飞灰份额选取对固体不完全燃烧热损失的敏感度分析

(华北电力大学(保定) 能源动力与机械工程学院,河北 保定 071003)

国内学者阎维平等就我国现行GB10184-1988与美国ASME PTC 4锅炉性能试验规程的差异进行了一定的研究[1]，指出二者在灰渣含碳量Chz测量方法和灰渣份额αfh的确定上有一定的区别。ASME PTC 4规定[2-3]，要求对αfh进行测量，而我国国标中αfh的取值是在一定的范围内选取，不需要测量[4-5]，表1是国标中给出的锅炉灰渣平衡百分率。

国内学者对αfh取值对q4的影响鲜有研究，有且仅有针对工业锅炉和循环流化床锅炉αfh取值对q4和锅炉效率的影响的研究，解鲁生等[6]采用数学的逐步回归分析法建立q4关联式，指出了影响q4的因素，但是没有分析αfh值对q4的影响程度；王晓亮等[7]分析了αfh选取不同值时对工业锅炉能效测算结果的影响规律；王睿昕[8]计算求出了αfh、Cfh、Clz对锅炉效率的相对变化率；杨建华等[9]研究了循环流化床锅炉αfh取值对q4的影响程度，认为实际运行中不同锅炉间αfh差别较大，且αfh对q4的影响很大，试验中αfh应实际测定；吴旸等[10]分析了燃煤挥发分、灰分、过剩空气系数对飞灰份额大小的影响，可见燃煤粉锅炉实际运行过程中飞灰份额值具有不确定性，显然在试验计算及设计计算中，αfh的取值有一定的随意性，而固体不完全燃烧热损失在锅炉热平衡效率的影响因素中所占比重较大[11-12]，若不考虑机组实际运行状况，对飞灰份额取值进行估计会直接影响到锅炉热效率的精确度。

目前，未见对煤粉锅炉αfh取值变化引起的q4变化规律以及由其引起的供电标准煤耗b变化的报道。本文调研了五个燃煤粉锅炉电厂的试验数据进行分析，对αfh变化引起的q4和b的分布规律做出了描述。

1 数据与计算

在燃煤粉锅炉实际运行中，省煤器灰斗沉降灰比较少，进行q4的计算时，忽略沉降灰的影响，本文按式(1)进行计算

(1)

式中Aar——燃料收到基灰分/[%]；

Qar,net——燃料总输入热量/kJ·kg-1；

αfh——飞灰份额；

αlz——炉渣份额；

Cfh——飞灰含碳量/[%]；

Clz——炉渣含碳量/[%]。

本文选取五个燃煤粉锅炉电厂的试验数据进行分析，选取的数据包括煤质分析数据、燃烧特性数据、锅炉性能数据，表2列出了燃煤粉锅炉的原始试验数据。

表1 锅炉灰渣平衡百分率/[%]

表2 燃煤锅炉试验数据

2 结果与分析

以下对αfh变化引起的q4变化规律以及由其引起的b变化进行计算分析，所得结论均在忽略沉降灰的情况下。

2.1 q4随αfh变化的规律

燃煤粉锅炉飞灰份额取值在0.7～0.95之间，下面针对燃煤粉锅炉进行分析，分别对煤种1、2、3、4这四种煤样就αfh在0.7～0.95内以0.05的增长变化研究其对q4的影响规律，结果如图1。

图1 固体未完全燃烧热损失随飞灰份额变化规律曲线

由图1的四组q4-αfh关系图线可以看出，当煤种及机组某时段的运行情况确定时，飞灰含碳量Cfh及炉渣含碳量Clz确定时，随着αfh的变化，q4呈线性变化规律。比较四组关系图线可以看出煤种1、煤种2，q4随αfh的增大而减小，而另一些情况下，如煤种3、煤种4，q4却随αfh的增大而增大，为了探究为何会产生这种不同的结果，以煤种5为研究对象，对Cfh及Clz的数值在可变区间内进行变化分析q4随αfh的变化规律，结果如图2所示。

图2 改变Cfh,q4随αfh变化规律曲线

测算中对煤种5改变Cfh数值，保持Clz不变：

(1)Cfh=1%，Clz=4%；

(2)Cfh=2%，Clz=4%;

(3)Cfh=4%，Clz=4%;

(4)Cfh=5%，Clz=4%;

(5)Cfh=6%，Clz=4%。

由图2的趋势线可以看出，CfhClz时，一次函数关系中斜率为正，q4随αfh的增大而增大，Cfh=Clz时，一次函数关系中斜率为零，q4不随αfh的变化而变化，此时的q4为一定值，只与煤种自身的收到基灰份Aar及收到基低位发热量Qar,net这两个因素有关，可见Cfh≠Clz时，αfh变化对q4产生影响。

2.2 q4随αfh变化的影响因素分析

以上分析可见，q4随αfh的变化与Cfh-Clz值可能存在一定的关系，影响q4的因素有Aar、Qar,net，下面表3、表4、表5改变同一煤种的Cfh-Clz、Aar以及Qar,net的值，观察αfh变化0.05对q4的影响。

表3 Cfh-Clz值的大小对q4随αfh变化的影响

表3可看出，Cfh远离Clz的相同距离时，q4随αfh变化的程度几乎相同(体现在△q4的绝对值几乎相等)，当Cfh-Clz的值越大时，αfh对q4的影响就越大。因此，Cfh-Clz的值小时，αfh对q4的影响小，试验时根据经验估计即可，当Cfh-Clz的值较大时，αfh的取值时不可随意。

表4 Aar大小对q4随αfh变化的影响

表5 Qar,net大小对q4随αfh变化的影响

表4、表5给出了αfh每变化0.05，燃煤灰分、发热量的大小对q4的影响，可以看出，燃煤灰分越大、低位发热量越小，αfh对q4的影响越大，故烧劣质煤时αfh的取值要准确；对灰分较小、煤质好的煤，αfh取值对q4的影响要小，试验时可根据经验估计。

2.3 αfh的选取对q4、供电标准煤耗b的影响

机组实际运行中煤种的Cfh和Clz的值是不相同的，且大部分工况下Cfh>Clz，因此αfh取值对q4存在影响，以下对煤样5飞灰份额变化0.05进行研究，分析飞灰份额αfh对q4及b的影响，计算中取Clz=0.5%、改变Cfh大小，结果如表5。

供电标准煤耗b的计算

(2)

式中ηqj——汽轮机效率/[%] ；

ηgl——锅炉热效率/[%]；

ηgd——管道热效率/[%]；

ζ——厂用电率/[%]。

表6 αfh变化对q4及b的影响

在锅炉机组其他热损失不变时，αfh变化0.05引起的q4和b的变化计算结果如表6所示，αfh变化0.05，q4变化0.03%～0.13%，b变化为0.3～1.1 g/kWh，在Cfh=6,Clz=0.5时αfh的变化对q4和b影响最大，分别达0.13%、1.1 g/kWh，这是因为Cfh-Clz的值大的原因，可见，飞灰份额对机组燃煤量的变化存在一定的影响，对全国火电生产而言不可忽略。

3 结论

本文计算分析了飞灰份额取值变化对固体不完全燃烧热损失以及供电标准煤耗的影响程度和变化规律，并对影响固体不完全燃烧热损失大小的其他因素进行分析，得出如下结论：

(1)Cfh≠Clz时，飞灰份额取值的变化对固体不完全燃烧热损失产生影响，固体不完全燃烧热损失随飞灰份额呈一次函数的关系变化，且CfhClz时，固体不完全燃烧热损失随飞灰份额的增大而增大；Cfh=Clz时，固体不完全燃烧热损失不随飞灰份额的变化而变化，此时的固体不完全燃烧热损失只与煤种自身的收到基灰份及收到基低位发热量这两个因素有关；

(2)飞灰含碳量与炉渣含碳量值相差越大，飞灰份额取值对固体不完全燃烧热损失计算影响越突出；

(3)燃用劣质煤，灰分含量高或灰渣含碳量高的煤种时，飞灰份额取值对固体不完全燃烧热损失的影响更大，此时应采取专门措施确定飞灰份额。如果燃用煤质好、灰分少、灰渣含碳量少的煤，试验时根据经验估计即可。

(4)飞灰份额变化0.05，固体不完全燃烧热损失变化0.03%～0.13%，供电煤耗变化0.3～1.1 g/kWh，可见，国标中对固体不完全燃烧热损失的计算的处理存在比较大的误差。

[1]阎维平,云曦.ASME PTC 4-1998锅炉性能试验规程的主要特点[J].动力工程,2007,27(2):174-178.

[2]阎维平,译.AMSE PTC 4-1998电站锅炉性能试验规程[S].北京:中国电力出版社,2004.

[3]阎维平,译.AMSE PTC 4-2008 电站锅炉性能试验规程[S].北京:中国电力出版社,2011.

[4]中华人民共和国机械电子工业部.GB10184-88电站锅炉性能试验规程[S].北京:中国标准出版社,1988:65.

[5]赵振宁,张清峰.电站锅炉性能试验原理、方法及计算[M].北京：中国电力出版社,2010.

[6]解鲁生,付海明.固体不完全燃烧热损失q4的相关因素分析[J].区域供热,1992(2):27-29.

[7]王晓亮,李成军,于润桥,等.固体未完全燃烧热损失对锅炉热效率的影响[J].化工装备技术,2012,33(4):36-38.

[8]王睿昕.锅炉优化运行问题分析[J].重庆电力高等专科学校学报,2014,19(2):49-51.

[9]杨建华,杨义波,屈卫东,等.循环流化床锅炉机械不完全燃烧热损失的影响因素及测定[J].节能,2002(9):5-8.

[10]吴旸,朱庚富,朱法华.煤粉锅炉飞灰份额影响因素分析[J].电力环境保护,2009,25(2):18-19.

[11]施永红,云峰,魏铁铮.电站锅炉机械不完全燃烧热损失分析方法的研究[J].节能技术,2007,25(5):438-440.

[12]程静.空气分级燃烧技术在电站锅炉节能减排上应用[J].节能技术,2010,28(3):236-239.