冷凝式锅炉热平衡计算方式初探

研究与开发 冷凝式锅炉热平衡计算方式初探 1 5 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 1 5 - 0 2 冷凝式锅炉热平衡计算方式初探 董黎 明 ( 江苏双 良锅炉有限公司 ， 江阴 2 1 4 4 4 4 ) Re s e a r c h o f He a t e q u a t i o n Ca l c u l a t i o n a l M e t h o d s o f Co n d e n s i n g Bo i l e r DONG Li mi n g ( J i a n g s u S h u a n g L i a n g B o i l e r C o L t d ， J i a n g y i n 2 1 4 4 4 4 ， C h i n a ) 摘要： 根据前苏联 锅炉机组热力计算方法 中的计算方法结合实验测试情况提出了冷 凝式锅炉热平衡各参数的取用及计算方式， 冷凝式锅炉的热效率 、 燃料消耗量与常规锅炉的差 异得以体现。 关键词： 冷凝式锅炉； 热平衡 ； 计算方式 中图分类号 ： T K 2 2 2 文献标识码 ： B 0 引言 将烟气 中的水蒸气冷凝 ， 使得其 中的汽化潜热 得以利用的锅炉称为冷凝式锅炉。冷凝式锅炉由于 其节能环保的特点 ， 随着燃油 ( 气 ) 工业锅炉 的发展 在国内有了进一步的发展 。笔者根据前苏联 锅炉 机组热力计算方法中的计算方法结合实践数据提 出了冷凝式锅炉的热平衡计算方式 ， 以供燃油 ( 气 ) 冷凝式工业锅炉设计计算参考。 1 冷凝式锅炉有效利用热的计算 根据文献 1 锅炉总有效利用热按下式表示 ： Q l =D( i b 一i )+D ( i b 一 i )+Q ( 1 ) Q = D ( i 一i i ) 式中Q 。 锅炉总有效利用热 ， k J h D锅炉产生的蒸汽量 ， k g h b 。饱和蒸汽焓 ， k J k g 。 锅炉本体给水焓 ， k J k g 排污量 ， k g h b 。 饱和水焓 ， k J k g Q 冷凝器 吸收热量 ， k J h D 冷凝器水循环量， k g h 冷凝器出 口水焓 ， k J k g i i 冷凝器进 口水焓 ， k J k g 式( 1 ) 相当于锅炉总有效利用热 =锅炉本体 吸 热量 + 冷凝器吸热量 ， 如按此式计算冷凝式锅炉 的 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -01 - 1 4 作者简 介：董黎 明 ( 1 9 7 5一 ) ， 工程 师 ， 从事锅炉设计 。 有效利用热会大于常规锅炉 的有效利用热 ， 多出冷 凝器吸收热， 笔者认为冷凝式锅炉的总有效利用热 应按常规锅炉的有效利用热进行折算 ， 即以常规锅 炉的热功率来衡量冷凝式锅炉的出力。 2 烟气冷凝 率的确定 烟气冷凝率理论计算按下式进行： V H， o 一 l ， 0 = r t H ， o ( 一 l ， o ) ( 2 ) V H 2 0 r 0 H， 0 0 t ： ( 3 ) r H2 o rH2 0rH2 O 式中 ， 。 初始状态下烟气 中水蒸气容积 ( 水 蒸气量 1 N m 燃料 ) ， N m N m 冷凝率 ， r 0 2 0 初始状态下烟气中水蒸气份额 ， ， lH 1 。 冷凝温度 t 下的烟气中水蒸气份 额 ， 初始状态下烟气体积 ( 烟气量 1 N m 燃料) ， N m N m。 天燃气燃烧 产生 的烟气冷 凝率根 据式 ( 3 ) 计 算 ， 冷凝曲线见图 1 。 计算用模拟天然气参数 ( 体积份额 ) 见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 工业锅炉 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 2 2期 ) 1 2 0 1 00 爨 8 0 瓣 6 O 鬈 。 2 O O ； ； ： ； - ； j _ j _ ； 0 l f r ； 1 0 l Z 25 3 0 35 4 0 45 5O S5 烟气 温 度 图 1 天然气烟气冷凝率曲线 若按理论计算天然气烟气中水蒸气在 5 7 6 时才发生冷凝 ， 但根据 MU l l e r酸露点 曲线 图( 如图 2 ) ， 烟气的酸露点温度大大高 于水蒸气露点 温度 ， 即烟气在酸露点开始冷凝 ， 实际测试 时排烟温度在 1 2 0 o C已有冷凝液产生。烟气冷凝率是难以以计算 来确定的； 开始冷凝 的露点不仅与烟气 中的水蒸气 分压有关 ， 还与烟气 中的 S O 含量有关 ， 需参考实验 测试数据来确定 ， 实测烟气冷凝量见表 2 。 赠 圯 麓 f - 。 。 _ ， ，一 S O 体积 含艇 (1 0 ) 图 2 Mi i l l e r 酸露点 曲线 图 表 2实测烟气冷凝量 项 目 数值 运行压力 MP a 蒸发量 ( k g h ) 模拟燃气热值 ( k J N m ) 燃气消耗量 ( N m h ) 冷凝器进水温度 冷凝 器出水温度 排烟温度 烟气冷凝量 ( k g h ) 3 冷凝式锅炉热效率 的计算 冷凝式锅炉热效率按式 ( 4) 计算 。式 ( 4) 根据 文献 1 及文献 3 得出， 考虑到烟气冷凝放热， 其 中未冷凝部分燃料发热量按低位发热量计算 ， 冷凝 部分按高位发热量计算。 ，Q ( 1 一 l ) + Q b l 叼 了一 一E q ) X 1 0 0 ( 4 ) 叩 ： ( ) 叩 ：一二 X1 0 0 叼=( 1 0 0+1 0 X l 一 g ) ( 5 ) 式中 Q 。 燃料低位发热量 ， k J N m Q 燃料高位发热量 ， k J N m 烟气冷凝率 ， q 锅炉热损失 ， 卵 锅炉热效率 ， 根据天然气热值 ， 1 0 0 一1 1 0 。 4 冷凝式锅炉燃料消耗量计算 锅炉燃料消耗量按式 ( 6 ) 计算。 曰 = Q l 叼 ( 6 ) Q =Q +i 式中曰 ； 计算燃料消耗量 ， N m h Q 送人炉膛热量 ， k J N m。 i r 物理热 ， k J N m 式 ( 6 ) 根据文献 1 ， 式 ( 6 ) 内的有效 利用热应 按折算后的值代人。 5 计算 结果对 比分 析 以单位蒸发量、 热力除氧给水为条件进行热平 衡计算 比较 ， 详见表 3 。 表 3冷凝式锅 炉热平衡计算比较 注： 计算中排污热量未计。 通过 以上计算可发现 ， 使用折算吸热量为依据 ( 下转第 2 4页) 舛 ， 卯 呲 删 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 0年第 4期( 总第 1 2 2期) 已经扣给水成本 ， 给水单价取 1 0元 t ； 蒸汽销售增值税率取 1 3 ， 企业所得税税率取 2 5 。 4 2消除安全隐患 在锅炉启动升压过程 的中后阶段 ， 绝大多数蒸 汽通过主蒸汽管道和新增管道进入热网 ， 保证通过 主蒸汽管的蒸汽温度接近过热器 出口的蒸汽温度 ， 确保蒸汽测温点能真实反 映过热器的实际温度 ， 既 防止水冲击事故的发生 ， 又保证过热器不被过烧 ， 消 除了过热器存在的安全隐患。 同时 ， 改造后能保证锅炉主蒸汽管道得到充分 的暖管， 减少了主蒸汽管道在启动过程中产生过大 的热应力。 4 3 环 保效 益 改造后 ， 虽然仍有少量蒸汽通过对空排汽阀及 其消音器 ， 但其压力较低 ， 排汽噪音较小。绝大多数 高压蒸汽通过主蒸汽管道和新增管道 ， 经过减温减 压器进入热网， 大大减少 了噪音污染 ， 还周边居民一 个 良好的生活环境 。同时 ， 回收利用大量热量 ， 避免 了这些热量排人大气所造成的热污染 ， 还 回收利用 了 2 0 4 8 t 水资源。 每年 回收利 用 的 6 4 0 2 3 G J热 量可 折 算成 2 6 7 7 t 标煤 ， 可减少 S O 2排放 5 0 7 7 k g ， 减少 N O 排放 2 7 4 9 k g ， 减少粉尘排放 1 1 6 4 k g ， 减少 C O 排 放 4 5 7 1 3 t ， 环保效益和社会效益均十分显著。 5 结束语 ( 1 ) 由于锅炉采用母管制运行和汽轮机采用定 压启动方式 ， 在 C F B锅炉启停过程及压火期间 ， 锅 炉产生的蒸汽主要通过对空排汽 阀排人 大气 ， 并且 持续较长时间， 不仅浪费了大量 的热能 ， 损失了大量 ( 上接第 1 6页) 进行计算 ， 冷凝式锅炉的燃 料消耗量 比常规锅炉降 低 7 9 5 ， 而热效率提高 8 ， 两者基本吻合 。 6 结束语 笔者认为冷凝式锅炉热平衡计算 中应以燃料的 低位发热量为基准、 以锅炉热功率为依据进行折算 ， 这样计算出来的冷凝式锅炉热效率、 燃料消耗量的 差异才得以体现 。冷凝式锅炉为常温进水 ， 有效利 用热不必进行折算。强 参考文献 1 前苏联全苏热工研究所和中央锅炉透平研究所 锅炉机 的蒸汽， 还存在过热器超温的安全隐患， 排汽噪音影 响周边环境 。 ( 2 ) 根据现场实 际情况进行技术 改造 ， 在每 台 锅炉主蒸汽手动隔离阀前引 出 1根管道 ， 加装 2个 闸阀， 通过新增管道将锅炉启停过程及压火期 间产 生 的蒸汽经过减温减压器引入热网 ， 供热用户使用 。 ( 3 ) 通过技术 改造将 母 管制机 组锅 炉启 停排 汽通过减温减 压器 引入 热 网 ， 4台 C F B锅 炉每年 可回收利用 6 4 0 2 3 G J 热量 ( 折合 2 6 7 7 t 标煤 ) ， 多供蒸汽 2 3 1 0 1 t ， 并 回收二级除盐水 2 0 4 8 t ， 减 少 了热量浪 费 和蒸汽 损失 。根 据 2 0 0 9年度 平均 价格计算 ， 每年多缴税金 1 0 8 4 3 9元 ， 增加企业利 润 2 1 8 2 2 8元 ， 经济效益非常明显 ， 并且大大降低了 噪音污染和管道热应力 ， 消除了过热器超温隐患 ， 环 保效益和社会效益均十分显著。 ( 4 ) 节能降耗、 降低成本 已成 为热电企业在市 场经济中立足的基础 。通过技术改造回收利用锅炉 启停过程的排汽 ， 具有投资少 、 见效快的特点， 符合 “ 节能减排” 的政策 ， 不仅给企业带来可观的经济效 益 ， 还具有显著 的社会效 益和环保效益 ， 应广泛提 倡、 推广应用。髓 参考文献 1 陈勇， 等 D G 7 5 3 8 2 一 型锅炉设计资料 R 自贡 ： 东 方锅炉厂 ， 1 9 9 9 2 蒋敏华， 肖平 大型循环流化床锅炉技术 M 北京： 中 国电力出版社 ， 2 0 0 9 3 程晓华 循环流化床锅炉过热器防过烧措施 J 淮南职 业技 术学 院学 报 ， 2 0 0 5， 5 ( 1 ) ： 1 41 5 4 G B 1 2 3 4 8 -2 0 0 8 ， 工业企业厂界环境噪声排放标准 S 组热力计算 一 标准方法( 1 9 7 3年版) M 北京： 机械工 业 出版社 ， 1 9 7 6 2 车得福 冷凝式锅炉及其