過量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐的重要性

(雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司節(jié)能環(huán)保部，黑龍江 雞西 158100)

0 引 言

GWPB3-1999《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB5468-9鍋爐煙塵測(cè)試方法》均提出了過量空氣系數(shù)的換算值及其計(jì)算方法。過量空氣系數(shù)與鍋爐煙塵排放濃度有什么關(guān)系?為什么進(jìn)行鍋爐煙塵排放濃度測(cè)試要計(jì)算過量空氣系數(shù)呢?

1 理論空氣量的計(jì)算

過量空氣系數(shù)(亦稱過?？諝庀禂?shù))用符號(hào)“α”表示,是實(shí)際空氣量和理論空氣量的比值。燃料的燃燒過程,實(shí)際上就是燃料中可燃元素與空氣中氧氣發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)的過程。每千克燃料完全燃燒所需要的空氣量(即按理論計(jì)算的空氣量)稱為理論空氣量。這時(shí),空氣中的氧全部和燃料中的可燃元素化合。理論空氣量可按下列公式計(jì)算：

V0=0.0889(CY+0.375SY)+0.265HY-0.0333OY

式中，V0為理論空氣量；CY為燃料應(yīng)用基含碳量；SY為燃料應(yīng)用基含硫量；HY為燃料應(yīng)用基含氫量；0Y為燃料應(yīng)用基含氧量。

在缺乏燃料元素分析資料的情況下按下列經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算理論空氣量：

對(duì)于可燃基揮發(fā)份>15%的煙煤：

V0=1.05×QYDW/1000+0.278

式中，QY DW為應(yīng)用基低位發(fā)熱量。

對(duì)于可燃基揮發(fā)份<15%的貧煤、無煙煤:

V0=(QYDW+600)/990

對(duì)于劣質(zhì)煤QY DW=12560kJ/kg),V0=(QY DW +450)/990

對(duì)于重油V0=0.850 QY DW /1000+2.0

但是,鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中,由于燃燒設(shè)備不夠完善,燃料和空氣在爐膛中不可能接觸和混合到理想的程度,如只按理論空氣量供給空氣,就不能使燃料完全燃燒。因此,為了保證燃料的完全燃料,必須要比理論空氣量多供一些空氣(即過量空氣量)。理論空氣量加上過量空氣量就是燃燒所需的實(shí)際空氣量。

2 煙塵排放濃度的計(jì)算

過量空氣系數(shù)是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要特征之一,其值的大小說明了燃燒設(shè)備和鍋爐運(yùn)行的完善程度、過量空氣系數(shù)的大小與燃燒設(shè)備的型式和結(jié)構(gòu)、燃料的種類和性質(zhì)、鍋爐負(fù)荷的大小以及配風(fēng)工況等有關(guān)。過量空氣系數(shù)太小,燃燒不完全,化學(xué)不完全燃燒熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失增加。過量空氣系數(shù)太大,則不參與燃燒反應(yīng)的冷空氣大量送人爐膛,使?fàn)t膛溫度下降,影響燃燒。并且這部分過量的空氣還要增溫吸熱,隨煙氣排走大量熱量,同時(shí)也增加了引風(fēng)機(jī)的排煙量,而增大耗電量。鍋爐熱效率最高時(shí)的過量空氣系數(shù)為最佳過量空氣系數(shù)。因此,合理的過量空氣系數(shù)應(yīng)該是保證燃料完全燃燒而又使各項(xiàng)熱損失達(dá)到最小的最低值[1]。

由于每臺(tái)鍋爐運(yùn)行中的過量空氣系數(shù)差異很大,故GWPB3-1999《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》所制訂的煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn),將燃煤鍋爐的煙塵、二氧化硫排放濃度的過量空氣系數(shù)統(tǒng)一選值為α=1.8。

煙塵排放濃度按下列公式換算：

C=C′×α′/α

式中，C為換算規(guī)定過量空氣系數(shù)的煙塵排放濃度；C′為實(shí)測(cè)煙塵排放濃度；α′為在排放濃度測(cè)點(diǎn)的過量空氣系數(shù)；α為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的過量空氣系數(shù)。

3 過量空氣系數(shù)與鍋爐熱損失的研究

從鍋爐的熱損失來分析，鍋爐的排煙損失(q2)、煙氣中剩余可燃?xì)怏w(CO/H2/CH4)所引起的化學(xué)不完全燃燒熱損失(q3)及未燃盡碳粒所引起的機(jī)械不完全燃燒熱損失(q4)是隨著過量空氣系數(shù)值的變化而變化的。爐膛出口過量空氣系數(shù)q2、q3、q4有直接影響，如圖1所示。當(dāng)過量空氣系數(shù)增加時(shí)，空氣的數(shù)量就會(huì)增多，那么燃料就會(huì)有更多的機(jī)會(huì)遇到空氣，使化學(xué)不完全燃燒熱損失(q3)及未燃盡碳粒所引起的機(jī)械不完全燃燒熱損失(q4)減小，但同時(shí)排煙熱損失(q2)升高。

在熱平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)，存在于關(guān)于q2的經(jīng)驗(yàn)公式，由此可知排煙熱損失q2:

對(duì)于運(yùn)行中的鍋爐，通過對(duì)灰渣和飛灰重量及各可燃物的重量百分比，通常灰渣和飛灰中的可燃物被認(rèn)定為固定碳，取其發(fā)熱量為33 727 kl/kg，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，總的固體完全燃燒熱損失q4公式如下：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的爐膛出口飛灰含碳量Cfh與過量空氣系數(shù)α的數(shù)據(jù)，可做出Cfh與α的關(guān)系圖，如圖1所示。利用仿真軟件得到函數(shù)的關(guān)系為：

Cfh=16.7143α2-46.2271α+36.3229

圖1 Cfh與阿爾法的關(guān)系曲線圖

由圖可知，q4隨過量空氣系數(shù)α先減少，等減少到最低值時(shí)開始增加。

圖2 過量空氣系數(shù)與熱損失的關(guān)系

3 鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的關(guān)系

3.1 散熱損失

爐體表面的散熱損失大小主要是由爐壁相對(duì)面積及外壁溫度決定，一般來說，鍋爐的散熱損失較小，根據(jù)鍋爐供熱量，可知散熱損失q5=1.7%。

3.2 灰渣物理熱損失

灰渣物理熱損失是由于鍋爐中排出的灰渣溫度一般在600～800 ℃以上而造成的熱損失。

通過查表和實(shí)際調(diào)查參數(shù)再結(jié)合上述公式可知，q6=0.235%。

3.3 氣體不完全燃燒熱損失計(jì)算

氣體不完全燃燒損失是由于部分一氧化碳、氫、甲烷等可燃?xì)怏w未完全燃燒就隨煙氣排出所造成的損失。氣體不完全燃燒損失的大小與爐子結(jié)構(gòu)、燃燒特性、燃燒過程的組織及運(yùn)行操作水平等因素有關(guān)。實(shí)際中煙氣中含氫氣、甲烷等氣體體積很小，所以可認(rèn)為不完全燃燒時(shí)煙氣中的可燃?xì)怏w只有一氧化碳，則煙氣中各組成氣體間的關(guān)系為：

21=RO2+O2+0.505CO+β(RO2+CO)

β表示燃料的特性系數(shù)，只與燃料的可燃成分有關(guān)，其計(jì)算公式為：

通過上述兩個(gè)公式可得煙氣中CO體積百分比含量的計(jì)算式：

3.4 鍋爐熱效率計(jì)算

利用反平衡法，建立鍋爐效率反平衡模型，得到鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的函數(shù)關(guān)系：

ηgl=f(α)=100-(q2+q3+q4+q5+q6)

以300 MW機(jī)組負(fù)荷為例，結(jié)合鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)可得：

ηgl=f(α)=-22.5807α2+58.562α+48.111749

其關(guān)系圖如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)過量空氣系數(shù)為1.3左右時(shí)，鍋爐的效率達(dá)到最大，此時(shí)過量空氣系數(shù)為最優(yōu)值。

4 結(jié)束語

通過對(duì)過量空氣系數(shù)的理論計(jì)算和軟件的方針檢驗(yàn)，使得理論計(jì)算出的結(jié)果具有一定的合理性。最佳空氣系數(shù)不僅對(duì)鍋爐的效率有著重大影響，還對(duì)節(jié)能降耗、減少排放污染有著決定性的意義。文中對(duì)最佳過量空氣系數(shù)的計(jì)算方法，可在生產(chǎn)時(shí)知道調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行所需的氧氣量、空氣量，進(jìn)而降低過量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐燃燒效率的負(fù)面影響。