循环流化床锅炉热效率提高探讨

循环流化床锅炉热效率提高探讨

张浩

（国电赤峰化工有限公司024000）

摘要：随着大型循环流化床锅炉的大力发展，积累了较为丰富的设计、制度、运行、安装、调试和管理经验，但也暴露了一些问题，如：金属受热面的磨损和爆裂，耐火防磨层磨损和破裂，风帽的磨损和漏灰，冷渣器的堵塞和结渣，循环流化床锅炉热效率与煤粉锅炉相比较低，厂用电和故障率较高。本文分析了循环流化床锅炉热效率的理论知识，介绍了提高锅炉热效率的措施。

关键词：循环流化床;；锅炉热效率；热损失

近年来，锅炉厂执行引进技术和自主开发相结合的方针，提高了大型循环流化床锅炉的制造水平。该电厂的循环流化床锅炉型号为YG—75/5.25—M5,其主要参数为:蒸发量75t/h,主汽压力5.25MPa,主汽温度450℃,给水温度150℃,汽包压力5.82MPa,给煤量17.78t/h。该炉采用高温旋风分离器,炉膛为膜式水冷壁结构,过热器分高、低温两级,设计燃料发热量为12669kJ/kg。

一、锅炉机组的各项热损失

为使循环流化床锅炉的运行达到稳定、高效的目的,充分发挥循环流化床锅炉的优点,尚需对影响循环流化床锅炉效率的各项热损失进行深入的研究,下面先简单介绍一下各项热损失。锅炉的各项热损失是从锅炉的热平衡中求出。锅炉的热平衡是指在正常工作时,输入锅炉的热量与从锅炉输出热量之间的平衡。输出热量包括两部分:一部分是使水变成过热蒸汽所吸收的热量,通常称为有效利用热量;另一部分就是锅炉在生产过程中不可避免地要损失的热量。输入热量主要来源于燃料燃烧放出的热量。由于各种原因,进入炉内的燃料不可能完全燃烧,而且燃烧放出的热量不会全部被有效地利用,不可避免地要产生一部分热量损失。热平衡就表明了燃料的热量有多少被有效利用,有多少被损失,这些损失又表现在哪些方面。研究它的目的是为了找出引起热量损失的原因,提出减少损失的措施,有效地提高锅炉效率。在锅炉稳定的热力状态下,1kg燃料带入炉内的热量、锅炉有效利用热量和热损失间有如下关系:

Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6式中,Qr为1kg燃料带入炉内的热量,kJ/kg;Q1为锅炉有效利用热量,kJ/kg;Q2为排烟热损失,kJ/kg;Q3为化学未完全燃烧热损失,kJ/kg;Q4为机械未完全燃烧损失,kJ/kg;Q5为锅炉散热损失,kJ/kg;Q6为其他热损失,kJ/kg。将上式两边都除以输入热量Qr,则锅炉热平衡可用占输入热量的百分比来表示:100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6，锅炉的效率即为:η=q1=100%-(q2+q3+q4+q5+q6)。

1、输入热量Qr。输入热量中最主要的是燃料的燃烧热，由于锅炉排烟的温度都不低于110℃～120℃,烟气中的水蒸气不可能凝结,因而锅炉中所能利用的只是燃料的低位发热量QDy。

2、机械未完全燃烧热损失Q4。机械未完全燃烧热损失是指部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。这些未燃尽的颗粒可能随灰渣从炉膛中被排除掉,或以飞灰形式随烟气一起逸出。对于运行的锅炉,通常采用灰平衡法来求Q4。灰平衡是指入炉煤的含灰量应该等于燃烧后飞灰灰渣之和。q4=32700Ay/QDy[afhCfh/(100%-Cfh)+aLZCLZ/(100%-CLZ)]×100%式中,Ay为灰分的应用基质量分数;afh,aLZ分别为飞灰系数;Cfh,CLZ分别为飞灰和排渣中的可燃物含量。通常认为飞灰和灰渣中残留的可燃物为纯碳,取其发热量为32700kJ/kg。

二、锅炉热效率计算

下面以厂YG—75/5.25—M5型循环流化床锅炉为例,先计算锅炉热效率。

初始参数如下:烟气中氧的体积分数为9%,排烟温度t=120℃～130℃,低位发热量Q=15000kJ/kg左右,灰分Ay=45%,飞灰可燃物8%,炉渣可燃物3.5%,灰渣比为6∶4,锅炉运行负荷Dgq=65t/h,主汽压力P=5.0MPa,主汽温度为t=440℃,给水温度tgs=150℃,排污率取1.52%。

由于锅炉在正常运行时,料层温度一般在1000℃左右,所以排渣温度也按1000℃计算。根据公式和查表得:q6=1.38%，在燃用以上初始条件的煤种和带上述负荷的情况下,各项热损失及锅炉热效率见表。

三、热损失偏差的原因分析

1、排烟热损失q2是锅炉机组热损失中最大的一项,一般为4%～8%。它与下列因素有关:第一,排烟温度越高,则q2越大。降低排烟温度虽可提高热效率,但锅炉尾部受热面的传热温差减小,需增加尾部受热面积,这不但增加了钢材耗量,同时也增大了系统阻力,使耗电量增大。所以,合理的排烟温度应根据排烟热损失和受热面金属消耗费用的技术经济比较来确定。第二,q2还与燃料性质有关。当燃用含硫量较高的煤时,为了减轻尾部受热面的低温腐蚀,不得不采用较高的排烟温度。第三,降低炉内过量空气系数,可以减小排烟容积,从而减少q2。但过量空气系数过低,又会使q3和q4增大。所以,合理的过量空气系数应选取q2,q3,q4之和为最小值。第四,运行中的漏风也会使q2增大,这是因为漏风不仅增大了排烟容积,同时也使漏风点处的烟气温度降低,从而使漏风点以后所有受热面的传热量都减少,而使排烟温度升高,并且漏风点越靠近炉膛,这个影响就越大。第五,锅炉运行中,当受热面结渣、积灰和结垢时,烟气与这部分受热面的传热量弱,锅炉的排烟温度也会升高,q2升高。

热损失及锅炉热效率

2、机械未完全燃烧热损失q4是燃煤锅炉主要热损失之一,仅次于排烟热损失。影响这项损失的主要因素有燃烧方式、燃料性质、过量空气系数、炉膛结构以及运行工况等。提高分离器效率,增加循环灰量和循环倍率,会降低这项热损失;其次,运行中一次风量太大、放渣间隔太短、放渣过量、过量空气系数减少,也使q4增大;再有入炉煤灰分高、粒度大同样也使q4增大。

四、提高锅炉热效率的措施

根据计算数据与设计数据的差异以及热损失偏差分析,对我厂锅炉,要降低各项热损失指标,提高锅炉热效率,建议采取以下措施:

(1)排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项,对我厂锅炉更是如此,因为它的实际数据超过了设计数据,但排烟温度为138℃,在设计范围内,所以排烟热损失大的主要原因是过量空气系数太大,即氧量或漏风系数大。在以后的生产运行中要适当地控制风量,减少漏风,及时处理漏风现象,减少排烟热损失。

(2)根据循环流化床锅炉的燃烧机理,一定要保证床内物料的充分流化。首先,要保证稳定的料层差压波动范围,根据入炉煤质的变化,及时放渣,避免料层差压上升过高;同时在料层差压下降到较低时,也要及时停止放渣。其次,要保证一次流化风量大于最小流化风量,并根据床温情况,适当加大。只有保证了床内物料的充分流化,才能避免发生床内局部结焦、床温偏差大和局部产生流化死区等不良现象,使入炉煤在炉膛得到充分燃烧,以此减少锅炉排渣中残余碳的质量含量Chz,降低机械不完全燃烧热损失。

(3)对锅炉放渣要足够重视。一方面,要保证可靠排渣,能够控制炉膛料层差压;另一方面,要控制放渣数量和时间,以此减少灰渣物理热损失。

参考文献：

[1]刘德昌，陈汉平．循环流化床锅炉运行及事故处理[M]．北京：中国电力出版社．2012．

[2]赵长遂．陈晓平，锻钰锋．提高CFB锅炉燃烧效率的技术措施[c]．CFB机组技术、设备改造及节能技术．2012．