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300 MW循环流化床锅炉热平衡特性研究点击：1831 日期：[ 2014-04-26 21:39:54 ] |
| 300 MW循环流化床锅炉热平衡特性研究 尹 刚1,鲁佳易2,刘汉周2,卢啸风2 (1.东方汽轮机有限公司,四川德阳618000; 2.重庆大学燃烧环保实验室,重庆400030) 关键词：热平衡;标准;锅炉效率;热负荷;厂用电 摘 要：在比较了目前世界上进行CFB锅炉热平衡测试的标准的基础上,采用中国的DL/T964-2005标准对国内某300 MW CFB锅炉的热平衡研究,主要结论如下:300 MW CFB锅炉烧无烟煤在司炉习惯性操作下的热效率高达91.8 %,在Ca/S摩尔比为1.567的情况下,锅炉的脱硫效率高达91.51 %,同时NOx的排放浓度仅为79 mg/Nm3。并分析了排烟损失大的原因,研究了不同负荷下锅炉各部分热负荷比例分配关系和厂用电的情况。 中图分类号：TK229.6+6 文献标识码：A 文章编号：CN31 1508(2008)06 0031 05 1 前 言 CFB锅炉燃烧技术具有氮氧化物排放低、可实现在燃烧过程中直接脱硫、燃料适应性广、燃烧效率高和负荷调节范围大等优势,已成为当前煤炭洁净燃烧的首选炉型[1],大量的被使用在电厂中。对于越来越多的CFB锅炉机组,进行热平衡的试验机会越来越多,选择一个适当的热平衡标准对锅炉来说是一个重要的因素。本文在简要的介绍几种测试标准和差别的基础上,采用中国的DL/T964-2005标准对国内某300 MW CFB锅炉的热平衡进行了计算,分析热平衡结果。并对热平衡过程中的几个重要问题进行了研究。 2 热平衡测试的标准 目前世界范围内的热平衡的测试标准主要有美国的ASME PC 4.1标准、德国的DIN标准和中国的基于GB/T10184-1988标准的DL/T964-2005。对于大型电站锅炉锅炉效率一般由反平衡法计算各项损失求得,但由于各国机组的基本情况不同,三大测试标准对于试验数据的测量存在很多差异。其具体差异见表1[2-6]。 由于各个标准存在差异,因此各标准计算的锅炉效率也存在细微的差异,但影响不大。对于这几种标准的选择主要由锅炉的制造方和使用方协商决定。目前,国外的锅炉多采用ASMEPC 4.1标准和DIN标准,而国内多采用GB/T10184-1988标准并对炉内脱硫进行修正,还没有文献介绍采用DL/T964-2005标准的热平衡试验。 3 DL/T964-2005热平衡测试方法 3.1基本方法 该标准是由西安热工院起草的一部中国的循环流化床锅炉性能试验规程,在国内的CFB锅炉机组的性能考核试验多采用该标准[4]。该标准将高压风机、一次风机和二次风机包括在热平衡系统之内,而引风机在系统之外,图1为热平衡试验系统图。该标准是对GB/T10184-1988的补充,考虑了CFB锅炉由于炉内加石灰石脱硫对锅炉热平衡和尾部烟气成份的影响。以煤的低位发热量为基础,在热损失法的计算中将锅炉的热损失分为排烟损失q2、化学未完全燃烧损失q3、机械未完全燃烧热损失q4、散热损失q5、灰渣物理热损失q6、脱硫热损失q7。其计算的基本公式为: ηgl=100-(q2+q3+q4+q5+q6+q7) 3.2特殊处理 3.2.1散热损失 与煤粉炉相比,由于大型CFB锅炉多了外置式换热器和旋风分离器等部件,导致其散热的面积比煤粉炉大很多,故散热损失很大,不能由GB/T10184-1988散热曲线查出,DL/T964-2005标准在使用GB/T10184-1988散热曲线的基础上加以修正。这个修正系数为锅炉总表面积与炉膛和尾部烟道表面积的比值[7]。 3.2.2脱硫的计算 CFB锅炉脱硫用石灰石(主要成分为CaCO3)投入炉膛后进行煅烧分解反应时,要从炉内吸取一定热量,而燃煤产生的SO2气体与分解产生的CaO固体粒子进行气固硫化反应时又要释放出一定热量。该标准增加q7,即石灰石脱硫热损失项,定义为:CFB锅炉投石灰石脱硫时,石灰石煅烧反应吸收热量与脱硫硫化反应放出热量的代数和占锅炉输入热量的百分率。同时在灰渣的计算和烟气量的计算中也充分考虑了石灰石的影响。 3.2.3灰渣计算 灰渣份额应通过实际测量和计算获得。计量试验期间排放底渣的全部重量,并计算出底渣排渣流量,其与热效率计算中按正平衡迭代计算求得的锅炉总排灰流量之比,即为底渣份额αdz(排底渣流量占锅炉总排灰流量的质量含量百分率),余者为飞灰份额αfh。 3.2.4附加热源 与煤粉锅炉相比,CFB锅炉多了高压流化风机、一次风机、二次风机和石灰石输送风机等辅机,辅机带入了热量,故在计算过程中将辅机的电耗当量热量计入系统。 3.3计算及程序 本文采用DL/T964-2005标准对国内某烧劣质无烟煤的300 MW CFB锅炉进行了热平衡试验研究,所作实验是在锅炉正常运行情况下在B-ECR工况下进行,其燃料特性和测试时主要运行数据分别见表2和表3。为了方便计算采用Visual Basic语言编制了程序,其计算流程如图2。 4 试验结果及其分析 4.1热平衡测试结果 通过计算,且在未进行修正的情况下,其锅炉的效率为91.808 5 %,具体的各项损失见表4。在Ca/S摩尔比仅为1.567的情况下,锅炉的脱硫效率高达91.51 %,大大超出大部分文献提出的在Ca/S摩尔比大于2.0的情况下才能达到90 %的脱硫效率[8]。同时在脱硫进行的同时,NOx的排放浓度仅为79 mg/Nm3,体现了良好的污染排放特性。 4.2重要问题分析 4.2.1锅炉热效率影响因素分析 从上面的计算来看对锅炉效率影响最大的是排烟热损失,该损失达到了5.453 1 %。造成该损失大的原因主要是由于煤在炉膛中与二次风混合不均匀,导致炉膛内的燃烧不充分,在分离器中由于离心力的作用充分混合,从而在分离器中燃烧,导致分离器内温升过高,一般均在120℃左右。由于对蒸汽和省煤器出口水温的控制,尾部烟道的吸热量一定,故排烟温度高,从而导致排烟损失大。同时飞灰的含碳量还比较高,达到2.68 %,导致固体未完全燃烧损失较大。为了减小这两方面的损失,可采取以下措施:保证尾部烟道的清洁,定期进行吹灰;在保证流化和负荷的前提下,减少一次风的流量,增加二次风的流量,加强二次风与煤的混合,延长煤在炉膛的停留时间;稍微增大入炉煤的粒径,延长颗粒的停留时间,减少分离器内的燃烧。 4.2.2锅炉主要部件的热负荷分配 随着锅炉容量的增大,炉膛内可供布置受热面的壁面表面积的增大速度赶不上蒸发容量的增长速度。为了满足锅炉容量的要求,各大制造单位都广泛的采用在炉膛内部和外置式换热器中布置额外受热面的方法,这导致汽水受热面布置形式复杂,过热器和再热器均采用尾部烟道与外置床交叉布置的方案,在方便蒸汽温度控制调节的同时,也将蒸汽温度控制与炉膛温度控制耦合在一起,使锅炉的热平衡关系更加复杂。在300 MW鲁奇型循环流化床锅炉系统中,外置式换热器具有调节床温和再热蒸汽温度的功能,它通过循环灰量(也就是平均温压)来调节各受热面的吸热量的,当保证了再热汽温和炉温后,由循环灰量所带来的偏差都由过热蒸汽减温水来调节,而灰量的控制则由锥形阀的开度来控制。因此,研究不同负荷下锅炉各部分的吸热比例有重要的意义。 从图3、4可以看出随着锅炉负荷的增大,外置式换热器的吸热比例随之增大,而炉膛内的受热面的吸热比例则随着锅炉的负荷的增大而降低。这主要是由于随着锅炉负荷的提高,锅炉的汽包压力上升,在100 MW时,汽包的压力为10.3MPa,而负荷在320 MW时,汽包的压力达到18.6 MPa。由水和蒸汽的热力性质可知,随着压力的升高,单位质量的水的气化潜热将降低,而在过热段将增加。炉膛内部所布置的水冷壁和翼墙管是整个锅炉的蒸发受热面,因此炉膛内受热面由于给水压力的提高,单位质量的工质的吸热量减少,导致吸热比例的下降。同理由于外置式换热器内布置的是过热器和再热器,随着给水压力的提高,过热段和再热段的吸热比例将随之增加,同时由于负荷的升高,流化风速的提高,外置式换热器内的循环灰量增加,导致吸热量增大。从另一方面分析,进入外置式换热器灰量增大,导致外置式换热器内的颗粒浓度增大,使颗粒更新速度加快,同时受热面内工质物性也在改变(密度增大、压力升高),流速加快,这些都强化了传热。因而外置式换热器的吸热比例随负荷的提高而增大。 由于过热器和再热器采用尾部烟道和外置式换热器交叉布置的方法,故尾部烟道吸热比例变化受外置式换热器吸热比例的调节。同时外置式换热器又有调节炉膛床温的作用,所以外置式换热器不对过热蒸汽温度进行调节,而对过热蒸汽产生偏差主要靠减温水来调节。由于影响减温水喷入量的因素较多(不仅与过热蒸汽温度有关,还与炉内燃烧工况有关),所以尾部烟道变化的规律不是很明显。但从总体上来看,由于外置式换热器的吸热比例增加,尾部烟道吸热比例的变化趋势是下降的。表5是不同负荷下锅炉过热器减温水喷水量和喷水比例。对照图4、5和表5,可以发现200 MW以下,由于外置式换热器主要作用在于维持过热和再热蒸汽温度,所有基本上不对过热蒸汽进行喷水减温,表中130MW和150 MW时的喷水量可认为是测量仪表的误差。由于外置式换热器吸热比例上升很快,所以尾部烟道吸热比例下降。在200~250 MW时,减温水的比例有所下降,说明外置式换热器对各受热面吸热比例的调节效果比较好,产生的热偏差小,喷水比例逐渐下降,即外置式换热器吸热比例上升的趋势随负荷提高而变缓(如图4所示曲线的斜率)。由于随负荷的提高,炉膛吸热比例下降,所以尾部烟道的吸热比例有轻微增长的趋势。超过250 MW后,减温水比例逐渐上升,说明外置式换热器镦过热蒸汽温度产生的偏差逐渐增大,外置式换热器的吸热比例上升,且速度很快,故尾部烟道的吸热比例有所下降。 从炉膛的受热面不同负荷下的吸热比例来看,随着锅炉负荷的提高外置式换热器的吸热比例增大,炉膛和尾部烟道的吸热比例总体趋势上是下降的。这表明在循环流化床锅炉大型化高参数化的过程中,外置式换热器的作用越来越明显。进一步研究外置式换热器的结构、受热面布置、放大将有力的推动超临界循环流化床锅炉的发展。 4.2.3厂用电 通过计算该锅炉的厂用电律一般在7.53 %左右,与国内投运的其他级别的CFB锅炉相比,厂用电率较小,接近煤粉炉并采用FGD和SCR的厂用电率,且还有进一步降低厂用电率的潜力。降低空气预热器漏风,保证炉膛的气密性,优化一、二次风配比,合理的料层高度,以及根据煤的粒度来选择破碎的程度都能够有效地降低厂用电率,这也是今后运行中需要注意的方面。 5 结 论 (1)通过试验计算,300 MW CFB锅炉的热效率一般都在91 %以上。 (2)在Ca/S摩尔比为1.567的情况下,锅炉的脱硫效率高达91.51 %,同时NOx的排放浓度仅为79 mg/Nm3,体现了良好的污染排放特性。 (3)排烟温度是影响锅炉效率的主要因素,如何改善锅炉炉膛内的混合,提高煤粒在炉膛内的燃烬率是下一步研究的重点。 (4)炉膛的吸热比例随负荷的提高而降低,外置式换热器的吸热比例随负荷的提高而提高,而尾部烟道由于受外置式换热器的调节,其变化规律不规则,总体呈下降趋势。外置式换热器作用将随着锅炉容量和参数的提高而越加明显。 (5) 300 MW CFB锅炉的厂用电率一般在7.53 %左右,接近煤粉炉并采用FGD和SCR的厂用电率,体现出了很好的经济性。 参考文献: [1]熊天柱,田子平,李俊,等.循环流化床锅炉的大型化[J].锅炉技术,2004,35(2):1-6. [2]ASME PTC4.1. Steam Generating Units. American Society of Mechanical Engineers[S]. 2001. [3] DIN1942. Acceptance Test on Steam Generators. Engel.Price group[S]. 1994. [4]西安热工所有限公司. DL/T964-2005,循环流化床锅炉性能试验规程[R].西安:西安热工能有限公司,2005. [5] GB 10184?88,电站锅炉性能试验规程[S]. [6]刘振琪,刘琦.电站锅炉性能考核试验技术简介[J].锅炉技术,2003,(7):58-62. [7]张敏,肖平,王鹏利,等.循环流化床锅炉性能试验规程的编制及其特点[J].热力发电,2006,(6):14-15. [8]Zhongyang Luo, Kefa Cen. Research and Development onCirculating Fluidized Bed Combustion Technology in China[C]. The 8th International Conference on Circulating Fluid-ized Beds. Hanzhou, 2005. |
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