超临界锅炉制粉系统冷风量变化对机组热效率的影响

彭建良翟培强

（1.河南省锅炉压力容器安全检测研究院三门峡分院 三门峡 472000）（2.三门峡华阳发电有限责任公司 三门峡 472143）

超临界锅炉制粉系统冷风量变化对机组热效率的影响

彭建良1翟培强2

（1.河南省锅炉压力容器安全检测研究院三门峡分院 三门峡 472000）（2.三门峡华阳发电有限责任公司 三门峡 472143）

针对我国超临界锅炉实际热效率难以达到设计要求的问题，本文以一台1900t/h超临界锅炉为例，量化分析了制粉系统冷风量变化对排烟温度及锅炉效率的影响，得到不同冷风量与煤耗的关系，提出了提高锅炉运行效率的有益建议。

冷风 排烟温度 锅炉效率 经济性

近几年来投产的超临界大型锅炉设计热效率大部分在93%以上，实际运行中的热效率并不理想，从而使超临界机组的高效率特点大打折扣，影响锅炉热效率偏低的主要原因是排烟热损失偏大所致。排烟热损失偏大除了因入炉煤质主要指标劣于设计值，导致排烟温度偏高、过剩空气系统偏大外。还有一个重要原因就是制粉系统所用冷风量明显大于设计值，因此经过空气预热器的风量将偏小，最终导致锅炉排烟温度升高。

制粉系统冷风量变化，对锅炉排烟温度的影响到底有多大，下面以一台1900t/h超临界锅炉为例，量化分析二者之间的数理关系。

1 计算所需数据

1900t/h超临界锅炉配置2台回转式三分仓空气预热器，2台静叶可调轴流式一次风机，2台动叶可调轴流式送风机，6套中速磨煤机正压直吹式制粉系统，具体数据[1]如下：

空预器进口一次风量：385.9t/h；

空预器进口送风量：1609.9t/h；

空预器出口一次风量：293.8t/h；

空预器出口送风量：1581.1t/h；

冷一次风量：144.4 t/h；

空预器进口一次风温度：26℃；

空预器进口二次风温度：23℃；

空预器出口一次风温度：302℃；

空预器出口二次风温度：320℃；

空预器进口烟气温度：354℃；

排烟温度：122℃。

为分析和计算方便，现把一次风和二次风进行合并，合并后统称风侧。合并后相关计算所需数据如下：

风机出口总风量：2140.2t/h；

空预器进口风量：1995.8t/h；

冷风量：144.4t/h；

空预器出口风量：1874.9t/h；

进入炉膛总风量：2019.3t/h；

空预器计算风量*：1935.35t/h；

进口烟气量：2243.9t/h；

出口烟气量：2364.9t/h；

空预器计算烟气量：2304.4t/h。

*说明：送风和一次风通过回转式空气预热器过程中有泄漏，在此取空气预热器热平衡和传热计算时风量为进出口风量的平均值，称作空预器计算风量，烟气侧也相同。

空预器计算进风温度*：23.6 ℃；

空预器计算出风温度：316.7℃；

空预器烟气侧温降：232℃；

空预器风侧温升：293.1℃。

*说明：计算进风温度为送风、一次风温度按风量计算得出的加权平均值，出风侧也相同。

2 冷风量变化对机组热效率影响分析

当锅炉燃烧所需的风量基本保持不变时，若制粉系统的冷风量增加，通过空气预热器风量将减少，从而影响排烟温度升高、锅炉热效率下降，最终导致机组供电煤耗上升、经济性下降。

2.1 冷风量变化后排烟温度变化的计算

依据文献[2]中空预器的传热特性及热平衡关系可得如下数学表达式：

式中：Qkyy——烟气侧传热量；

Gy——烟气流量；

ΔIy——烟气侧焓降。

Qky

k=Gk×ΔIk

式中：Qkyk——空气侧吸热量；

Gk——空气流量；

ΔIk——空气侧焓升。

另外，烟气侧焓降与烟气侧温降成正比，空气侧也相同。由此可看出空气预热器在换热过程中，烟气侧烟气量与烟温降的乘积正比于空气侧空气量与空气温升的乘积。假定，冷风量变化前后空气侧的温升，以及烟气侧的传热特性保持不变。则：空气预热器计算风量的变化与烟气侧温降成反比。

计算时取制粉系统冷风量增加1个百分点，从而进入空气预热器的风量将减少1个百分点。则：风量的变化量为：

ΔGk=2019.3×0.01=20.19t/h

进入空预器风量变化率：

ΔGk=20.19/1935.35=1.04%

依据以上结论，则变化后的烟温降：

ΔT=232×(100%-1.04%）=229.6℃

当空预器进口烟温保持不变，则变化后的排烟温度为：232-229.6=2.4℃

2.2 排烟温度变化后机组煤耗变化的计算

从文献[3]可知，排烟热损失热量计算表达式：

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

排烟热损失热量比率计算表达：

q2= Q2/Qr=Q2/Qnet,ar

由上述数学表达式可知，排烟热损失比率变化量正比于烟温降的变化量。

计算时取：锅炉设计排烟温度θpy为122℃，环境温度t0为20℃，排烟温度与环境温度的差值(θpy-t0)为102℃，排烟损失q2为4.41%。

当排烟温度变化2.4℃时，排烟温度与环境温度的差值为104.4℃，由以上比例结论可得：排烟损失为4.51%。因此，排烟热损失比率变化为0.1个百分点。由此推算出：机组供电煤耗变化量为0.32g/kW·h。

同理可以计算出，当冷风量变化5、8、12、15个百分点时相关参数的变化情况，具体计算结果见表1、图1。

表1 冷风量变化与机组经济性变化计算结果汇总表

图1 冷风率变化与机组供电煤耗变化关系曲线

3 结论与建议

1）锅炉在运行期间，当锅炉燃烧所用风量保持不变时，制粉系统所用冷风量的增加将直接导致锅炉排烟温度升高，二者变化基本上呈线性关系，即：冷风量增加1个百分点（制粉系统冷风量变化量与进入锅炉总风量的比率)，排烟温度升高约2.4℃，锅炉热效率下降0.1%，由此导致机组供电煤耗升高0.32g/kW·h。

2）负压运行的制粉系统，运行中应特别注意系统的漏风量。如：给煤机入口处的漏风等。当发现漏风率超标时应尽快进行处理。

正压运行的中速磨制粉系统，运行中也要十分关注磨煤机的密封风量。密封风量的增加也将导致锅炉排烟温度升高。

锅炉炉膛漏风也将使进入空预器的风量减少，同样也将导致锅炉排烟温度升高。

建议：运行中的锅炉，应密切关注制粉系统漏风、炉膛漏风等方面情况。同时也要加强此方面的设备维护工作。

3）当对锅炉的排烟温度高于设计值的影响因素进行分析时，建议首先应进行制粉系统漏风分析，以及运行中制粉系统使用冷风量是否明显超过设计值等进行量化分析，因为一些机组排烟温度不正常升高就是因制粉系统冷风量过大所致。

4）文中分析时，假定空气、烟气侧的传热特性没有变化，由此使排烟温度升高的计算值略小于实际值。因为当进入空预器风量减少、风速降低会使传热系统下降。同时较小的空气流量会使出口风温上升，从而影响空气预热器的传热温差。这两者的作用均会减少空气预热器的吸热量。

[1] 哈尔滨锅炉厂有限责任公司. HG-1900/25.4-YM4锅炉《热力计算汇总》[Z]. 2005.

[2] 南京工学院,西安交通大学热能动力教研室，编. 电厂锅炉原理[M]. 北京：水利电力出版社，1980.

[3] GB 10184—88 电站锅炉性能试验规程[S].

[4] 董亚民. 工业锅炉能效测试中相关问题的探讨[J]. 中国特种设备安全，2011，27（02）：58-59.

[5] 张彬. 应用辐射能监控热采锅炉热效率[J]. 中国特种设备安全，2011，27（05）：47-49.

[6] 胡桂香，邓岳. 有机热载体加热炉出力不足原因分析[J]. 中国特种设备安全，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，总工，工程师，主要从事承压类特种设备检验检测和能效测试工作。

2015-03-06）