燃煤工业锅炉运行热效率的简便计算


作者/来源:http://www.sxlantian.com 发表时间:2012-12-18 16:36

       工业锅炉中多为燃煤锅炉,约占68%,且2吨(1.4Mw)以下的锅炉占燃煤锅炉总量的70%左右,这些锅炉热效率普遍低下,造成严重的烟尘大气污染和煤炭浪费。为了保护环境,实现可持续发展,应加强对燃煤锅炉运行的监测和环保治理力度。提高锅炉运行热效率,降低污染物排放成为燃煤锅炉技改的重要课题。作为关键的技术经济指标,运行热效率的测试与计算显得尤为重要,本文就此展开分析和研究。

一、锅炉运行热效率简单计算公式的推导

1、锅炉燃料消耗量的计算
锅炉运行时,燃料送入锅炉的热量与锅炉有效利用热量及各项热损失的和相等,即我们所说的热平衡:
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6(1)
Qr:燃料送入锅炉的热量(一般就是燃料应用基低位发热量,即Qr=Qydw),kj/kg
Q1:锅炉有效利用热量,kj/kg                                 Q2:排烟带走的热量
Q3:气体不完全燃烧损失的热量,kj/kg                   Q4:固体不完全燃烧损失的热量,kj/kg
Q5:锅炉向周围空气散失的热量,kj/kg                   Q6:燃料中灰渣带走的热量,kj/kg

将公式(1)两边分别除以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:锅炉有效利用热量占燃料带入锅炉热量的百分数,即热效率η,%
q2:排烟热损失,%                                                 q3:气体不完全燃烧热损失,%
q4:固体不完全燃烧热损失,%                                  q5:锅炉散热损失,%
q6:其它热损失,%

锅炉有效利用热量一方面:Q1=η×Qr(3)
另一方面:Q1=QGL/B(4)

B:锅炉每小时燃料消耗量,kg/h                              QGL:锅炉每小时有效吸收热量,kj/h
蒸汽锅炉QGL=D(iq-igs)×103+DPS(ips-igs)×103
                                                                                                               热水锅炉QGL=G(i2-i1)×103
D:锅炉蒸发量,t/h                                                      iq:蒸汽焓,kj/kg                                            igs:锅炉给水焓,kj/kg
DPS:锅炉排污水量,t/h                                              G:热水锅炉每小时加水量,t/h
ips:锅炉排污水焓,即锅炉工作压力下的饱和水焓,kj/kg
i1:热水锅炉进水焓,kj/kg                                            i2:热水锅炉出水焓,kj/kg

由公式(3)、(4)可得:B=QGL/(η·Qr)(5)

2、理论空气量的计算 
       理论空气量的计算可以在已知燃料元素分析的基础上通过各可燃元素化学反应方程式得出。由于燃煤锅炉所用煤种差别很大,用户一般没有煤种的特性数据,应用燃烧化学反应方程式计算理论空气量不方便。我国北方广大地区用户多用烟煤,根据资料《锅炉房实用设计手册》,燃用烟煤理论空气量有以下经验公式:

  1. 对于挥发份大于15%的烟煤:
V0=1.05×0.238(Qydw/1000)+0.278(6)
V0:理论空气量,m3/kg                                             Qydw:煤的应用基低位发热量,kj/kg
  1. 对于劣质烟煤:
V0=0.238×[(Qydw+450)/990](7)
从公式(6)、(7)可看出,V0与Qydw之间为线性函数关系,为了应用更加方便,在进行大量校核计算后,将上述两公式归纳为:
V0=2.63×10-4Qydw(8)
实际应用中,公式(8)对AⅡ、AⅢ类煤种(热值18000-22000kj/kg)的适应性很好,误差<1%。

排烟处理论烟气量G与理论空气量V0与的关系式为:

G=B·(α+β)·V0(9)
G:排烟处理论烟气量,m3/h                                        α:排烟处过量空气系数
β:燃料特性系数,对于烟煤β=0.1

3、热效率简单计算公式的导出
将公式(5)、(8)代入公式(9)并整理得:
η=[2.63×10-4·(α+β)/G]QGL(10)
 
燃煤锅炉排烟过量空气系数α多在2左右,β占α的5%,将上式中(α+β)项化为α+β=n·α形式(其中n=1.05)并代入公式(10)进一步简化得:
η=[2.25×10-4·α/G]QGL(11)
理论烟气量G与实测烟气量GC存在如下关系:
G=273GC/(θpy+273)(12)
GC:实测烟气量,m3/h                                                    θpy:排烟温度,℃

将公式(12)代入公式(11)整理最终得出锅炉运行效率简单计算公式为:η=[8.25×10-7α·(θpy+273)/GC]QGL(13)

公式(13)中α、θpy、GC为测量量,QGL可按蒸汽锅炉和热水锅炉测量锅炉给水量、工作压力、供回水温度等数据后计算可得。

二、应用分析
1、简单计算公式推导过程中依据低压燃煤锅炉的运行参数特性,其适用范围以运行压力不超过1.6MPa为宜。
2、简单锅炉热效率计算公式是在综合锅炉正、反惹平衡基础上推导出的,锅炉热效率测试通常按正平衡法进行并按下式计算:
η=[QGL/(B·Qydw)]×100
与之相比简单锅炉热效率计算公式中不含B、Qydw项,减少了耗煤量不易准确测定及缺少燃料特性数据的影响。
3、简单锅炉热效率计算公式中,锅炉的出力的测定,可根据用户的实际情况采用流量计、水箱法等测量。
4、烟气总量的测定为了减少误差,应适当增加断面测点并增加测试频率,取多次测量结果的算术平均值。
5、过量空气系数的测定应采用烟气分析仪并按下式计算:
α=21/(21-O2)
O2:排烟处烟气含氧量,%

三、结论
       燃煤锅炉实际运行中受燃料特性、燃烧工况、锅炉负荷、运行压力、过量空气系数、司炉工操作水平等诸多因素影响较大,锅炉的运行效率热效率往往较低而用户又不了解情况,造成能源的极大浪费。笔者综合了燃煤锅炉的特点和实际运行情况,通过计算分析给出了运行热效率的简单计算公式,对监管部门及用户进行锅炉的运行测试和技改评估具有一定的参考价值。
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