引进型300 MW循环流化床锅炉 效率的分析

杨 冬, 徐 鸿, 陈海平

(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206)

循环流化床(CFB)燃烧技术具有燃烧效率高、燃料适应性广、负荷变化适应性强、排放污染低等优点,在近十几年得到了迅速发展,我国已建成一批国产300 MW循环流化床锅炉电站.

锅炉是一个重要的能量转化场所,在炉内燃料的化学能转化为工质的内能.采用方 法[1]来分析其能量转换过程,不仅可以考虑能量在数量方面的不同,还可考虑能量在质量上的不同,可准确地揭示能量转化过程中损失最大的环节或过程,因此,该方法在近几十年内得到了广泛应用[2].

本文以引进型300 MW CFB燃煤锅炉为分析对象,采用方 法分析其损 ,为进一步提高能源利用率提供理论依据和解决方案.

1 电站锅炉 效率计算方法

1.1 引进型300 MW CFB锅炉热效率

该引进型300 MW CFB锅炉过热蒸汽采用喷水调节温度,喷水量较大,在计算锅炉效率时应予以考虑.再热蒸汽采用调整外置床回灰量控制温度,没有减温水.根据锅炉输入-输出热量法计算,该种类型CFB锅炉的热效率可表示为:

式中:η表示锅炉热效率,%;Q1表示锅炉有效利用的热量,kJ;Qr表示锅炉输入的热量,kJ;Qrx、Qw1和Qwh分别为燃料的物理显热、采用汽轮机抽汽或其他外来热源加热暖风器空气时带入锅炉系统内的热量和燃油雾化蒸汽带入锅炉的热量,因Qrx、Qw1和Qwh数量较少,可忽略.其他符号含义见参考文献[3].

1.2 引进型300 MW CFB锅炉 效 率[4-7]

取空气进入锅炉时的温度为环境温度T0(采用绝对温标K),在计算效 率时应考虑减温水.因此该种类型CFB锅炉的效 率可表示为:

2 引进型300 MW CFB锅炉 损 失计算方法

2.1 排烟 损 失e2及化学未完全燃烧损失e3

式中:Vgy、Cgy分别为干烟气的容积和平均热容量;VH2O、CH2O分别为排烟中水蒸气的容积和平均热容量;Tpy为排烟温度;T0为冷空气温度.

2.2 机械未完全燃烧 损失e4

式中:Aar为收到基灰分;αfh、αhz为飞灰系数和排渣率;Tfh、Thz分别为飞灰和灰渣中的含碳率,%.

2.3 散热 损失e5

式中:q5为锅炉散热损失;¯Tb为CFB锅炉燃烧系统(炉膛和绝热分离器)内烟气的平均温度;hbg,max、Sbg,max为炉膛内烟气在最高温度时的焓值和熵值;hbg,0、Sbg,0为烟气在环境温度时的焓值和熵值.

2.4 灰渣物理显热 损失e6

式中:ehz为灰渣损 ;efh为飞灰损 .

2.5 燃烧 损失ey

2.6 传热 损失

高温烟气与工质之间存在传热温差,通过辐射、对流和热传导方式传递热量.该过程是一典型不可逆过程,一部分被 消灭在炉内.传热损 失表示为:

式中:Q为传热量;¯Tc、¯Th为冷热流体的平均温度;Tc1、Tc2及 Th1、Th2为冷、热流体的进出口温度.

3 引进型300 MW CFB锅炉 损 失的定量分析

某电厂锅炉为亚临界一次中间再热、双支腿炉膛、300 MW CFB燃煤锅炉,采用引进法国ALSTOM公司技术生产,是我国首台300MW等级的循环流化床锅炉.应用上述计算方法对该锅炉进行计算,分析了热量损失的原因,并提出合理的解决措施和建议.

该锅炉所用燃料特性见表1,计算工况为锅炉额定蒸发量(BECR),参数由实测得到或者按实测值计算得出,具体数据见表2,计算结果见表3.

表1 煤质特性表Tab.1 Quality analysis of coal

表2 锅炉运行数据Tab.2 Operational data of the boiler

表3 计算结果汇总Tab.3 Summary of the calculated results %

3.2 结果定量分析

根据表2和表3,分析如下:

(1)锅炉热效率为91.56%,与大型煤粉锅炉相近,说明该CFB锅炉设计合理.

(2)对CFB锅炉效率影响最大的是排烟热损失,达到5.29%.从运行数据上可知,排烟温度达到127.7°C,通过计算,空气预热器出口过量空气系数约为1.4,这是排烟热损失大的主要原因.现在CFB锅炉采用炉内脱硫,SO2排放浓度低于600 mg/m3,说明降低排烟温度仍有较大空间.过量空气系数大于锅炉设计值1.25,分析其空气预热器进出口氧量变化,可发现其漏风率达到15%,而且漏风温度较高,造成烟气量增大,排烟温度升高.在运行中应加强设备管理,减少漏风.若能充分利用烟气热量,可大幅提高热效率,同时也有助于提高效 率.

(6)对于灰渣热损失,这两种计算结果相差较大.根据热平衡观点,灰渣带走大量热量,从而产生较大损失;从平 衡分析来看,这部分热量虽大,但品质不高,即可用能很小.

4 结 论

(4)加强燃烧调整,改善炉内烟气温度分布,以提高烟气平均温度和均匀性;提高锅炉给水温度和出口蒸汽温度;选用新工质以及采用联合循环等,可提高CFB锅炉的热效率和效 率.

[1]沈维道,蒋智敏,童钧耕.工程热力学[M].3版.北京:高等教育出版社,2001.

[2]张缦,别如山,姜孝国,等.300 MW 循环流化床锅炉热力特性的研究[J].动力工程,2009,29(6):507-511.

[3]全国量和单位标准化技术委员会.GB 10184-1988电站锅炉性能试验规程[S].北京:中国标准出版社,1988.

[5]YANG S R,ZHANG R,XU Z M,et al.Exergy efficiency of heat exchangers accountion for heat transfer and fluid friction[C]//International Conference on PowerEngineering.Shanghai:CSPE-JSME-ASM E,1995:767-770.

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[7]陈莉,马景骏,赵伟东.电站锅炉的热力计算及分 析应用程序[J].应用科技,2004,31(9):50-52.

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