超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量變化對機(jī)組熱效率的影響

彭建良翟培強(qiáng)

（1.河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院三門峽分院 三門峽 472000）（2.三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司 三門峽 472143）

超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量變化對機(jī)組熱效率的影響

彭建良1翟培強(qiáng)2

（1.河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院三門峽分院 三門峽 472000）（2.三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司 三門峽 472143）

針對我國超臨界鍋爐實(shí)際熱效率難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的問題，本文以一臺1900t/h超臨界鍋爐為例，量化分析了制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量變化對排煙溫度及鍋爐效率的影響，得到不同冷風(fēng)量與煤耗的關(guān)系，提出了提高鍋爐運(yùn)行效率的有益建議。

冷風(fēng) 排煙溫度 鍋爐效率 經(jīng)濟(jì)性

近幾年來投產(chǎn)的超臨界大型鍋爐設(shè)計(jì)熱效率大部分在93%以上，實(shí)際運(yùn)行中的熱效率并不理想，從而使超臨界機(jī)組的高效率特點(diǎn)大打折扣，影響鍋爐熱效率偏低的主要原因是排煙熱損失偏大所致。排煙熱損失偏大除了因入爐煤質(zhì)主要指標(biāo)劣于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致排煙溫度偏高、過剩空氣系統(tǒng)偏大外。還有一個重要原因就是制粉系統(tǒng)所用冷風(fēng)量明顯大于設(shè)計(jì)值，因此經(jīng)過空氣預(yù)熱器的風(fēng)量將偏小，最終導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高。

制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量變化，對鍋爐排煙溫度的影響到底有多大，下面以一臺1900t/h超臨界鍋爐為例，量化分析二者之間的數(shù)理關(guān)系。

1 計(jì)算所需數(shù)據(jù)

1900t/h超臨界鍋爐配置2臺回轉(zhuǎn)式三分倉空氣預(yù)熱器，2臺靜葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)，2臺動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)，6套中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，具體數(shù)據(jù)[1]如下：

空預(yù)器進(jìn)口一次風(fēng)量：385.9t/h；

空預(yù)器進(jìn)口送風(fēng)量：1609.9t/h；

空預(yù)器出口一次風(fēng)量：293.8t/h；

空預(yù)器出口送風(fēng)量：1581.1t/h；

冷一次風(fēng)量：144.4 t/h；

空預(yù)器進(jìn)口一次風(fēng)溫度：26℃；

空預(yù)器進(jìn)口二次風(fēng)溫度：23℃；

空預(yù)器出口一次風(fēng)溫度：302℃；

空預(yù)器出口二次風(fēng)溫度：320℃；

空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度：354℃；

排煙溫度：122℃。

為分析和計(jì)算方便，現(xiàn)把一次風(fēng)和二次風(fēng)進(jìn)行合并，合并后統(tǒng)稱風(fēng)側(cè)。合并后相關(guān)計(jì)算所需數(shù)據(jù)如下：

風(fēng)機(jī)出口總風(fēng)量：2140.2t/h；

空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)量：1995.8t/h；

冷風(fēng)量：144.4t/h；

空預(yù)器出口風(fēng)量：1874.9t/h；

進(jìn)入爐膛總風(fēng)量：2019.3t/h；

空預(yù)器計(jì)算風(fēng)量*：1935.35t/h；

進(jìn)口煙氣量：2243.9t/h；

出口煙氣量：2364.9t/h；

空預(yù)器計(jì)算煙氣量：2304.4t/h。

*說明：送風(fēng)和一次風(fēng)通過回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器過程中有泄漏，在此取空氣預(yù)熱器熱平衡和傳熱計(jì)算時風(fēng)量為進(jìn)出口風(fēng)量的平均值，稱作空預(yù)器計(jì)算風(fēng)量，煙氣側(cè)也相同。

空預(yù)器計(jì)算進(jìn)風(fēng)溫度*：23.6 ℃；

空預(yù)器計(jì)算出風(fēng)溫度：316.7℃；

空預(yù)器煙氣側(cè)溫降：232℃；

空預(yù)器風(fēng)側(cè)溫升：293.1℃。

*說明：計(jì)算進(jìn)風(fēng)溫度為送風(fēng)、一次風(fēng)溫度按風(fēng)量計(jì)算得出的加權(quán)平均值，出風(fēng)側(cè)也相同。

2 冷風(fēng)量變化對機(jī)組熱效率影響分析

當(dāng)鍋爐燃燒所需的風(fēng)量基本保持不變時，若制粉系統(tǒng)的冷風(fēng)量增加，通過空氣預(yù)熱器風(fēng)量將減少，從而影響排煙溫度升高、鍋爐熱效率下降，最終導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗上升、經(jīng)濟(jì)性下降。

2.1 冷風(fēng)量變化后排煙溫度變化的計(jì)算

依據(jù)文獻(xiàn)[2]中空預(yù)器的傳熱特性及熱平衡關(guān)系可得如下數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中：Qkyy——煙氣側(cè)傳熱量；

Gy——煙氣流量；

ΔIy——煙氣側(cè)焓降。

Qky

k=Gk×ΔIk

式中：Qkyk——空氣側(cè)吸熱量；

Gk——空氣流量；

ΔIk——空氣側(cè)焓升。

另外，煙氣側(cè)焓降與煙氣側(cè)溫降成正比，空氣側(cè)也相同。由此可看出空氣預(yù)熱器在換熱過程中，煙氣側(cè)煙氣量與煙溫降的乘積正比于空氣側(cè)空氣量與空氣溫升的乘積。假定，冷風(fēng)量變化前后空氣側(cè)的溫升，以及煙氣側(cè)的傳熱特性保持不變。則：空氣預(yù)熱器計(jì)算風(fēng)量的變化與煙氣側(cè)溫降成反比。

計(jì)算時取制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量增加1個百分點(diǎn)，從而進(jìn)入空氣預(yù)熱器的風(fēng)量將減少1個百分點(diǎn)。則：風(fēng)量的變化量為：

ΔGk=2019.3×0.01=20.19t/h

進(jìn)入空預(yù)器風(fēng)量變化率：

ΔGk=20.19/1935.35=1.04%

依據(jù)以上結(jié)論，則變化后的煙溫降：

ΔT=232×(100%-1.04%）=229.6℃

當(dāng)空預(yù)器進(jìn)口煙溫保持不變，則變化后的排煙溫度為：232-229.6=2.4℃

2.2 排煙溫度變化后機(jī)組煤耗變化的計(jì)算

從文獻(xiàn)[3]可知，排煙熱損失熱量計(jì)算表達(dá)式：

Q2=( Vgy×cp,gy+ VH2O×cp,H2O) ×(θpy-t0)

排煙熱損失熱量比率計(jì)算表達(dá)：

q2= Q2/Qr=Q2/Qnet,ar

由上述數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，排煙熱損失比率變化量正比于煙溫降的變化量。

計(jì)算時取：鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度θpy為122℃，環(huán)境溫度t0為20℃，排煙溫度與環(huán)境溫度的差值(θpy-t0)為102℃，排煙損失q2為4.41%。

當(dāng)排煙溫度變化2.4℃時，排煙溫度與環(huán)境溫度的差值為104.4℃，由以上比例結(jié)論可得：排煙損失為4.51%。因此，排煙熱損失比率變化為0.1個百分點(diǎn)。由此推算出：機(jī)組供電煤耗變化量為0.32g/kW·h。

同理可以計(jì)算出，當(dāng)冷風(fēng)量變化5、8、12、15個百分點(diǎn)時相關(guān)參數(shù)的變化情況，具體計(jì)算結(jié)果見表1、圖1。

表1 冷風(fēng)量變化與機(jī)組經(jīng)濟(jì)性變化計(jì)算結(jié)果匯總表

圖1 冷風(fēng)率變化與機(jī)組供電煤耗變化關(guān)系曲線

3 結(jié)論與建議

1）鍋爐在運(yùn)行期間，當(dāng)鍋爐燃燒所用風(fēng)量保持不變時，制粉系統(tǒng)所用冷風(fēng)量的增加將直接導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，二者變化基本上呈線性關(guān)系，即：冷風(fēng)量增加1個百分點(diǎn)（制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量變化量與進(jìn)入鍋爐總風(fēng)量的比率)，排煙溫度升高約2.4℃，鍋爐熱效率下降0.1%，由此導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗升高0.32g/kW·h。

2）負(fù)壓運(yùn)行的制粉系統(tǒng)，運(yùn)行中應(yīng)特別注意系統(tǒng)的漏風(fēng)量。如：給煤機(jī)入口處的漏風(fēng)等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)率超標(biāo)時應(yīng)盡快進(jìn)行處理。

正壓運(yùn)行的中速磨制粉系統(tǒng)，運(yùn)行中也要十分關(guān)注磨煤機(jī)的密封風(fēng)量。密封風(fēng)量的增加也將導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高。

鍋爐爐膛漏風(fēng)也將使進(jìn)入空預(yù)器的風(fēng)量減少，同樣也將導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高。

建議：運(yùn)行中的鍋爐，應(yīng)密切關(guān)注制粉系統(tǒng)漏風(fēng)、爐膛漏風(fēng)等方面情況。同時也要加強(qiáng)此方面的設(shè)備維護(hù)工作。

3）當(dāng)對鍋爐的排煙溫度高于設(shè)計(jì)值的影響因素進(jìn)行分析時，建議首先應(yīng)進(jìn)行制粉系統(tǒng)漏風(fēng)分析，以及運(yùn)行中制粉系統(tǒng)使用冷風(fēng)量是否明顯超過設(shè)計(jì)值等進(jìn)行量化分析，因?yàn)橐恍C(jī)組排煙溫度不正常升高就是因制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量過大所致。

4）文中分析時，假定空氣、煙氣側(cè)的傳熱特性沒有變化，由此使排煙溫度升高的計(jì)算值略小于實(shí)際值。因?yàn)楫?dāng)進(jìn)入空預(yù)器風(fēng)量減少、風(fēng)速降低會使傳熱系統(tǒng)下降。同時較小的空氣流量會使出口風(fēng)溫上升，從而影響空氣預(yù)熱器的傳熱溫差。這兩者的作用均會減少空氣預(yù)熱器的吸熱量。

[1] 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司. HG-1900/25.4-YM4鍋爐《熱力計(jì)算匯總》[Z]. 2005.

[2] 南京工學(xué)院,西安交通大學(xué)熱能動力教研室，編. 電廠鍋爐原理[M]. 北京：水利電力出版社，1980.

[3] GB 10184—88 電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4] 董亞民. 工業(yè)鍋爐能效測試中相關(guān)問題的探討[J]. 中國特種設(shè)備安全，2011，27（02）：58-59.

[5] 張彬. 應(yīng)用輻射能監(jiān)控?zé)岵慑仩t熱效率[J]. 中國特種設(shè)備安全，2011，27（05）：47-49.

[6] 胡桂香，鄧岳. 有機(jī)熱載體加熱爐出力不足原因分析[J]. 中國特種設(shè)備安全，2006，22（10）：35+41.

The Unit Thermal Efficiency Influence for Cold Wind Quantitative Change of Pulverized Coal Perparation System of Supercritical Pressure Boiler

Peng Jianliang1Zhai Peiqiang2
(1. Henan Province Institute of Boiler and Pressure Vessel Safety Testing Sanmenxia Branch Sanmenxia 472000) (2. Sanmenxia Huayang Power Generation Co. Ltd. Sanmenxia 472143)

For the actual supercritical boiler thermal efficiency in our country, it is difficult to meet the design requirements of the problem, based on a 1900t/h supercritical boiler as an example, the quantitative analysis of the coal pulverizing system cold wind quantity changes on exhaust temperature and boiler efficiency, the influence of different amount of cold air and the relationship between the coal consumption, improve the boiler efficiency is good suggestion are put forward.

Cold air Eject smoke temperature Efficiency of boiler Economical

X933.2

B

1673－257X(2015)11-0071-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.11.016

彭建良(1964～), 男，總工，工程師，主要從事承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測和能效測試工作。

2015-03-06）