电站锅炉效率的影响因素和提高途径

电站锅炉效率的影响因素和提高途径O引言世界范围内对能源需求的增长致使核能、水能、太阳能和风能等新能源得到了极大限度地应用，而传统的能源——煤炭，在能源消耗结构中仍占很大的应用份额．而且在未来相当长的时期内这种趋势不会有大的改变。近年来火电技术得到快速发展，并随着节能减排工作的纵深开展，保证机组效率、减少排放，愈来愈成为各发电企业的首要任务。节能减排对机组的要求是以大代小和优化运行，提高机组效率。本文着重就影响锅炉效率的因素进行分析，以找出解决办法，提高锅炉效率，达到节能增效的目的。1影响锅炉效率的因素1．1锅炉效率对机组供电煤耗的影响发电企业将燃料的热能转换为电能时，总有些数量不等、原因不同的损失，如锅炉损失、管道损失、冷源损失、汽轮机和发电机损失、机械损失等，使燃料的化学热能只有一小部分转化为电能。机组供电煤耗是评价发电企业能耗的一个主要指标。机组供电煤耗(率)b是指机组每向外供出1kW·h电能平均耗用的标准煤，其计算公式为：b=)1(123.0eelpb：b为供电煤耗率，kg／(kW·h)；b为锅炉效率；p为管道效率，一般p=0．98～0．99；el为汽轮机效率(汽轮机绝对电效率，现代机组el仅为0．44～0．46)，e为发电煤耗率。锅炉效率提高l％，机组供电煤耗降低3～4g／(kW·h)，全国年可节约燃煤1000多万吨．同时可大大减少2SO、NO排放。1．2锅炉效率的影响因素根据锅炉热平衡理论，按照GB10184-1988《电站锅炉性能试验规程》中的规定，利用反平衡方法计算锅炉效率的公式为：=l00-65432qqqqq(2)式中：为锅炉效率，％；2q：为排烟热损失，％；3q为化学不完全燃烧热损失，％；4q为机械不完全燃烧热损失，％；5q为散热损失，％；6q为灰渣物理热损失％。分析式(2)可知，影响锅炉效率的因素有：2q、3q、4q、5q、6q。其中，5q主要与锅炉散热表面积的大小、水冷壁的敷设情况、管道的保温以及周围环境有关；6q主要指灰渣带走的物理热损失和冷却热损失，决定于燃料的灰分、燃料的发热量和排渣方式等，这两项损失在锅炉机组的实际运行中不能控制调整。(在实际锅炉效率计算中常忽略灰渣的物理显热损失，但近年投产运行的中大型机组采用干式除渣，达到了节水、节能和灰渣的综合利用)，同时在计算过程中常常忽略气体未完全燃烧热损失，因此有效地减少2q和4q，是提高锅炉效率的关键。2影响锅炉效率主要因素分析在锅炉实际运行中，影响效率的主要因素是锅炉的排烟温度和飞灰含碳量，2q是由于排烟温度高于环境温度造成的热损失，见公式(3)。在锅炉的各项热损失中，2q是最大的一项，一般为4％一8％。排烟温度每升高1O℃，锅炉效率降低0．5％左右；飞灰含碳量增加1％，影响锅炉效率0．4％左右。10022rQQq（3）OHgyQQQ2222（4）式中：2Q为排烟带走的热量，kJ／kg；gyQ2为干烟气带走的热量，kJ／kg；OHQ22为烟气所含水蒸气的显热，kJ／kg；rQ为输入热量，kJ／kg。干烟气带走的热量：)(02tCVQPYgyPgygy(5)式中：PY为排烟温度，℃；gyPC为干烟气从0t至PY的平均定压比热，kJ／(3m·K)。)(02222tCVQpyOHPoHOH(6)式中：OHPC2为水蒸气从0t至py的平均定压比热，kJ／(3m·K)；oHV2为烟气中所含水蒸气容积，33/mm。2.1影响2q的主要因素2.1.1锅炉燃用煤种燃煤的成分直接影响烟气量和烟气特性，燃煤中的灰分和水分增加以及低位发热量降低，均使排烟温度升高，其中主要因素是水分和发热量。水分增加发热量降低，烟气量和烟气比热增加，烟气在对流区中的温降减小，导致排烟温度升高。燃煤应用基水分和低位发热量对排烟温度的综合影响可用折算水分(4187arnetarQM,/)来衡量。计算表明，排烟温度与折算水分zsM近似成线性关系。当zsM增加时，意味着arnetQ,减少而arM增加，这将使燃煤量、烟气量增加，使烟气在对流区中的温降减少，最终使排烟温度升高，zsM每增加0．1，排烟温度降低约0.6℃。当锅炉煤质变差时，着火推迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，排烟温度升高。2.1.2炉膛和制粉系统漏风量锅炉设备的通风形式一般为平衡通风方式，炉膛和烟道系统均处于负压状态。采用这种运行方式的锅炉,炉膛和对流烟道的严密性对锅炉的排烟温度有很大影响，冷空气的漏入使过量空气系数增加，其结果使排烟量和排烟温度均增加，冷空气的漏风点越靠近炉膛影响越大。炉膛中的漏风会降低炉内的燃烧温度，增加了烟气流量；对流烟道的漏风使得该点的烟气温度下降，使后部受热面的传热相对减少；而运行中，一般保持空气预热器前的空气过量系数为设计值，这样空气预热器前的漏风必定会使通过预热器的空气量减少，导致排烟温度升高。采用负压中间仓储式制粉系统的锅炉在运行中，磨煤机入口至排粉机入口、管道和粗细分离器处于负压状态。在此区域内各元件的连接处或孔门处不严密，冷空气会漏入制粉系统，使燃烧器的配风比例发生变化，降低炉膛温度，经过空气预热器的空气量和烟气量比例发生变化，导致排烟温度升高。锅炉运行中上述变化主要是旁通风率变化引起的。锅炉旁通风指制粉系统掺、漏风(对于正压直吹式制粉系统，密封风进入磨煤机相当于负压系统的漏风)和炉底、炉膛漏风。由于漏风与制粉系统掺入的冷风不经过空气预热器直接进入炉膛，在炉膛过量空气系数一定的情况下，导致空气预热器内空气流速降低，传热系数和传热量降低，同时空气预热器出口热风温度升高(传热面积不变)，使传热温压降低，减少了传热量，并导致排烟温度进一步升高。当开大热风门使磨煤机出口温度升高时，流经空气预热器的风量增加，排烟温度降低。通常磨煤机出口温度每升高15℃，排烟温度降低4～5℃。另外，锅炉旁通风量对锅炉排烟温度的影响与运行中锅炉出口的过量空气系数有一定关系。炉膛出口氧量即过量空气系数为1：1ptky(7)式中：ky为预热器出口过量空气系数；pt为旁通风系数，ltldlfflpt；lt为炉膛漏风系数；ld为炉底漏风系数；lf为制粉系统漏风系数；lf为制粉系统掺入冷风系数。由式(7)可以看出，当炉膛出口过量空气系数一定时，旁通风系数增加，预热器出口过量空气系数减少，即通过预热器的风量减少，预热器传热系数降低，同时预热器的通风量降低，预热器的出口风温上升，使预热器的传热温压下降，传热系数和温压降低导致预热器吸热量减少，最终使排烟温度升高。烟道漏风使排烟温度升高的原因在于：空气预热器以前的烟道漏风将使烟温下降、传热温压降低，使受热面的吸热量下降，最终使排烟温度升高。计算表明，漏入(掺入)炉膛与制粉系统总的冷风系数与排烟温度近似成线性关系，漏入(掺入)的冷风系数每增0.01，排烟温度升高1.33℃。2.1.3锅炉给水温度和冷风温度在同样的前提下，锅炉给水温度增加，使炉膛中的净热输入量下降，烟气质量流量下降，过热器、再热器吸热量降低，各级受热面出口烟气温度上升。给水温度增加导致省煤器传热温压下降，使得预热器进口烟气温度上升，导致排烟温度升高。给水温度的变化将影响省煤器进出口的端差，进而影响传热温压，使省煤器的传热量发生变化，造成烟温变化。给水温度对排烟温度的影响可用式(8)计算，给水温度升高1℃，排烟温度升高约0.31℃。)('''''gsbgskkykpygssmsmsmpybpyttttt(8)式中：bpy为换算到设计给水温度时的排烟温度，℃；py为实测排烟温度，℃；'sm、sm分别为省煤器进、出口烟气实测温度(双级交错布置时，为低温级省煤器)，℃；gssmt'分别为空气预热器进口实测烟气和空气温度(双级交错布置时，为低温级空气预热器)，℃；gst为实测给水温度，℃；bgst为设计给水温度，℃。给水温度变化引起热力系统抽汽量变化．影响机组热效率，给水温度主要取决于机组回热系统运行。但仅对锅炉来讲，给水温度降低、排烟温度降低，锅炉效率提高。冷空气温度的变化明显影响空气预热器的传热温压与传热量。冷风温度对排烟温度的影响可利用式(9)计算。经计算，在0～40℃变动范围内，冷空气温度每升高1℃，排烟温度升高约0．55℃。冷风温度取决于环境温度和暖风器的投用状况。冷风温度变化时，实际计算锅炉效率时，随着环境温度的升高锅炉效率是增加的。0'0''0)()(tttkypykypykybbpy（9）式中：bpy为换算到保证进口空气时的排烟温度，℃；bt0为保证的进口空气温度，℃；0t为实测基准温度，℃。2.1.4炉膛出口过量空气系数炉膛出口过量空气系数增加有两方面作用，一方面通过空预器的空气量增加。从而增加空气预热器的传热量，降低排烟温度；另一方面使流过半辐射及对流受热面的烟气量增加．传热温压降低。导致排烟温度上升。经计算，炉膛出口过量空气系数在正常范围变动对排烟温度影响不明显。过量空气系数每增加0.1，排烟温度约升高1℃。2.1.5空气预热器漏风系数空气预热器漏风系数增大．通过空气预热器的平均空气量和平均烟气量(包括高温烟气和漏人的空气)均增大，漏人烟气中的空气平均温度较低，导致排烟温度降低。计算表明。该漏风系数每增加0.02，排烟温度降低约1℃。但此工况锅炉总的排烟损失和风机电耗是增加的。2.1.6受热面积灰锅炉受热面积灰、结渣直接影响传热效率。受热面积灰、结渣，将使传热系数降低，烟气的放热量减少；空气预热器堵灰，则空气预热器的传热面积减少，会导致排烟温度升高，热损失明显增大。为了减少受热面积灰，不得不对受热面进行吹灰，又导致了锅炉效率的下降和补水率的增加：吹灰汽量过大时，还会导致燃料量增加、过热汽温升高。2.2影响飞灰含碳量的主要因素2.2.1煤质煤质影响锅炉的燃烧工况，当煤中挥发分降低、发热量低时，飞灰含量增加。一定锅炉型式对应相应的设计煤质和校核煤质．燃烧器布置和燃烧方式也对应着相应煤质。但实际上，由于燃料市场的影响．煤质很难同燃烧方式一致，也会导致飞灰含量增加。2.2.2炉膛的氧量炉膛的氧量对锅炉燃烧的经济性影响非常大．炉膛氧量过大，2q增加，过小会使43qq增加，432qqq为最小时的炉内氧量是通常运行的合适数值。一般煤粉炉在经济负荷范围内炉膛出口适宜的空气过量系数在1．15～1．25(氧量在3％～5％)范围内。过量空气系数即氧量的变化对锅炉经济性的影响有两方面：1)氧量增加有利于煤粉的完全燃烧，使飞灰可燃物含量下降；2)氧量增加使烟气量增加，排烟热损失增加，锅炉效率降低，同时也使风机的电耗以及厂用电率和供电煤耗增加。炉膛形式、燃烧设备、煤质以及负荷不同时，炉膛氧量的影响也不相同。炉膛氧量在小于临界值时对飞灰含碳量影响很大。对锅炉进行的燃烧计算表明，当氧量低于2．5％时，对于烟煤，氧量每降低0．1％，飞灰含碳约增加0．07％；对于贫煤，氧量每降低0．1％，飞灰含碳量约增加0.08%。2.2.3煤粉细度根据燃烧反应理论，氧向燃料粒子表面的扩散速度与粒子直径成反比。因此，煤粉越细，同样的反应时间，在锅炉中燃烧得越完全，机械未完全燃烧热损失越小。但对制粉系统而言，电耗增加，金属磨损量也增加；反之，较粗的煤粉虽然制粉电耗较小，但燃烬困难，而且造成火焰中心上移，过热器结渣。炉膛出口烟温增加．排烟温度升高，因此，应该选用使机械未完全燃烧热损失和制粉能耗之和最小的最佳煤粉细度。煤粉越细，锅炉着火越好，燃烧越稳定。最佳煤粉细度选择同锅炉燃用煤质挥发分相关，按照经验，arzjnVR8.0490，n为煤粉均匀性系数，运行中一般控制煤粉细度同燃煤挥发分相当，即arVR90。2.2.4燃烧器运行方式调整锅炉燃烧器运行中，不同的配风方式，一、二次风配比，燃烧器的组合方式、燃烧器的摆角、旋流燃烧器的旋流强度的变化均会影响燃烧火焰中心和燃烧效果，引起锅炉效率的变化。3提高锅炉效率的途径(1)合理的配