氣中污染物排放量與鍋爐負(fù)荷密切相關(guān)[1]，同時鍋爐負(fù)荷、排煙熱損失(q2)、氣體未完全燃燒熱損失(q3)是鍋爐經(jīng)濟運行管理的重要數(shù)據(jù)[2－4]，而且文獻[1]規(guī)定應(yīng)在鍋爐運行出力大于該鍋爐額定負(fù)荷70%的狀況下進行鍋爐排放煙塵測試才有效。鍋爐負(fù)荷一般用流量孔板法、水表法、水箱法及耗煤量法等方法測算[5－6]，但在實際工作中很多鍋爐房不具備上述監(jiān)測條件，使得負(fù)荷測試無法進行或偏差極大;排煙熱損失、氣體未完全燃燒熱損失的測算只有通過熱平衡測試，費時費力，成本極高[7－8]。因此，提出一種簡便易行、較為準(zhǔn)確的鍋爐出力及q2、q3的估算方法具有現(xiàn)實意義。本文采用燃煤理論空氣量的計算方法，結(jié)合環(huán)保監(jiān)測中煙氣測量參數(shù)，能夠簡便準(zhǔn)確的計算出燃料燃燒量、q2、q3、鍋爐負(fù)荷率，在滿足污染物排放監(jiān)測要求的同時為鍋爐經(jīng)濟運行和節(jié)能管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 基本原理

根據(jù)鍋爐排煙量，可以方便的計算出鍋爐內(nèi)完全燃燒的燃料量，也就是進入鍋爐燃料總量減去灰渣未燃盡而損失的部分。實際上鍋爐負(fù)荷僅與參與燃燒的燃料量有關(guān)，我們關(guān)心固體未完全燃燒熱損失(q4)只是為了從總?cè)霠t燃料中將其扣除。因此如果我們計算了參與燃燒的燃料釋放出的熱量與鍋爐額定出力之間的比值，就可以根據(jù)鍋爐參數(shù)，按照文獻[9]估算鍋爐排煙熱損失、氣體未完全燃燒熱損失、負(fù)荷率。

1.1 排煙熱損失q2

排煙熱損失是鍋爐排出的煙氣焓高于進入鍋爐的空氣焓而造成的熱損失，包括干煙氣帶走的熱量和煙氣中水蒸氣帶走的熱量，此項損失與煙氣流量、排煙溫度直接相關(guān)。

式中 Vgy——干煙氣量/m3(標(biāo)干)·kg－1;

Cgy——排煙干煙氣平均定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1，Cgy=(RO'2CRO2+N'2CN2+ O'2CO2)/100;

RO'2、N'2、O'2——排煙干煙氣中 RO2、N2、O2的體積分?jǐn)?shù)[%];

CRO2、CN2、CO2——RO2、N2、O2定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1;

tpy——排煙溫度/℃;

VH2O——水蒸氣體積/m3(標(biāo))·kg－1;

CH2O——水定壓比熱容/kJ·m－3·℃－3;

α——過量空氣系數(shù);

Vok——燃料燃燒的理論空氣量/m3(標(biāo))·kg－1;

(Ct)Lk——入爐冷空氣定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1;

tLk——入爐冷空氣溫度/℃;

Qnet，v，ar——燃 料 收 到 基 低 位 發(fā) 熱 量/kJ·kg－1。

為了便于在現(xiàn)場快速估算q2值，設(shè)計了q2系數(shù)表(見表1)。

表1 過量空氣系數(shù)α、煙溫—q2系數(shù)表

1.2 氣體未完全燃燒熱損失q3

氣體未完全燃燒熱損失指排煙中殘留的可燃?xì)怏w成分CO、H2、CmHn等未放出燃燒熱而造成的熱量損失占鍋爐輸入熱量的百分率，計算公式為

q3=(126.36CO'+107.98H'2+358.18CmH'n)

CO'、H'2、CmH'n——排煙干煙氣中 CO、H2、CmHn的體積分?jǐn)?shù)/[%]。

為了便于在現(xiàn)場快速估算q3值，設(shè)計了q3系數(shù)表(見表2)。

表2 過量空氣系數(shù)、CO'—q3系數(shù)表

1.3 鍋爐負(fù)荷率

實際上鍋爐負(fù)荷與參與燃燒的燃料量有關(guān)，因此如果我們計算了參與燃燒的燃料釋放出的熱量與鍋爐額定出力之間的比值，則可以根據(jù)《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》(GB/T10180－2003)計算熱效率的方法確定鍋爐的負(fù)荷率。

理論空氣量是理論上燃燒1 kg燃料所需的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干空氣量，由于各種燃料相對于發(fā)熱量為4 186 kJ所需的空氣量基本上是固定的，因而知道燃料發(fā)熱量就可以方便而準(zhǔn)確的計算出理論煙氣量，然后根據(jù)實際煙氣量計算有效燃煤量及發(fā)熱量。如煙煤(灰分＞15%)經(jīng)驗公式如下[10]。

Vy——實際煙氣量/m3(標(biāo))·kg－1。

鍋爐燃料燃燒釋放出的熱量為 Qnet，v，arQ'N/Vy，既扣除q4后的參與燃燒的燃料放出的熱量，則存在下式

K'=(Qnet，v，arQ'N/Vy)/(鍋爐額定功率 × 3600)

K'——燃料燃燒放出的熱量占鍋爐額定出力的比例;

Q'N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣流量/m3(標(biāo)干)·h－1。

為了便于在現(xiàn)場快速估算K'值，設(shè)計了K'系數(shù)表(見表3)。

表 3 過量空氣系數(shù)、Qnet，v，ar － K'系數(shù)表

鍋爐負(fù)荷率K可按下式計算:

q'2、q'3:計算公式同 q2、q3，計算時以 K'代替100－q4

正常情況下，鍋爐散熱損失q5是一項較小的熱損失，可按表4確定這項損失[9]。

表4 鍋爐散熱損失

鍋爐灰渣物理熱損失(q6)指爐渣和漏煤排出鍋爐時所帶出的熱量占鍋爐輸入熱量的百分率，一般在0.5%左右，且變化不大，本文按0.5%計算。

2 實例

烏西車輛段DHL20－1.25－AII型鍋爐監(jiān)測數(shù)據(jù):煙氣流量24 926 m3(標(biāo)干)/h，煙溫:162℃，冷空氣溫度:18℃，O':10.9%(α:2.06)，CO:487 ppm，H2:47 ppm，CmHn:64 ppm，CO2:9.09%。

按上述公式計算 q2=9.6%，q3=0.5%，K=82%。

簡易查表法:按 α =2.1、Qnet，v，ar=25 000 kJ/kg查表3 并計算:K'=700 ×1.3437/10=94.1(%)，按α =2.1、tpy=160℃查表1并計算:q2=0.114×85=9.7(%)，q'2=0.114 × 94.1=10.7(%);按 α =2.1、CO'=0.05查表2并計算:q3=0.6×85/100=0.5(%)，q'3=0.6 ×94.1/100=0.6(%);計算 K=K'－q'2－ q'3－ q5－ q6=94.1－10.7 －0.6 －1.7 －0.5=80.6(%)。

數(shù)據(jù)表明:排煙損失熱量(q2∶9.6%)數(shù)值偏大，原因為排煙溫度較高，應(yīng)檢查鍋爐尾部受熱面及省煤器狀況，加強鍋爐吹灰。氣體未完全燃燒熱損失熱量(q3∶0.5%;燃煤的層燃爐 q3一般在 0.3% ～1.0%之間)在正常范圍之內(nèi)，鍋爐負(fù)荷率:80.6%，在正常范圍之內(nèi)。

應(yīng)用煙氣參數(shù)確定鍋爐負(fù)荷與流量孔板法等方法的實測數(shù)據(jù)對比見表5，公式計算負(fù)荷率與實測方法測試的負(fù)荷率相比較其相對誤差在－2.4% ～4.2%之間，查表估算負(fù)荷率與實測方法測試的負(fù)荷率相比較其相對誤差在－5.1% ～3.1%之間。

表5 應(yīng)用煙氣參數(shù)確定鍋爐負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)方法數(shù)據(jù)表(%)

3 結(jié)論

通過對K、q2、q3的公式計算與查表計算結(jié)果相差在3%以內(nèi)，因此推薦使用查表法。

在計算過程中出現(xiàn)K'＞100，僅表示有效燃料釋放出的能量大于鍋爐額定出力。

可以通過爐渣含炭量的測試準(zhǔn)確的計算q4，同時計算鍋爐熱效率。

方法產(chǎn)生的誤差主要來源于煙氣流量和煙氣含氧量測試的準(zhǔn)確性，為了保證準(zhǔn)確測量煙氣流量，要求嚴(yán)格按照測試標(biāo)準(zhǔn)的要求選取測試斷面，需要時可加密測點;對煙氣含氧量應(yīng)多次測試，取其平均值，以使計算結(jié)果更客觀實際。

在鍋爐煙氣污染物測試過程中，應(yīng)用煙氣參數(shù)通過計算或查表估算鍋爐的負(fù)荷率，公式計算值、查表估算值與實測值具有較好的一致性，公式計算負(fù)荷率的相對誤差為－2.4% ～4.2%。查表估算負(fù)荷率的負(fù)荷率相比較其相對誤差為－5.1% ～3.1%，方法簡便、實用。本文僅應(yīng)用于燃燒煙煤的鍋爐負(fù)荷率、q2、q3估算，如使用其它燃料，可參照本文推導(dǎo)公式和制定表格。

[1]GB5468－1991，鍋爐煙塵測試方法[S].

[2]薛峰，李茂東，張振頂.2 t/h燃?xì)忮仩t的節(jié)能分析[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29(4):382 －384.

[3]曾建微.循環(huán)流化床鍋爐運行經(jīng)濟性分析及節(jié)能途徑[J].節(jié)能技術(shù)，2005，23(4):378 －381.

[4]金成萬.淺談鏈條鍋爐的經(jīng)濟運行[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(4):377 －380.

[5]朱宇龍，陸濤，青俊，等.小型燃煤蒸汽鍋爐節(jié)能技術(shù)分析[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(6):569 －572.

[6]封軍.工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測分析[J].節(jié)能技術(shù)，2006，24(05):478－480.

[7]劉平安，張曉東.略論工業(yè)鍋爐經(jīng)濟運行與節(jié)能的途徑[J].節(jié)能技術(shù)，2008，26(3):279 －282.

[8]李昕明.由鍋爐經(jīng)濟運行情況淺析節(jié)能技術(shù)管理工作[J].節(jié)能技術(shù)，2008，26(2):191 －193.

[9]GB/T10180－2003，工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程[S].

[10]天津市鍋爐壓力容器學(xué)會，機械工業(yè)沈陽教材編委會.工業(yè)鍋爐技術(shù)管理手冊[M].沈陽:東北工學(xué)院出版社，1987:156－181，850－919.