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燃煤工業鍋爐運行熱效率的簡便計算


作者/來源:http://www.fzwaverunner.com 發表時間:2012-12-18 16:36

       工業鍋爐中多為燃煤鍋爐,約占68%,且2噸(1.4Mw)以下的鍋爐占燃煤鍋爐總量的70%左右,這些鍋爐熱效率普遍低下,造成嚴重的煙塵大氣污染和煤炭浪費。為了保護環境,實現可持續發展,應加強對燃煤鍋爐運行的監測和環保治理力度。提高鍋爐運行熱效率,降低污染物排放成為燃煤鍋爐技改的重要課題。作為關鍵的技術經濟指標,運行熱效率的測試與計算顯得尤為重要,本文就此展開分析和研究。

一、鍋爐運行熱效率簡單計算公式的推導

1、鍋爐燃料消耗量的計算
鍋爐運行時,燃料送入鍋爐的熱量與鍋爐有效利用熱量及各項熱損失的和相等,即我們所說的熱平衡:
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6(1)
Qr:燃料送入鍋爐的熱量(一般就是燃料應用基低位發熱量,即Qr=Qydw),kj/kg
Q1:鍋爐有效利用熱量,kj/kg                                 Q2:排煙帶走的熱量
Q3:氣體不完全燃燒損失的熱量,kj/kg                   Q4:固體不完全燃燒損失的熱量,kj/kg
Q5:鍋爐向周圍空氣散失的熱量,kj/kg                   Q6:燃料中灰渣帶走的熱量,kj/kg

將公式(1)兩邊分別除以Qr得:
1=Q1/Qr+Q2/Qr+Q3/Qr+Q4/Qr+Q5/Qr+Q6/Qr
q1=Q1/Qr×100%                                                       q2=Q2/Qr×100%
q3=Q3/Qr×100%                                                       q4=Q4/Qr×100%
q5=Q5/Qr×100%                                                       q6=Q6/Qr×100%
q1=100-(q2+q3+q4+q5+q6)%(2)
q1:鍋爐有效利用熱量占燃料帶入鍋爐熱量的百分數,即熱效率η,%
q2:排煙熱損失,%                                                 q3:氣體不完全燃燒熱損失,%
q4:固體不完全燃燒熱損失,%                                  q5:鍋爐散熱損失,%
q6:其它熱損失,%

鍋爐有效利用熱量一方面:Q1=η×Qr(3)
另一方面:Q1=QGL/B(4)

B:鍋爐每小時燃料消耗量,kg/h                              QGL:鍋爐每小時有效吸收熱量,kj/h
蒸汽鍋爐QGL=D(iq-igs)×103+DPS(ips-igs)×103
                                                                                                               熱水鍋爐QGL=G(i2-i1)×103
D:鍋爐蒸發量,t/h                                                      iq:蒸汽焓,kj/kg                                            igs:鍋爐給水焓,kj/kg
DPS:鍋爐排污水量,t/h                                              G:熱水鍋爐每小時加水量,t/h
ips:鍋爐排污水焓,即鍋爐工作壓力下的飽和水焓,kj/kg
i1:熱水鍋爐進水焓,kj/kg                                            i2:熱水鍋爐出水焓,kj/kg

由公式(3)、(4)可得:B=QGL/(η·Qr)(5)

2、理論空氣量的計算 
       理論空氣量的計算可以在已知燃料元素分析的基礎上通過各可燃元素化學反應方程式得出。由于燃煤鍋爐所用煤種差別很大,用戶一般沒有煤種的特性數據,應用燃燒化學反應方程式計算理論空氣量不方便。我國北方廣大地區用戶多用煙煤,根據資料《鍋爐房實用設計手冊》,燃用煙煤理論空氣量有以下經驗公式:

  1. 對于揮發份大于15%的煙煤:
V0=1.05×0.238(Qydw/1000)+0.278(6)
V0:理論空氣量,m3/kg                                             Qydw:煤的應用基低位發熱量,kj/kg
  1. 對于劣質煙煤:
V0=0.238×[(Qydw+450)/990](7)
從公式(6)、(7)可看出,V0與Qydw之間為線性函數關系,為了應用更加方便,在進行大量校核計算后,將上述兩公式歸納為:
V0=2.63×10-4Qydw(8)
實際應用中,公式(8)對AⅡ、AⅢ類煤種(熱值18000-22000kj/kg)的適應性很好,誤差<1%。

排煙處理論煙氣量G與理論空氣量V0與的關系式為:

G=B·(α+β)·V0(9)
G:排煙處理論煙氣量,m3/h                                        α:排煙處過量空氣系數
β:燃料特性系數,對于煙煤β=0.1

3、熱效率簡單計算公式的導出
將公式(5)、(8)代入公式(9)并整理得:
η=[2.63×10-4·(α+β)/G]QGL(10)
 
燃煤鍋爐排煙過量空氣系數α多在2左右,β占α的5%,將上式中(α+β)項化為α+β=n·α形式(其中n=1.05)并代入公式(10)進一步簡化得:
η=[2.25×10-4·α/G]QGL(11)
理論煙氣量G與實測煙氣量GC存在如下關系:
G=273GC/(θpy+273)(12)
GC:實測煙氣量,m3/h                                                    θpy:排煙溫度,℃

將公式(12)代入公式(11)整理最終得出鍋爐運行效率簡單計算公式為:η=[8.25×10-7α·(θpy+273)/GC]QGL(13)

公式(13)中α、θpy、GC為測量量,QGL可按蒸汽鍋爐和熱水鍋爐測量鍋爐給水量、工作壓力、供回水溫度等數據后計算可得。

二、應用分析
1、簡單計算公式推導過程中依據低壓燃煤鍋爐的運行參數特性,其適用范圍以運行壓力不超過1.6MPa為宜。
2、簡單鍋爐熱效率計算公式是在綜合鍋爐正、反惹平衡基礎上推導出的,鍋爐熱效率測試通常按正平衡法進行并按下式計算:
η=[QGL/(B·Qydw)]×100
與之相比簡單鍋爐熱效率計算公式中不含B、Qydw項,減少了耗煤量不易準確測定及缺少燃料特性數據的影響。
3、簡單鍋爐熱效率計算公式中,鍋爐的出力的測定,可根據用戶的實際情況采用流量計、水箱法等測量。
4、煙氣總量的測定為了減少誤差,應適當增加斷面測點并增加測試頻率,取多次測量結果的算術平均值。
5、過量空氣系數的測定應采用煙氣分析儀并按下式計算:
α=21/(21-O2)
O2:排煙處煙氣含氧量,%

三、結論
       燃煤鍋爐實際運行中受燃料特性、燃燒工況、鍋爐負荷、運行壓力、過量空氣系數、司爐工操作水平等諸多因素影響較大,鍋爐的運行效率熱效率往往較低而用戶又不了解情況,造成能源的極大浪費。筆者綜合了燃煤鍋爐的特點和實際運行情況,通過計算分析給出了運行熱效率的簡單計算公式,對監管部門及用戶進行鍋爐的運行測試和技改評估具有一定的參考價值。
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