電站鍋爐效率的影響因素和提高途徑-課件

1、電站鍋爐效率的影響因素和提高途徑O 引言世界范圍內(nèi)對(duì)能源需求的增長(zhǎng)致使核能、水能、太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源得到了極大限度地應(yīng)用，而傳統(tǒng)的能源煤炭，在能源消耗結(jié)構(gòu)中仍占很大的應(yīng)用份額而且在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)這種趨勢(shì)不會(huì)有大的改變。近年來(lái)火電技術(shù)得到快速開(kāi)展，并隨著節(jié)能減排工作的縱深開(kāi)展，保證機(jī)組效率、減少排放，愈來(lái)愈成為各發(fā)電企業(yè)的首要任務(wù)。節(jié)能減排對(duì)機(jī)組的要求是以大代小和優(yōu)化運(yùn)行，提高機(jī)組效率。本文著重就影響鍋爐效率的因素進(jìn)行分析，以找出解決方法，提高鍋爐效率，到達(dá)節(jié)能增效的目的。1 影響鍋爐效率的因素11 鍋爐效率對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響發(fā)電企業(yè)將燃料的熱能轉(zhuǎn)換為電能時(shí)，總有些數(shù)量不等、原因不同的損

2、失，如鍋爐損失、管道損失、冷源損失、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)損失、機(jī)械損失等，使燃料的化學(xué)熱能只有一小局部轉(zhuǎn)化為電能。機(jī)組供電煤耗是評(píng)價(jià)發(fā)電企業(yè)能耗的一個(gè)主要指標(biāo)。機(jī)組供電煤耗(率)b是指機(jī)組每向外供出1 kW·h電能平均耗用的標(biāo)準(zhǔn)煤，其計(jì)算公式為：b=：b為供電煤耗率，kg(kW·h)；為鍋爐效率；為管道效率，一般=098099；為汽輪機(jī)效率(汽輪機(jī)絕對(duì)電效率，現(xiàn)代機(jī)組僅為044046)，e為發(fā)電煤耗率。鍋爐效率提高l，機(jī)組供電煤耗降低34 g(kW·h)，全國(guó)年可節(jié)約燃煤1 000多萬(wàn)噸同時(shí)可大大減少、NO 排放。12 鍋爐效率的影響因素根據(jù)鍋爐熱平衡理論，按照GB 1

3、0184-1988?電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程?中的規(guī)定，利用反平衡方法計(jì)算鍋爐效率的公式為：=l00- (2)式中：為鍋爐效率，；：為排煙熱損失，；為化學(xué)不完全燃燒熱損失，；為機(jī)械不完全燃燒熱損失，；為散熱損失，；為灰渣物理熱損失。分析式(2)可知，影響鍋爐效率的因素有：、 、 。其中，主要與鍋爐散熱外表積的大小、水冷壁的敷設(shè)情況、管道的保溫以及周圍環(huán)境有關(guān)；主要指灰渣帶走的物理熱損失和冷卻熱損失，決定于燃料的灰分、燃料的發(fā)熱量和排渣方式等，這兩項(xiàng)損失在鍋爐機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中不能控制調(diào)整。(在實(shí)際鍋爐效率計(jì)算中常忽略灰渣的物理顯熱損失，但近年投產(chǎn)運(yùn)行的中大型機(jī)組采用干式除渣，到達(dá)了節(jié)水、節(jié)能和灰渣的

4、綜合利用)，同時(shí)在計(jì)算過(guò)程中常常忽略氣體未完全燃燒熱損失，因此有效地減少和，是提高鍋爐效率的關(guān)鍵。2 影響鍋爐效率主要因素分析在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，影響效率的主要因素是鍋爐的排煙溫度和飛灰含碳量，是由于排煙溫度高于環(huán)境溫度造成的熱損失，見(jiàn)公式(3)。在鍋爐的各項(xiàng)熱損失中，是最大的一項(xiàng)，一般為4一8。排煙溫度每升高1O ，鍋爐效率降低05左右；飛灰含碳量增加1，影響鍋爐效率04左右。 3 4 式中：為排煙帶走的熱量，kJkg；為干煙氣帶走的熱量，kJkg；為煙氣所含水蒸氣的顯熱，kJkg；為輸入熱量，kJkg。干煙氣帶走的熱量： (5)式中：為排煙溫度，；為干煙氣從至的平均定壓比熱，kJ(·

5、;K)。 (6)式中：為水蒸氣從至的平均定壓比熱，kJ(·K)；為煙氣中所含水蒸氣容積，。 影響的主要因素 鍋爐燃用煤種燃煤的成分直接影響煙氣量和煙氣特性，燃煤中的灰分和水分增加以及低位發(fā)熱量降低，均使排煙溫度升高，其中主要因素是水分和發(fā)熱量。水分增加發(fā)熱量降低，煙氣量和煙氣比熱增加，煙氣在對(duì)流區(qū)中的溫降減小，導(dǎo)致排煙溫度升高。燃煤應(yīng)用基水分和低位發(fā)熱量對(duì)排煙溫度的綜合影響可用折算水分(4187 )來(lái)衡量。計(jì)算說(shuō)明，排煙溫度與折算水分近似成線性關(guān)系。當(dāng)增加時(shí)，意味著 減少而增加，這將使燃煤量、煙氣量增加，使煙氣在對(duì)流區(qū)中的溫降減少，最終使排煙溫度升高，每增加01，排煙溫度降低約0.6

6、。當(dāng)鍋爐煤質(zhì)變差時(shí)，著火推遲，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，排煙溫度升高。 爐膛和制粉系統(tǒng)漏風(fēng)量鍋爐設(shè)備的通風(fēng)形式一般為平衡通風(fēng)方式，爐膛和煙道系統(tǒng)均處于負(fù)壓狀態(tài)。采用這種運(yùn)行方式的鍋爐,爐膛和對(duì)流煙道的嚴(yán)密性對(duì)鍋爐的排煙溫度有很大影響，冷空氣的漏入使過(guò)量空氣系數(shù)增加，其結(jié)果使排煙量和排煙溫度均增加，冷空氣的漏風(fēng)點(diǎn)越靠近爐膛影響越大。爐膛中的漏風(fēng)會(huì)降低爐內(nèi)的燃燒溫度，增加了煙氣流量；對(duì)流煙道的漏風(fēng)使得該點(diǎn)的煙氣溫度下降，使后部受熱面的傳熱相對(duì)減少；而運(yùn)行中，一般保持空氣預(yù)熱器前的空氣過(guò)量系數(shù)為設(shè)計(jì)值，這樣空氣預(yù)熱器前的漏風(fēng)必定會(huì)使通過(guò)預(yù)熱器的空氣量減少，導(dǎo)致排煙溫度升高。采用負(fù)壓中間倉(cāng)儲(chǔ)式制

7、粉系統(tǒng)的鍋爐在運(yùn)行中，磨煤機(jī)入口至排粉機(jī)入口、管道和粗細(xì)別離器處于負(fù)壓狀態(tài)。在此區(qū)域內(nèi)各元件的連接處或孔門(mén)處不嚴(yán)密，冷空氣會(huì)漏入制粉系統(tǒng)，使燃燒器的配風(fēng)比例發(fā)生變化，降低爐膛溫度，經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器的空氣量和煙氣量比例發(fā)生變化，導(dǎo)致排煙溫度升高。鍋爐運(yùn)行中上述變化主要是旁通風(fēng)率變化引起的。鍋爐旁通風(fēng)指制粉系統(tǒng)摻、漏風(fēng)(對(duì)于正壓直吹式制粉系統(tǒng)，密封風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)相當(dāng)于負(fù)壓系統(tǒng)的漏風(fēng))和爐底、爐膛漏風(fēng)。由于漏風(fēng)與制粉系統(tǒng)摻入的冷風(fēng)不經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器直接進(jìn)入爐膛，在爐膛過(guò)量空氣系數(shù)一定的情況下，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器內(nèi)空氣流速降低，傳熱系數(shù)和傳熱量降低，同時(shí)空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度升高(傳熱面積不變)，使傳熱溫壓降低

8、，減少了傳熱量，并導(dǎo)致排煙溫度進(jìn)一步升高。當(dāng)開(kāi)大熱風(fēng)門(mén)使磨煤機(jī)出口溫度升高時(shí)，流經(jīng)空氣預(yù)熱器的風(fēng)量增加，排煙溫度降低。通常磨煤機(jī)出口溫度每升高15，排煙溫度降低45。另外，鍋爐旁通風(fēng)量對(duì)鍋爐排煙溫度的影響與運(yùn)行中鍋爐出口的過(guò)量空氣系數(shù)有一定關(guān)系。爐膛出口氧量即過(guò)量空氣系數(shù)為： (7)式中：為預(yù)熱器出口過(guò)量空氣系數(shù)； 為旁通風(fēng)系數(shù)，；為爐膛漏風(fēng)系數(shù)； 為爐底漏風(fēng)系數(shù)；為制粉系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)；為制粉系統(tǒng)摻入冷風(fēng)系數(shù)。由式(7)可以看出，當(dāng)爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)一定時(shí)，旁通風(fēng)系數(shù)增加，預(yù)熱器出口過(guò)量空氣系數(shù)減少，即通過(guò)預(yù)熱器的風(fēng)量減少，預(yù)熱器傳熱系數(shù)降低，同時(shí)預(yù)熱器的通風(fēng)量降低，預(yù)熱器的出口風(fēng)溫上升，使預(yù)

9、熱器的傳熱溫壓下降，傳熱系數(shù)和溫壓降低導(dǎo)致預(yù)熱器吸熱量減少，最終使排煙溫度升高。煙道漏風(fēng)使排煙溫度升高的原因在于：空氣預(yù)熱器以前的煙道漏風(fēng)將使煙溫下降、傳熱溫壓降低，使受熱面的吸熱量下降，最終使排煙溫度升高。計(jì)算說(shuō)明，漏入(摻入)爐膛與制粉系統(tǒng)總的冷風(fēng)系數(shù)與排煙溫度近似成線性關(guān)系，漏入(摻入)的冷風(fēng)系數(shù)每增，排煙溫度升高1.33。 鍋爐給水溫度和冷風(fēng)溫度在同樣的前提下，鍋爐給水溫度增加，使?fàn)t膛中的凈熱輸入量下降，煙氣質(zhì)量流量下降，過(guò)熱器、再熱器吸熱量降低，各級(jí)受熱面出口煙氣溫度上升。給水溫度增加導(dǎo)致省煤器傳熱溫壓下降，使得預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度上升，導(dǎo)致排煙溫度升高。給水溫度的變化將影響省煤器進(jìn)出

10、口的端差，進(jìn)而影響傳熱溫壓，使省煤器的傳熱量發(fā)生變化，造成煙溫變化。給水溫度對(duì)排煙溫度的影響可用式(8)計(jì)算，給水溫度升高1，排煙溫度升高約。 (8)式中：為換算到設(shè)計(jì)給水溫度時(shí)的排煙溫度，；為實(shí)測(cè)排煙溫度， ；、分別為省煤器進(jìn)、出口煙氣實(shí)測(cè)溫度(雙級(jí)交錯(cuò)布置時(shí)，為低溫級(jí)省煤器)，； 分別為空氣預(yù)熱器進(jìn)口實(shí)測(cè)煙氣和空氣溫度(雙級(jí)交錯(cuò)布置時(shí)，為低溫級(jí)空氣預(yù)熱器)， ；為實(shí)測(cè)給水溫度， ；為設(shè)計(jì)給水溫度，。給水溫度變化引起熱力系統(tǒng)抽汽量變化影響機(jī)組熱效率，給水溫度主要取決于機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行。但僅對(duì)鍋爐來(lái)講，給水溫度降低、排煙溫度降低，鍋爐效率提高。冷空氣溫度的變化明顯影響空氣預(yù)熱器的傳熱溫壓與傳熱

11、量。冷風(fēng)溫度對(duì)排煙溫度的影響可利用式(9)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，在040變動(dòng)范圍內(nèi)，冷空氣溫度每升高1，排煙溫度升高約055。冷風(fēng)溫度取決于環(huán)境溫度和暖風(fēng)器的投用狀況。冷風(fēng)溫度變化時(shí)，實(shí)際計(jì)算鍋爐效率時(shí)，隨著環(huán)境溫度的升高鍋爐效率是增加的。 9式中：為換算到保證進(jìn)口空氣時(shí)的排煙溫度，；為保證的進(jìn)口空氣溫度，；為實(shí)測(cè)基準(zhǔn)溫度，。 爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)增加有兩方面作用，一方面通過(guò)空預(yù)器的空氣量增加。從而增加空氣預(yù)熱器的傳熱量，降低排煙溫度；另一方面使流過(guò)半輻射及對(duì)流受熱面的煙氣量增加傳熱溫壓降低。導(dǎo)致排煙溫度上升。經(jīng)計(jì)算，爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)在正常范圍變動(dòng)對(duì)排煙溫度影響不明顯。過(guò)量空氣

12、系數(shù)每增加，排煙溫度約升高1。 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)增大通過(guò)空氣預(yù)熱器的平均空氣量和平均煙氣量(包括高溫?zé)煔夂吐┤说目諝?均增大，漏人煙氣中的空氣平均溫度較低，導(dǎo)致排煙溫度降低。計(jì)算說(shuō)明。該漏風(fēng)系數(shù)每增加，排煙溫度降低約1。但此工況鍋爐總的排煙損失和風(fēng)機(jī)電耗是增加的。 受熱面積灰鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣直接影響傳熱效率。受熱面積灰、結(jié)渣，將使傳熱系數(shù)降低，煙氣的放熱量減少；空氣預(yù)熱器堵灰，那么空氣預(yù)熱器的傳熱面積減少，會(huì)導(dǎo)致排煙溫度升高，熱損失明顯增大。為了減少受熱面積灰，不得不對(duì)受熱面進(jìn)行吹灰，又導(dǎo)致了鍋爐效率的下降和補(bǔ)水率的增加：吹灰汽量過(guò)大時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致燃料量增加、過(guò)熱汽溫升高

13、。 影響飛灰含碳量的主要因素 煤質(zhì)煤質(zhì)影響鍋爐的燃燒工況，當(dāng)煤中揮發(fā)分降低、發(fā)熱量低時(shí)，飛灰含量增加。一定鍋爐型式對(duì)應(yīng)相應(yīng)的設(shè)計(jì)煤質(zhì)和校核煤質(zhì)燃燒器布置和燃燒方式也對(duì)應(yīng)著相應(yīng)煤質(zhì)。但實(shí)際上，由于燃料市場(chǎng)的影響煤質(zhì)很難同燃燒方式一致，也會(huì)導(dǎo)致飛灰含量增加。 爐膛的氧量爐膛的氧量對(duì)鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性影響非常大爐膛氧量過(guò)大，增加，過(guò)小會(huì)使 增加，為最小時(shí)的爐內(nèi)氧量是通常運(yùn)行的適宜數(shù)值。一般煤粉爐在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)爐膛出口適宜的空氣過(guò)量系數(shù)在115125(氧量在35)范圍內(nèi)。過(guò)量空氣系數(shù)即氧量的變化對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響有兩方面：1)氧量增加有利于煤粉的完全燃燒，使飛灰可燃物含量下降；2)氧量增加使煙氣量增加

14、，排煙熱損失增加，鍋爐效率降低，同時(shí)也使風(fēng)機(jī)的電耗以及廠用電率和供電煤耗增加。爐膛形式、燃燒設(shè)備、煤質(zhì)以及負(fù)荷不同時(shí)，爐膛氧量的影響也不相同。爐膛氧量在小于臨界值時(shí)對(duì)飛灰含碳量影響很大。對(duì)鍋爐進(jìn)行的燃燒計(jì)算說(shuō)明，當(dāng)氧量低于25時(shí)，對(duì)于煙煤，氧量每降低01，飛灰含碳約增加007；對(duì)于貧煤，氧量每降低01，飛灰含碳量約增加0.08%。 煤粉細(xì)度根據(jù)燃燒反響理論，氧向燃料粒子外表的擴(kuò)散速度與粒子直徑成反比。因此，煤粉越細(xì)，同樣的反響時(shí)間，在鍋爐中燃燒得越完全，機(jī)械未完全燃燒熱損失越小。但對(duì)制粉系統(tǒng)而言，電耗增加，金屬磨損量也增加；反之，較粗的煤粉雖然制粉電耗較小，但燃燼困難，而且造成火焰中心上移，過(guò)

15、熱器結(jié)渣。爐膛出口煙溫增加排煙溫度升高，因此，應(yīng)該選用使機(jī)械未完全燃燒熱損失和制粉能耗之和最小的最正確煤粉細(xì)度。煤粉越細(xì)，鍋爐著火越好，燃燒越穩(wěn)定。最正確煤粉細(xì)度選擇同鍋爐燃用煤質(zhì)揮發(fā)分相關(guān)，按照經(jīng)驗(yàn)，n為煤粉均勻性系數(shù)，運(yùn)行中一般控制煤粉細(xì)度同燃煤揮發(fā)分相當(dāng)，即。 燃燒器運(yùn)行方式調(diào)整鍋爐燃燒器運(yùn)行中，不同的配風(fēng)方式，一、二次風(fēng)配比，燃燒器的組合方式、燃燒器的擺角、旋流燃燒器的旋流強(qiáng)度的變化均會(huì)影響燃燒火焰中心和燃燒效果，引起鍋爐效率的變化。3 提高鍋爐效率的途徑(1)合理的配煤，保證鍋爐運(yùn)行煤質(zhì)穩(wěn)定，燃用設(shè)計(jì)煤質(zhì)或接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)。(2)減少鍋爐和空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，控制三次風(fēng)量：定期檢測(cè)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)情況，控制漏風(fēng)在合理范圍。(3)