飛灰份額選取對固體不完全燃燒熱損失的敏感度分析

(華北電力大學(xué)(保定) 能源動力與機械工程學(xué)院,河北 保定 071003)

國內(nèi)學(xué)者閻維平等就我國現(xiàn)行GB10184-1988與美國ASME PTC 4鍋爐性能試驗規(guī)程的差異進行了一定的研究[1]，指出二者在灰渣含碳量Chz測量方法和灰渣份額αfh的確定上有一定的區(qū)別。ASME PTC 4規(guī)定[2-3]，要求對αfh進行測量，而我國國標(biāo)中αfh的取值是在一定的范圍內(nèi)選取，不需要測量[4-5]，表1是國標(biāo)中給出的鍋爐灰渣平衡百分率。

國內(nèi)學(xué)者對αfh取值對q4的影響鮮有研究，有且僅有針對工業(yè)鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐αfh取值對q4和鍋爐效率的影響的研究，解魯生等[6]采用數(shù)學(xué)的逐步回歸分析法建立q4關(guān)聯(lián)式，指出了影響q4的因素，但是沒有分析αfh值對q4的影響程度；王曉亮等[7]分析了αfh選取不同值時對工業(yè)鍋爐能效測算結(jié)果的影響規(guī)律；王睿昕[8]計算求出了αfh、Cfh、Clz對鍋爐效率的相對變化率；楊建華等[9]研究了循環(huán)流化床鍋爐αfh取值對q4的影響程度，認為實際運行中不同鍋爐間αfh差別較大，且αfh對q4的影響很大，試驗中αfh應(yīng)實際測定；吳旸等[10]分析了燃煤揮發(fā)分、灰分、過?？諝庀禂?shù)對飛灰份額大小的影響，可見燃煤粉鍋爐實際運行過程中飛灰份額值具有不確定性，顯然在試驗計算及設(shè)計計算中，αfh的取值有一定的隨意性，而固體不完全燃燒熱損失在鍋爐熱平衡效率的影響因素中所占比重較大[11-12]，若不考慮機組實際運行狀況，對飛灰份額取值進行估計會直接影響到鍋爐熱效率的精確度。

目前，未見對煤粉鍋爐αfh取值變化引起的q4變化規(guī)律以及由其引起的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b變化的報道。本文調(diào)研了五個燃煤粉鍋爐電廠的試驗數(shù)據(jù)進行分析，對αfh變化引起的q4和b的分布規(guī)律做出了描述。

1 數(shù)據(jù)與計算

在燃煤粉鍋爐實際運行中，省煤器灰斗沉降灰比較少，進行q4的計算時，忽略沉降灰的影響，本文按式(1)進行計算

(1)

式中Aar——燃料收到基灰分/[%]；

Qar,net——燃料總輸入熱量/kJ·kg-1；

αfh——飛灰份額；

αlz——爐渣份額；

Cfh——飛灰含碳量/[%]；

Clz——爐渣含碳量/[%]。

本文選取五個燃煤粉鍋爐電廠的試驗數(shù)據(jù)進行分析，選取的數(shù)據(jù)包括煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、燃燒特性數(shù)據(jù)、鍋爐性能數(shù)據(jù)，表2列出了燃煤粉鍋爐的原始試驗數(shù)據(jù)。

表1 鍋爐灰渣平衡百分率/[%]

表2 燃煤鍋爐試驗數(shù)據(jù)

2 結(jié)果與分析

以下對αfh變化引起的q4變化規(guī)律以及由其引起的b變化進行計算分析，所得結(jié)論均在忽略沉降灰的情況下。

2.1 q4隨αfh變化的規(guī)律

燃煤粉鍋爐飛灰份額取值在0.7～0.95之間，下面針對燃煤粉鍋爐進行分析，分別對煤種1、2、3、4這四種煤樣就αfh在0.7～0.95內(nèi)以0.05的增長變化研究其對q4的影響規(guī)律，結(jié)果如圖1。

圖1 固體未完全燃燒熱損失隨飛灰份額變化規(guī)律曲線

由圖1的四組q4-αfh關(guān)系圖線可以看出，當(dāng)煤種及機組某時段的運行情況確定時，飛灰含碳量Cfh及爐渣含碳量Clz確定時，隨著αfh的變化，q4呈線性變化規(guī)律。比較四組關(guān)系圖線可以看出煤種1、煤種2，q4隨αfh的增大而減小，而另一些情況下，如煤種3、煤種4，q4卻隨αfh的增大而增大，為了探究為何會產(chǎn)生這種不同的結(jié)果，以煤種5為研究對象，對Cfh及Clz的數(shù)值在可變區(qū)間內(nèi)進行變化分析q4隨αfh的變化規(guī)律，結(jié)果如圖2所示。

圖2 改變Cfh,q4隨αfh變化規(guī)律曲線

測算中對煤種5改變Cfh數(shù)值，保持Clz不變：

(1)Cfh=1%，Clz=4%；

(2)Cfh=2%，Clz=4%;

(3)Cfh=4%，Clz=4%;

(4)Cfh=5%，Clz=4%;

(5)Cfh=6%，Clz=4%。

由圖2的趨勢線可以看出，CfhClz時，一次函數(shù)關(guān)系中斜率為正，q4隨αfh的增大而增大，Cfh=Clz時，一次函數(shù)關(guān)系中斜率為零，q4不隨αfh的變化而變化，此時的q4為一定值，只與煤種自身的收到基灰份Aar及收到基低位發(fā)熱量Qar,net這兩個因素有關(guān)，可見Cfh≠Clz時，αfh變化對q4產(chǎn)生影響。

2.2 q4隨αfh變化的影響因素分析

以上分析可見，q4隨αfh的變化與Cfh-Clz值可能存在一定的關(guān)系，影響q4的因素有Aar、Qar,net，下面表3、表4、表5改變同一煤種的Cfh-Clz、Aar以及Qar,net的值，觀察αfh變化0.05對q4的影響。

表3 Cfh-Clz值的大小對q4隨αfh變化的影響

表3可看出，Cfh遠離Clz的相同距離時，q4隨αfh變化的程度幾乎相同(體現(xiàn)在△q4的絕對值幾乎相等)，當(dāng)Cfh-Clz的值越大時，αfh對q4的影響就越大。因此，Cfh-Clz的值小時，αfh對q4的影響小，試驗時根據(jù)經(jīng)驗估計即可，當(dāng)Cfh-Clz的值較大時，αfh的取值時不可隨意。

表4 Aar大小對q4隨αfh變化的影響

表5 Qar,net大小對q4隨αfh變化的影響

表4、表5給出了αfh每變化0.05，燃煤灰分、發(fā)熱量的大小對q4的影響，可以看出，燃煤灰分越大、低位發(fā)熱量越小，αfh對q4的影響越大，故燒劣質(zhì)煤時αfh的取值要準(zhǔn)確；對灰分較小、煤質(zhì)好的煤，αfh取值對q4的影響要小，試驗時可根據(jù)經(jīng)驗估計。

2.3 αfh的選取對q4、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b的影響

機組實際運行中煤種的Cfh和Clz的值是不相同的，且大部分工況下Cfh>Clz，因此αfh取值對q4存在影響，以下對煤樣5飛灰份額變化0.05進行研究，分析飛灰份額αfh對q4及b的影響，計算中取Clz=0.5%、改變Cfh大小，結(jié)果如表5。

供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗b的計算

(2)

式中ηqj——汽輪機效率/[%] ；

ηgl——鍋爐熱效率/[%]；

ηgd——管道熱效率/[%]；

ζ——廠用電率/[%]。

表6 αfh變化對q4及b的影響

在鍋爐機組其他熱損失不變時，αfh變化0.05引起的q4和b的變化計算結(jié)果如表6所示，αfh變化0.05，q4變化0.03%～0.13%，b變化為0.3～1.1 g/kWh，在Cfh=6,Clz=0.5時αfh的變化對q4和b影響最大，分別達0.13%、1.1 g/kWh，這是因為Cfh-Clz的值大的原因，可見，飛灰份額對機組燃煤量的變化存在一定的影響，對全國火電生產(chǎn)而言不可忽略。

3 結(jié)論

本文計算分析了飛灰份額取值變化對固體不完全燃燒熱損失以及供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的影響程度和變化規(guī)律，并對影響固體不完全燃燒熱損失大小的其他因素進行分析，得出如下結(jié)論：

(1)Cfh≠Clz時，飛灰份額取值的變化對固體不完全燃燒熱損失產(chǎn)生影響，固體不完全燃燒熱損失隨飛灰份額呈一次函數(shù)的關(guān)系變化，且CfhClz時，固體不完全燃燒熱損失隨飛灰份額的增大而增大；Cfh=Clz時，固體不完全燃燒熱損失不隨飛灰份額的變化而變化，此時的固體不完全燃燒熱損失只與煤種自身的收到基灰份及收到基低位發(fā)熱量這兩個因素有關(guān)；

(2)飛灰含碳量與爐渣含碳量值相差越大，飛灰份額取值對固體不完全燃燒熱損失計算影響越突出；

(3)燃用劣質(zhì)煤，灰分含量高或灰渣含碳量高的煤種時，飛灰份額取值對固體不完全燃燒熱損失的影響更大，此時應(yīng)采取專門措施確定飛灰份額。如果燃用煤質(zhì)好、灰分少、灰渣含碳量少的煤，試驗時根據(jù)經(jīng)驗估計即可。

(4)飛灰份額變化0.05，固體不完全燃燒熱損失變化0.03%～0.13%，供電煤耗變化0.3～1.1 g/kWh，可見，國標(biāo)中對固體不完全燃燒熱損失的計算的處理存在比較大的誤差。

[1]閻維平,云曦.ASME PTC 4-1998鍋爐性能試驗規(guī)程的主要特點[J].動力工程,2007,27(2):174-178.

[2]閻維平,譯.AMSE PTC 4-1998電站鍋爐性能試驗規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2004.

[3]閻維平,譯.AMSE PTC 4-2008 電站鍋爐性能試驗規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2011.

[4]中華人民共和國機械電子工業(yè)部.GB10184-88電站鍋爐性能試驗規(guī)程[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1988:65.

[5]趙振寧,張清峰.電站鍋爐性能試驗原理、方法及計算[M].北京：中國電力出版社,2010.

[6]解魯生,付海明.固體不完全燃燒熱損失q4的相關(guān)因素分析[J].區(qū)域供熱,1992(2):27-29.

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