鍋爐煙氣參數(shù)在負(fù)荷率及相關(guān)熱損失計(jì)算中的應(yīng)用

楊洪澤，王 鵬，游本虎

(烏魯木齊鐵路局節(jié)能環(huán)保監(jiān)測(cè)站，新疆 烏魯木齊 830011)

鍋爐煙氣中污染物排放量與鍋爐負(fù)荷密切相關(guān)[1]，同時(shí)鍋爐負(fù)荷、排煙熱損失(q2)、氣體未完全燃燒熱損失(q3)是鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理的重要數(shù)據(jù)[2－4]，而且文獻(xiàn)[1]規(guī)定應(yīng)在鍋爐運(yùn)行出力大于該鍋爐額定負(fù)荷70%的狀況下進(jìn)行鍋爐排放煙塵測(cè)試才有效。鍋爐負(fù)荷一般用流量孔板法、水表法、水箱法及耗煤量法等方法測(cè)算[5－6]，但在實(shí)際工作中很多鍋爐房不具備上述監(jiān)測(cè)條件，使得負(fù)荷測(cè)試無(wú)法進(jìn)行或偏差極大;排煙熱損失、氣體未完全燃燒熱損失的測(cè)算只有通過(guò)熱平衡測(cè)試，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本極高[7－8]。因此，提出一種簡(jiǎn)便易行、較為準(zhǔn)確的鍋爐出力及q2、q3的估算方法具有現(xiàn)實(shí)意義。本文采用燃煤理論空氣量的計(jì)算方法，結(jié)合環(huán)保監(jiān)測(cè)中煙氣測(cè)量參數(shù)，能夠簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的計(jì)算出燃料燃燒量、q2、q3、鍋爐負(fù)荷率，在滿足污染物排放監(jiān)測(cè)要求的同時(shí)為鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 基本原理

根據(jù)鍋爐排煙量，可以方便的計(jì)算出鍋爐內(nèi)完全燃燒的燃料量，也就是進(jìn)入鍋爐燃料總量減去灰渣未燃盡而損失的部分。實(shí)際上鍋爐負(fù)荷僅與參與燃燒的燃料量有關(guān)，我們關(guān)心固體未完全燃燒熱損失(q4)只是為了從總?cè)霠t燃料中將其扣除。因此如果我們計(jì)算了參與燃燒的燃料釋放出的熱量與鍋爐額定出力之間的比值，就可以根據(jù)鍋爐參數(shù)，按照文獻(xiàn)[9]估算鍋爐排煙熱損失、氣體未完全燃燒熱損失、負(fù)荷率。

1.1 排煙熱損失q2

排煙熱損失是鍋爐排出的煙氣焓高于進(jìn)入鍋爐的空氣焓而造成的熱損失，包括干煙氣帶走的熱量和煙氣中水蒸氣帶走的熱量，此項(xiàng)損失與煙氣流量、排煙溫度直接相關(guān)。

式中 Vgy——干煙氣量/m3(標(biāo)干)·kg－1;

Cgy——排煙干煙氣平均定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1，Cgy=(RO'2CRO2+N'2CN2+ O'2CO2)/100;

RO'2、N'2、O'2——排煙干煙氣中 RO2、N2、O2的體積分?jǐn)?shù)[%];

CRO2、CN2、CO2——RO2、N2、O2定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1;

tpy——排煙溫度/℃;

VH2O——水蒸氣體積/m3(標(biāo))·kg－1;

CH2O——水定壓比熱容/kJ·m－3·℃－3;

α——過(guò)量空氣系數(shù);

Vok——燃料燃燒的理論空氣量/m3(標(biāo))·kg－1;

(Ct)Lk——入爐冷空氣定壓比熱容/kJ·m－3·℃－1;

tLk——入爐冷空氣溫度/℃;

Qnet，v，ar——燃 料 收 到 基 低 位 發(fā) 熱 量/kJ·kg－1。

為了便于在現(xiàn)場(chǎng)快速估算q2值，設(shè)計(jì)了q2系數(shù)表(見(jiàn)表1)。

表1 過(guò)量空氣系數(shù)α、煙溫—q2系數(shù)表

1.2 氣體未完全燃燒熱損失q3

氣體未完全燃燒熱損失指排煙中殘留的可燃?xì)怏w成分CO、H2、CmHn等未放出燃燒熱而造成的熱量損失占鍋爐輸入熱量的百分率，計(jì)算公式為

q3=(126.36CO'+107.98H'2+358.18CmH'n)

CO'、H'2、CmH'n——排煙干煙氣中 CO、H2、CmHn的體積分?jǐn)?shù)/[%]。

為了便于在現(xiàn)場(chǎng)快速估算q3值，設(shè)計(jì)了q3系數(shù)表(見(jiàn)表2)。

表2 過(guò)量空氣系數(shù)、CO'—q3系數(shù)表

1.3 鍋爐負(fù)荷率

實(shí)際上鍋爐負(fù)荷與參與燃燒的燃料量有關(guān)，因此如果我們計(jì)算了參與燃燒的燃料釋放出的熱量與鍋爐額定出力之間的比值，則可以根據(jù)《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T10180－2003)計(jì)算熱效率的方法確定鍋爐的負(fù)荷率。

理論空氣量是理論上燃燒1 kg燃料所需的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干空氣量，由于各種燃料相對(duì)于發(fā)熱量為4 186 kJ所需的空氣量基本上是固定的，因而知道燃料發(fā)熱量就可以方便而準(zhǔn)確的計(jì)算出理論煙氣量，然后根據(jù)實(shí)際煙氣量計(jì)算有效燃煤量及發(fā)熱量。如煙煤(灰分＞15%)經(jīng)驗(yàn)公式如下[10]。

Vy——實(shí)際煙氣量/m3(標(biāo))·kg－1。

鍋爐燃料燃燒釋放出的熱量為 Qnet，v，arQ'N/Vy，既扣除q4后的參與燃燒的燃料放出的熱量，則存在下式

K'=(Qnet，v，arQ'N/Vy)/(鍋爐額定功率 × 3600)

K'——燃料燃燒放出的熱量占鍋爐額定出力的比例;

Q'N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣流量/m3(標(biāo)干)·h－1。

為了便于在現(xiàn)場(chǎng)快速估算K'值，設(shè)計(jì)了K'系數(shù)表(見(jiàn)表3)。

表 3 過(guò)量空氣系數(shù)、Qnet，v，ar － K'系數(shù)表

鍋爐負(fù)荷率K可按下式計(jì)算:

q'2、q'3:計(jì)算公式同 q2、q3，計(jì)算時(shí)以 K'代替100－q4

正常情況下，鍋爐散熱損失q5是一項(xiàng)較小的熱損失，可按表4確定這項(xiàng)損失[9]。

表4 鍋爐散熱損失

鍋爐灰渣物理熱損失(q6)指爐渣和漏煤排出鍋爐時(shí)所帶出的熱量占鍋爐輸入熱量的百分率，一般在0.5%左右，且變化不大，本文按0.5%計(jì)算。

2 實(shí)例

烏西車(chē)輛段DHL20－1.25－AII型鍋爐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù):煙氣流量24 926 m3(標(biāo)干)/h，煙溫:162℃，冷空氣溫度:18℃，O':10.9%(α:2.06)，CO:487 ppm，H2:47 ppm，CmHn:64 ppm，CO2:9.09%。

按上述公式計(jì)算 q2=9.6%，q3=0.5%，K=82%。

簡(jiǎn)易查表法:按 α =2.1、Qnet，v，ar=25 000 kJ/kg查表3 并計(jì)算:K'=700 ×1.3437/10=94.1(%)，按α =2.1、tpy=160℃查表1并計(jì)算:q2=0.114×85=9.7(%)，q'2=0.114 × 94.1=10.7(%);按 α =2.1、CO'=0.05查表2并計(jì)算:q3=0.6×85/100=0.5(%)，q'3=0.6 ×94.1/100=0.6(%);計(jì)算 K=K'－q'2－ q'3－ q5－ q6=94.1－10.7 －0.6 －1.7 －0.5=80.6(%)。

數(shù)據(jù)表明:排煙損失熱量(q2∶9.6%)數(shù)值偏大，原因?yàn)榕艧煖囟容^高，應(yīng)檢查鍋爐尾部受熱面及省煤器狀況，加強(qiáng)鍋爐吹灰。氣體未完全燃燒熱損失熱量(q3∶0.5%;燃煤的層燃爐 q3一般在 0.3% ～1.0%之間)在正常范圍之內(nèi)，鍋爐負(fù)荷率:80.6%，在正常范圍之內(nèi)。

應(yīng)用煙氣參數(shù)確定鍋爐負(fù)荷與流量孔板法等方法的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表5，公式計(jì)算負(fù)荷率與實(shí)測(cè)方法測(cè)試的負(fù)荷率相比較其相對(duì)誤差在－2.4% ～4.2%之間，查表估算負(fù)荷率與實(shí)測(cè)方法測(cè)試的負(fù)荷率相比較其相對(duì)誤差在－5.1% ～3.1%之間。

表5 應(yīng)用煙氣參數(shù)確定鍋爐負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)方法數(shù)據(jù)表(%)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)K、q2、q3的公式計(jì)算與查表計(jì)算結(jié)果相差在3%以內(nèi)，因此推薦使用查表法。

在計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)K'＞100，僅表示有效燃料釋放出的能量大于鍋爐額定出力。

可以通過(guò)爐渣含炭量的測(cè)試準(zhǔn)確的計(jì)算q4，同時(shí)計(jì)算鍋爐熱效率。

方法產(chǎn)生的誤差主要來(lái)源于煙氣流量和煙氣含氧量測(cè)試的準(zhǔn)確性，為了保證準(zhǔn)確測(cè)量煙氣流量，要求嚴(yán)格按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求選取測(cè)試斷面，需要時(shí)可加密測(cè)點(diǎn);對(duì)煙氣含氧量應(yīng)多次測(cè)試，取其平均值，以使計(jì)算結(jié)果更客觀實(shí)際。

在鍋爐煙氣污染物測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)用煙氣參數(shù)通過(guò)計(jì)算或查表估算鍋爐的負(fù)荷率，公式計(jì)算值、查表估算值與實(shí)測(cè)值具有較好的一致性，公式計(jì)算負(fù)荷率的相對(duì)誤差為－2.4% ～4.2%。查表估算負(fù)荷率的負(fù)荷率相比較其相對(duì)誤差為－5.1% ～3.1%，方法簡(jiǎn)便、實(shí)用。本文僅應(yīng)用于燃燒煙煤的鍋爐負(fù)荷率、q2、q3估算，如使用其它燃料，可參照本文推導(dǎo)公式和制定表格。

[1]GB5468－1991，鍋爐煙塵測(cè)試方法[S].

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[9]GB/T10180－2003，工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程[S].

[10]天津市鍋爐壓力容器學(xué)會(huì)，機(jī)械工業(yè)沈陽(yáng)教材編委會(huì).工業(yè)鍋爐技術(shù)管理手冊(cè)[M].沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社，1987:156－181，850－919.