300 MW锅炉热效率及空预器漏风指标计算

武世福，苏铁熊，张培华，马理强

(1.中北大学机械与动力工程学院，太原 030051；2.中北大学朔州校区，山西 朔州 036000；3.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 066003)

300 MW锅炉热效率及空预器漏风指标计算

武世福1，苏铁熊2，张培华3，马理强2

(1.中北大学机械与动力工程学院，太原 030051；2.中北大学朔州校区，山西 朔州 036000；3.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 066003)

通过对CFB锅炉机组热效率及四分仓回转式空气预热器漏风的计算，计算结果表明：在工况190～310 MW下，机组效率在89.24～90.10%范围内，热效率较高，回转式空预器漏风率在15.97～7.03%，漏风较为严重。通过此次锅炉性能指标分析计算，计算结果可为今后的运行调整重点及完善机组运行参数提供思路。

CFB锅炉；热效率；漏风率；性能试验

0 前言

CFB锅炉作为一种新型洁净煤燃烧技术，其凭借燃烧效率高、煤种适应性好、灰渣综合利用和污染物排放浓度低等独特的优势，而在全国各省份得到推广，但CFB锅炉在运行中普遍存在运行效率偏低和可靠性差等问题，直接影响到循环流化床锅炉的安全、经济运行[1-2]。

文中以2台1 060 t/h锅炉为例，在炉内喷钙脱硫方式下，进行了CFB锅炉的性能试验，计算在不同工况下锅炉的热效率和空预器漏风率，分析性能指标所反应出来的规律，来指导CFB锅炉实际运行中应该控制的运行参数。

1 设备概括

某热电公司2300 MW机组配备1 060 t/h亚临界、一次中间再热 SG-1 060/17.5-M802型CFB直接空冷机组，锅炉采用岛式布置、全钢结构，单汽包自然循环、平衡通风、风水冷渣器和滚筒冷渣器相结合，循环物料的分离依靠4台绝热式气固旋风分离器，分离器回料腿下与有U型返料器连接，锅炉左右侧配套有4台外置式换热器，尾部受热面采用结构布置紧凑、金属壁温较高、冷端腐蚀现象较轻的四分仓回转式空气预热器。

2 CFB锅炉主要性能指标计算

2.1 锅炉热效率试验过程

为了解机组在不同负荷下锅炉的效率及各项热损失情况，根据电厂机组的实际状况，选择190 MW、280 MW和310 MW三个负荷进行锅炉热效率试验。所需测量项目主要有：排烟温度、送风温度、烟气含氧量、大气压力等机组运行参数。

锅炉的热效率采用反平衡方法确定，即通过计算锅炉的排烟损失、固体未完全燃烧损失、气体未完全燃烧损失、散热损失以及灰渣物理热损失等确定不同负荷、所有工况下的锅炉效率。

试验内容主要有：

1)空预器出口采用网格法测量排烟温度；

2)空预器出口采用网格法进行烟气分析；

3)除尘器出口取飞灰，分析飞灰含碳量；

4)炉底排渣口取炉渣，分析炉渣含碳量；

5)环境温度和大气压力；

6)记录试验期间锅炉运行参数。

试验开始前，工况稳定1～2小时，试验期间与试验无关的系统关闭或隔绝，无吹灰、排污进行。本次试验所有测点布置及测量方法均按照GB1804-88《电站锅炉性能试验规程》进行，主要试验数据如表1所示。

表1 CFB锅炉主要试验数据

2.2 锅炉热效率计算

反平衡法计算锅炉热效率[3]为：

式中：

1)q2为排烟热损失，其热量由以下四部分构成：Qpy=(VRO2CRO2+VN2CN2+VH2OCH2O+VαCα)Tpy式中：VRO2为烟气中三原子气体的体积，由于尾部烟气经过脱硫、脱硝装置后，SO2与NOx在烟气中的含量为ppm级，因此可忽略不计；Vα为烟气中过量空气体积；Tpy为排烟温度；C为烟气中各成分比热容，其值可由 《锅炉原理及计算》中表“不同气体、飞灰由0℃到t℃的平均热容量的计算公式”查表计算求得。

其中，VCO2中包括燃料燃烧产生的CO2和石灰石热解产生的CO2(Ca：S=2.2)，VN2为理论空气量中N2的体积，VH2O中包括煤中水分、空气中水分和燃料中H燃烧生成的水分三部分 (当地环境空气相对湿度54%，绝对湿度为2.62 g/m3)，Vα由实际过量空气系数决定。

若一部分燃料未然尽，则烟气体积略小，所减小的体积一般不大，因此未燃尽碳引起的烟气体积变化不考虑，近似按燃料实际发热量和完全燃烧发热量之比(100-q4)/100计算。

2)q3为化学未完全燃烧热损失，指锅炉排烟中残留的可燃气体 (CH4、H2及其它碳氢化合物由于量少可忽略)未燃烧而造成的热损失，用排烟中CO的百分含量所占热值与总烟气容积所表示，如下式：

式中：Vgy为1 kg煤燃烧生成的干烟气体积，φ(CO)为排烟中CO体积分数，Qr为单位质量煤输入热量，kJ/kg。

3)q4为机械未完全燃烧热损失，是由于炉内的燃料未燃尽，而被排出造成的损失，包括炉渣和飞灰中未燃尽的碳。

灰渣平均含碳量由下式计算：

式中：αl、αf为炉渣与飞灰份额，锅炉设计说明书上灰渣比为60：40，结合锅炉实际运行情况，经商定灰渣比取55：45，CL、CF为炉渣含碳量与飞灰含碳量，未然尽碳的发热量为32 700 kJ/kg。

4)q5为散热损失，其大小主要决定于锅炉散热表面积的大小、水冷壁的敷设程度、管道的保温和周围环境等情况，由 《锅炉原理》书上的“锅炉散热损失q5”曲线可查的CFB锅炉机组在不同主蒸汽流量下的散热损失。

5)q6为其它热损失，其大小决定于燃料的灰分、燃料的发热量和排渣方式等。某电厂采用滚筒冷渣器与风水联合冷渣器联合冷渣方式，滚筒冷渣器加热了凝结水系统中一分支凝结水温度，风水冷渣器通过回风管与炉膛相连，回水送入低加后进入锅炉，因此这两部分热量属于系统内热量交换，不属于热量损失。该CFB锅炉采用炉内喷钙方式脱硫，假设入炉石灰石粉的投入只增大了飞灰的量，没有进入底渣中。

则灰渣物理热损失：

式中：Aar为收到基灰分；Q为燃料低位发热量；tl、tf为炉膛排出的炉渣温度和烟道飞灰温度；tsF为送风机入口温度；Clz、Cfh为炉渣及飞灰的比热容，飞灰比热由Cfh=0.71+5.02×10-4θpy确定，炉渣比热Clz取值0.84 kJ/(kg·℃)。

6)q7为炉内脱硫热损失，CFB锅炉尾部烟气中SO2含量超标时，通常会选择向炉内投入一定量的脱硫剂来进行炉内脱硫，考虑经济性及系统简便化，通常会选择石灰石作为脱硫剂，其主要成分为CaCO3，脱硫过程中主要设计的反应方程式为[4]：

石灰石在参与炉内复杂掺混燃烧的反应过程中，脱硫剂的吸热引起炉内的热量增益，打破炉内原有的热量平衡，需要建立新能量平衡关系，因此，对于CFB锅炉热效率计算准确度有一定的影响，需要予以考虑。

综上所述，对山西某热电厂3号CFB锅炉机组计算在190 MW、280 MW、310 MW三种不同工况下的锅炉热效率[5-7]，用反平衡法来分析锅炉的效率，通过计算得知三个负荷下锅炉效率分别为89.24%，90.10%，89.26%。

2.3 空预器漏风率计算

为指导机组运行人员能够准确控制炉内氧量，使炉膛内燃烧得以改善，在空预器入口与出口处的烟道横截面上，采用网格法进行烟气中氧量测量，近似计算空预器漏风[8]系数。

近似计算过量空气系数α有：

通常以Δα表示空预器漏风系数，有：

式中，α2为空预器出口过量空气系数，α1为空预器入口过量空气系数。

空预器漏风率用经验公式计算：

3 性能指标计算结果分析

1)锅炉效率主要受到排烟热损失和机械未完全燃烧热损失的影响。排烟热损失是锅炉机组热损失中较大的一项，由排烟温度和排烟容积决定，排烟温度越高，排烟热损失越大；漏风越大，排烟热损失也越大。一般排烟温度每增加15℃～20℃，会使排烟热损失增加1%。

2)N2和过量空气的热量相对较大，N2是由理论空气量决定的，与燃料质量相关。过量空气与燃烧状态相关，过量空气每增加10%，锅炉热效率降低0.35%～0.45%。

3)机械未完全燃烧热损失中飞灰带来的影响更大，降低1%飞灰可燃物含量，机械未完全燃烧热损失会降低0.8%。

4)在对比工况1和工况2时发现，工况2的机械未完全燃烧热损失1.952%大于工况1的0.992%和工况3的1.407%，其主要是由煤种的不同引起的。即工况2的飞灰含碳量1.67%高于工况1的飞灰含碳量0.72%，同时炉渣含碳量1.52%也高于工况1炉渣含碳量0.93%和工况3的1.32%，但整体的飞灰含碳量和炉渣含碳量都相对较低。

5)从试验结果可以看到，回转式空气预热器随着机组负荷190 MW、280 MW、310 MW的不断增加，其漏风率由15.97%降到7.03%，但空预器漏风率整体偏高。

4 结束语

1)从锅炉热效率计算数据可知，在燃用校核煤质低位发热量12.05 MJ/kg情况下，控制入炉煤矸石的粒径，合理组织物料燃烧，使锅炉效率为89.24%～90.10%，保持较高热效率，所以提高机组的连续稳定运行周期是提高经济性的关键。

2)排烟热损失较大，这是由于尾部严重漏风，使得尾部过量空气系数高于设计值而造成的；同时在对比工况1和工况2发现：工况2的排烟热损失7.62%低于工况1的排烟热损失9.39%，这主要是由于当锅炉负荷增加时，送风量相应的增加，而漏风量是一定的，使得工况2的排烟过量空气系数1.23%低于工况1的过量空气系数1.46%，所以排烟热 损失相对下降；再对比工况2和工况3，工况3的排烟损失相对于工况2的 7.62%增加到了9.04%，由于送风量相应增加，风速相应增加，而风速的增加会使得烟气量大幅增加。

[1] 杨建球，曾庭华，李焕辉，等.大型循环流化床锅炉运行优化及改进 [M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 李振庆，张路涛，赵斌，等.CFB锅炉热效率及空气预热器漏风性能试验研究 [J].节能，2012，(4)：54-57.

[3] 胡智慧，郭晓翔.600 MW机组超临界锅炉的效率分析[J].广西电力，2007，(6)：54-57.

[4] 尹导，王铁锤.循环流化床锅炉热效率的计算方法 [J].吉林电力，2009，37(5)：18-20.

[5] 胡鑫，江青茵，曹志凯.循环流化床锅炉热效率的在线软测量 [J].动力工程学报，2010，30(6)：415-419.

[6] 闵庆绍，陈伟丽，徐祥军.提高 CFB锅炉热效率的探讨[J].化工技术与开发，2012，41(6)：54-56.

[7] 陈祥，张新锋.火电厂锅炉热效率计算及误差分析 [J].云南电力技术，2010，38(4)：88-90.

[8] 王科峰，张文祥，王平，等.300 MW机组锅炉回转式空气预热器密封改造 [J].陕西电力，2007，35(6)：54-56.

Analysis and Calculation of Thermal Efficiency and Air Preheater Air Leakage in 300 MW CFB Boiler

WU Shifu，SU Tiexiong，ZHANG Peihua，MA Liqiang
(1.North University of China，Taiyuan 030051，China；2.North University of China，Shuozhou，Shuozhou 036000，China；3.Shanxi Pingshuo Power Generation Co Ltd，Shuozhou 066003，China)

Through the thermal efficiency of CFB boiler unit，four points warehouse rotary air preheater air leakage test.The calculation results show that the unit thermal efficiency within 89.24～90.10%is higher under the condition of 190～310 MW.Rotary air preheater air leakage is more serious in 15.97～7.03%.Research shows that the operation of the boiler performance analysis and calculation results for the future adjustment key and improve the unit operation parameters provides a guideline.

CFB boiler；thermal efficiency；air leakage；performance test

TK22

B

1006-7345(2015)04-0031-03

2014-10-08

武世福 (1987)，男，硕士研究生，中北大学机械与动力工程学院，主要研究方向为电站锅炉尾部烟气脱硝技术的应用 (email)buddha.110＠163.com。

山西省朔州市工业攻关项目 (批准号：2013 -33-38，2013-33-40)资助的课题