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文檔簡介
1、然氣鍋爐運(yùn)行時(shí)煙氣含氧量重要性及調(diào)整方法-北京市左家莊供熱廠和方莊供熱廠97年煤爐改燃?xì)鉅t后的試運(yùn)行情況分析王鋼鄭斌賀平一、理想燃燒1 .天然氣的主要成份(1)方莊97年12月15日北京電力科學(xué)研究院化驗(yàn)(當(dāng)時(shí)主要是華北油田的氣)結(jié)果。表(一)兒系名稱二氧化碳甲烷乙烷丙烷止烷異丁烷下戊烷異戊烷八噪以上低位發(fā)熱量兒系符號(hào)COCH4C2H6GHLC4H1oC4H0C5H12C5H12C>6Qgdw含量%9480kcal/Nm3(2)左熱98年1月12日北京市技術(shù)監(jiān)督局節(jié)能監(jiān)測站化驗(yàn)(陜甘寧氣已到京)結(jié)果。表(二)兒系名稱甲烷氫氣氧氣氮?dú)庖谎趸级趸贾靥佳趸锏臀话l(fā)熱量兒系符號(hào)CHH2C
2、2N2CCCCCmHnQgdw含量%9008380kcal/Nm3由以上化驗(yàn)的結(jié)果可得如下結(jié)論:a.天然氣的主要成份是烷姓(在方莊化驗(yàn)占了98%多,左熱化驗(yàn)占了約94%)。b.天然氣中含量最大的是甲烷(CH4),方莊占%,左熱占90%。c.今后在供天然氣正常的情況下,我們主要使用的是“三北”氣。故天然氣在燃燒時(shí)主要化學(xué)反應(yīng)式是:CH+2Q=CO+2H2O2 .天然氣完全燃燒所需的理論空氣量Vo方莊計(jì)算為Nmh左熱計(jì)算為Nrm一般可認(rèn)為,1Nm的天然氣完全燃燒需要的理論空氣量約為10NrK二、實(shí)際空氣量和空氣過剩系數(shù)在實(shí)際燃燒中,由于空氣和天然氣的混合很難達(dá)到理想的程度,因此即使供給理論空氣量仍
3、不能使天然氣完全燃燒,必須多供給一些空氣才能使天然氣完全燃燒。在實(shí)際燃燒過程中所供的空氣量稱為實(shí)際空氣量,符號(hào)與理論空氣量之比稱空氣過剩系數(shù),符號(hào)a=Va/Vo0空氣過剩系數(shù)a:(可根據(jù)煙氣成份分析結(jié)果來計(jì)算)Va o實(shí)際空氣量式中:Q、COffiRO分別是干煙氣中氧氣、一氧化碳和三原子氣體(CQ+SO)的容積百分比。21是空氣中氧的容積百分?jǐn)?shù)%21%)在燃?xì)鉅t運(yùn)行時(shí),只要燃燒不是很壞,CO是微量的,在計(jì)算a時(shí)可以忽略,視其為零。上式可簡化為:(1)燒煤時(shí),一般煙氣的含氧量都在10%左右,故100(RQ+Q+CO)79O2=02(CO一般為零點(diǎn)零幾)所以a=21/(21-O2)(2)在燒天然氣
4、時(shí),由于煙氣含氧量一般應(yīng)小于4%,故不宜用此式簡算。必須用a=(100RO2-02)/(100RO。計(jì)算。2 .左熱和方莊去年熱平衡測試的實(shí)例:煙氣測試數(shù)據(jù)見表三、表四。方莊表三用(2)計(jì)算a數(shù)值(為表四用(2)計(jì)算RO2O2C0a一工況煙份10工況煙份103 .燒天然氣鍋爐時(shí)a值的經(jīng)驗(yàn)簡算式:從方莊和左熱三次熱平衡測試的煙氣分析中用式(3)算出的數(shù)與用式(1)算出的數(shù)基本相等,可精確到。三、鍋爐的熱平衡分析(燃?xì)忮仩t)1. 正平衡公式:式中:G鍋爐循環(huán)水量(kg/h)ics鍋爐出水焓(kcal/h)ijs鍋爐進(jìn)水焓(kcal/h)B燃料耗量(Nm3/h)Ogdw-氣體燃料干燥基低位發(fā)熱值(k
5、cal/Nm3)在左熱和方熱兩廠鍋爐的DC繇統(tǒng)中,Gics、ijs、B已有瞬時(shí)值輸入,只要把測定的QgdW輸入,就可以隨時(shí)顯示鍋爐的效率。2. 反平衡公式:=100q2q3q4q5q6%式中:q2排煙熱損失q3氣體不完全燃燒熱損失q4固體不完全燃燒熱損失q5散熱熱損失q6排渣熱損失3. 方莊、左熱燃?xì)忮仩t反平衡測試結(jié)果及煙氣含氧量:通過方熱和左熱的三次反平衡測試分析,我們可以看出,只要燃?xì)鉅t是在正常運(yùn)行,q4和q6為零,而q3如果當(dāng)參與燃燒的空氣量是充分的,也就是說O2值足夠大,也可視其為零。但也應(yīng)看出當(dāng)Q值增大時(shí),q2也在增大,因此隨時(shí)保持燃?xì)鉅t的O2值適當(dāng)是保證燃?xì)鉅t效率的關(guān)鍵所在。4.
6、積碳問題通過97年三臺(tái)改造的燃?xì)鉅t運(yùn)行實(shí)踐,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)O2值過小時(shí)也就是在燃?xì)鉅t缺氧燃燒時(shí),碳?xì)浠衔镌诟邷叵聲?huì)產(chǎn)生裂解,生成氫氣和碳黑,從而造成爐內(nèi)管壁,特別是尾部受熱面產(chǎn)生積碳。約在98年1月20日左右,室外氣溫明顯升高,此時(shí)排煙溫度也開始明顯升高(兩廠均如此)。在2月24日這天,方莊的1#爐爐內(nèi)煙氣含氧量顯示、排煙溫度210c,2#爐氧量顯示、排煙溫度184C。當(dāng)事后不久分別停爐對(duì)兩臺(tái)爐受熱面檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)在爐膛內(nèi)上部的受熱面特別是尾部省煤器處產(chǎn)生積碳,而1#爐比2#爐積碳嚴(yán)重。與此同時(shí),左熱廠也發(fā)生了此類的情況。由于受熱面積碳造成熱傳導(dǎo)差,從而使排煙溫度升高,鍋爐的燃燒效率降低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)
7、,排煙溫度每升高1025c鍋爐效率就會(huì)相應(yīng)下降約1%。同時(shí)由于缺氧燃燒使氣體不完全燃燒熱損失q3也會(huì)增大,同樣使鍋爐效率下降。表五熱損失名稱q2q3q4q5q6Q方莊數(shù)值無無左熱一工況數(shù)值無1無左熱二工況數(shù)值忽略無1無5. 空氣過量系數(shù)(a)、鍋爐效率(刀)以及排煙熱損失(q2)、氣體不完全燃燒熱損失(q3)的關(guān)系圖(a、刀、q2、q3的關(guān)系圖)說明:(1)此曲線圖中“、q2、q3是定性趨勢分析得出的關(guān)系。(2) a及O2與“、q2、q3對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是根據(jù)97年3臺(tái)改造的燃?xì)鉅t運(yùn)行和熱平衡測試結(jié)果定量趨勢分析得出的關(guān)系。(3)燃?xì)鉅t正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)保持a=(O2=-3)(4)此曲線只針對(duì)左熱和方熱改造
8、的燃?xì)鉅t;雙榆樹的鍋爐也必定遵守此曲線關(guān)系,但a值及O2值肯定會(huì)比此曲線的值要小,估計(jì)a值在之間,O2值在之間。通過以上分析,可以得出結(jié)論:a. 燃?xì)鉅t在運(yùn)行時(shí)要保證鍋爐的效率在90左右就必須保證空氣過剩系數(shù)在之間,即保證含氧量是在2%3%之間。b. a值的計(jì)算應(yīng)該用簡算公式(3),可精確到。C.特別要注意無論何時(shí)都要保證含氧量在2%以上,即a值在以上,以確保燃?xì)鉅t燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生積碳。四、左熱、方熱燃?xì)鉅t運(yùn)行時(shí)煙氣含氧量的控制方式和調(diào)整方法1 .燃?xì)鉅t的氧量控制方式左熱、方熱燃?xì)鉅t并不是標(biāo)準(zhǔn)的燃?xì)鉅t,即不是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)配套的燃?xì)鉅t,燃燒器和控制系統(tǒng),是由DHL250016/150熱水爐在設(shè)計(jì)容量不
9、變的前提下,只是去掉爐排后改造的;僅引進(jìn)了德國扎克的SGZ150燃燒器和控制柜(有3臺(tái)97年引進(jìn)了芬蘭奧林的GT25)。在控制方式上與國外配套引進(jìn)的燃?xì)鉅t控制系統(tǒng)本質(zhì)區(qū)別就是煙氣含氧量沒有參與燃燒自動(dòng)控制,只是作為一個(gè)非常重要的、可以控制的參數(shù)顯示。與含氧量有關(guān)的控制回路實(shí)際有三個(gè),如圖:a.燃燒自動(dòng)控制;b.送風(fēng)壓力自動(dòng)控制;c.爐膛壓力(微負(fù)壓)自動(dòng)控制。(1) 燃燒自動(dòng)控制。如上圖所示,該系統(tǒng)全是國外引進(jìn)的設(shè)備,由帶風(fēng)門的燃燒器,混合調(diào)節(jié)器,天然氣穩(wěn)壓、安全調(diào)節(jié)閥組,執(zhí)行器(伺服電機(jī))以及帶有程序控制器的控制柜組成。只是把鍋爐出水溫度T作為該控制回路的主控參數(shù)輸入了程控器PLG屬單沖量調(diào)
10、節(jié)??刂扑悸罚撼鏊疁囟華TT-PLC與溫度給定值比較并經(jīng)PID運(yùn)算執(zhí)行器-燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥;同時(shí)混合調(diào)節(jié)器按合理的風(fēng)、氣比調(diào)節(jié)燃燒器風(fēng)門;-出水溫度ATJ。從而保證在天然氣與空氣合理配比燃燒下,即煙氣含氧量始終控制在23%,而保證出水溫度始終穩(wěn)定在給定值。(2) 送風(fēng)壓力自動(dòng)控制。如上圖所示,該系統(tǒng)是由送風(fēng)壓力變送器、送風(fēng)機(jī)風(fēng)門、執(zhí)行器和DCS8統(tǒng)組成(國產(chǎn))只把送風(fēng)壓力作為主控參數(shù),屬單沖量調(diào)節(jié)??刂扑悸罚核惋L(fēng)壓力APT-在DC繇統(tǒng)內(nèi)與送風(fēng)壓力2&定值比較后經(jīng)PID運(yùn)算,經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換放大成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(420mA戶執(zhí)行器送風(fēng)機(jī)風(fēng)門送風(fēng)壓力APJ。從而保證送風(fēng)壓力始終穩(wěn)定在給定值。(3) 爐膛
11、壓力自動(dòng)控制。如上圖所示,該系統(tǒng)是由引風(fēng)壓力變送器、引風(fēng)機(jī)風(fēng)門、執(zhí)行器和國產(chǎn)的DCS8統(tǒng)組成,只是把爐膛壓力作為主控參數(shù),而把穩(wěn)定輸出的送風(fēng)壓力作為前饋參數(shù),屬帶有送風(fēng)壓力作為前饋的單沖量調(diào)節(jié)。控制思路:爐膛壓力AP(420mA)T-在DCS!(統(tǒng)內(nèi)與爐膛壓力給定值比較后經(jīng)PID運(yùn)算,經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換放大成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(420mA戶執(zhí)行器引風(fēng)機(jī)風(fēng)門;爐膛壓力APJ。從而保證爐膛壓力始終穩(wěn)定在給定值。(精確)在送風(fēng)壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)需重新設(shè)定送風(fēng)壓力給定值時(shí):如送風(fēng)壓力APT(導(dǎo)致負(fù)壓變小)-在DC繇統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行前饋運(yùn)算(比例運(yùn)算),與經(jīng)PID運(yùn)算后的爐膛壓力AP比較,經(jīng)轉(zhuǎn)換放大-執(zhí)行器T-引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(等至負(fù)壓
12、增大)Tf爐膛壓力AP變化不大(粗調(diào))。以上三種控制回路在燃?xì)鉅t正常運(yùn)行時(shí)均屬給定值恒值調(diào)節(jié)。2. 煙氣含氧量的調(diào)整左熱、方熱的燃?xì)鉅t由于改造配套時(shí)間限制,資金困難等原因,在燃燒控制上并不是很完善的,最起碼煙氣含氧量就沒有介入燃燒自動(dòng)控制。另外送風(fēng)溫度補(bǔ)償也沒有,因此在鍋爐投入運(yùn)行時(shí),煙氣含氧量的調(diào)整實(shí)際是指兩項(xiàng)調(diào)整內(nèi)容:a.新燃燒器投入運(yùn)行時(shí)含氧量的調(diào)整。b.鍋爐在運(yùn)行過程中含氧量的調(diào)整。(1) 新燃燒透運(yùn)時(shí)含氧量的調(diào)整。進(jìn)口燃燒器對(duì)送風(fēng)壓力有著嚴(yán)格的要求,燃燒器入口風(fēng)壓必須限定在某一固定的數(shù)值(如不小于25mbar的某一數(shù)值),并配合燃燒器入口天然氣壓力也限定在某一固定壓力(如不大于300
13、mbar的某一數(shù)值)的前提下,按外商所要求的調(diào)試程度對(duì)燃燒器從1/10負(fù)荷到滿負(fù)荷燃燒過程中的若干點(diǎn)(10個(gè)),分別通過反復(fù)調(diào)整混合調(diào)節(jié)器,用煙氣分析儀測出煙氣中最合理的氧量、一氧化碳、二氧化碳,從而實(shí)現(xiàn)燃燒器不在同負(fù)荷時(shí),煙氣中空氣過剩系數(shù)都適量的最佳燃燒(具體調(diào)試步驟不詳述)。因此燃燒器初步調(diào)試前,首先應(yīng)把送風(fēng)自動(dòng)和爐膛壓力自動(dòng)兩系統(tǒng)正常投入運(yùn)行。這一調(diào)整過程一旦完成,在以后的運(yùn)行過程中就不需再行調(diào)整,但在天然氣的成份有了較大的變化時(shí)或燃燒器大修,送、引風(fēng)機(jī)更新后,仍需按此程序調(diào)整。(2) 鍋爐在運(yùn)行過程中含氧量的調(diào)整。在三個(gè)自動(dòng)控制回路都正常投入的情況下,在整個(gè)供暖季中,煙氣含氧量仍會(huì)發(fā)
14、生變化,偏離規(guī)定值范圍。如果不及時(shí)調(diào)整送、引風(fēng)就會(huì)造成缺氧或過氧燃燒,從而造成受熱面積碳,排煙熱損失q2明顯增加等,使鍋爐效率明顯降低。造成含氧量變化的主要原因有兩個(gè):一個(gè)是室外溫度的變化大而使送風(fēng)溫度變化大,在送風(fēng)壓力不變的情況下,由于空氣密度發(fā)生了較大的變化而使送入爐膛的實(shí)際空氣量,即氧氣量發(fā)生了較大變化。燃燒時(shí)反映最及時(shí)的煙氣含氧量發(fā)生了較大變化(大于或小于23%),如左熱、方熱98年2月燃?xì)鉅t造成積碳就是這一原因。另一個(gè)是天然氣成份變化較大,低位發(fā)熱量變化較大,對(duì)空氣量提出了新的要求時(shí),也會(huì)反映在煙氣含氧的變化上,但主要是第一個(gè)原因。在氧量變化不大,如略大于3或略小于2時(shí),只要微微修改一下爐膛負(fù)壓自控的給定值,改變一下爐膛負(fù)壓就可以使煙氣含氧量給定值,再修
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