制粉系统运行方式对锅炉参数的影响研究.doc

N o. 32002华北电力技术N O R T H CH IN A EL EC T R IC POW ER 13制粉系统运行方式对锅炉参数的影响研究T h e E ffec t o f Co a l P u lve r izin g Sy s tem O p e ra t io n M o de o n Bo ile r P a ram e te r s东南大学动力工程系(江苏南京 210096) 钱志永张永福摘要: 在中间储仓式制粉系统中, 当磨煤机出力B m 和锅炉耗煤量 B 不同时, 制粉过程捕集的水 分以及对燃烧过程的影响会改变锅炉运行的参数。通过对锅炉的热力计算, 分析了B m 和B 在不 同比值时参数变化的主要原因。关键词: 制粉系统; 水分; 锅炉参数中图分类号: T K 22916+ 3文献标识码: A文章编号: 100329171 (2002) 0320011204中间储仓式制粉系统在我国电厂锅炉系统中 被大量采用, 其优点是制粉系统响应锅炉负荷变 动速度快, 系统可靠性较高。 由于中间储仓的存 在, 磨煤机的出力与锅炉负荷不必完全一致, 即使 磨煤设备发生故障, 煤粉仓内积存的煤粉仍可供 锅炉需要, 一般可保证锅炉在额定负荷下几个小 时的用量。 正是由于磨煤机出力与锅炉负荷的不 一致, 在锅炉运行过程中出现了磨煤机出力 B m 大于、等于或小于锅炉耗煤量B 等情况。 对于采 用乏气送粉系统的锅炉来说, 锅炉的送粉方式在 上述不同情况下要分别做出以下 3 种相应的调很多, 且参数之间又相互影响、相互制约。 本计算采用前苏联 1973 年标准, 为使所要研究问题直观 明了和不使问题过分复杂, 只计算锅炉在额定负荷时的工况, 即 100% 负荷; 并假定过量空气系数、一次风率、受热面的污染程度、煤粉细度等都 保持不变。 当磨煤机出力B m 等于锅炉耗煤量 B时, 进入炉膛的水分包括煤粉和磨煤乏气所含水分, 其值正好与原煤B 所含应用基水分相同。 当 磨煤机出力B m 大于锅炉耗煤量B 时, 如B m B =112, 这时进入炉膛的水分包括煤粉和磨制 112 B原煤的乏气所含水分; 当磨煤机出力 B m 小于锅 炉原煤消耗量 B 时, 如 B m B = 018, 这时进入炉膛的水分包括煤粉和磨制 018 B 原煤的乏气所含 水分。当磨煤机全停时, 进入炉膛的水分只有煤粉所含水分。因此, 当磨煤机出力B m 与锅炉耗煤量B 不相等时, 由于磨煤乏气所含水分的差异, 相当 于锅炉燃烧的煤种发生了改变, 以下对 B m B 为 不同比值时燃料的应用基成分进行了折算。 结果见表 1。表 1不同工况时燃料的折算性质名称及单位B m B 为不同比值时燃料的应用基折算成分整: 当磨煤机出力大于或等于锅炉耗煤量时, 采用B m B10015018112113乏气送粉; 当磨煤机出力小于锅炉耗煤量时, 采用C y%551135916957156561285416554127半乏气半热风送粉; 当煤粉仓已满, 磨煤机全停H y%310931333121311431053103时, 采用热风送粉。本文将以热电厂中较为常见的O y%411341454129411941074104220 th 中间储仓式制粉系统磨煤乏气送粉锅炉N y%113411441139113611321131为对象, 通过热力计算研究这 3 种情况下制粉系S y%013401370135013501330133统对锅炉参数的影响, 以期为锅炉设计、运行、性W y%719301854139615191239186能的在线监测和故障诊断提供一些参考。A y%271742918728181281172713527116Q ydw 1设备概况及原煤特性(kJ k g- 1 ) 21 270 22 904 22 087 21 597 20 971 20 824V y%201912117420197201351919419177采用 H G220 th 锅炉为计算对象, 设计煤种为淮北烟煤, 分析基水分W f = 1171% , 煤粉水分可见, 随Bm B 的变小, 燃料的应用基水分变W m f = 015W f。2各种运行工况的参数计算值及分析锅炉作为一个复杂系统, 其参数的影响因素小, 挥发份和低位发热量变大, 煤质向变好的方向 发展。炉膛出口烟温 l 是一个十分重要的参数, 它 不仅反映炉内燃烧和辐射传热质量的优劣, 还是保证锅炉安全、经济运行很重要的参数。 l 的大 小对屏过和对流过热器区的烟温影响最大, 并会 影响排烟温度。因此, 对 l 重点讨论。在计算炉膛 出口烟温 l 时, 采用如下公式:不影响煤粉的着火和燃尽过程, 即火焰中心的位 置不变化。此时 x = 0,M 值的大小不变。锅炉参 数的计算值如表 2 所示。炉膛出口烟温 l 的变化曲线如图 1, l 随3l= T l- 273=T a- 273B m B的增大而略有升高, 但变化很小, 上下仅相M ( 0 a l7 F T a ) 016 + 1B jV C p差 111, 所以对后屏区和对流过热器区的烟温影响很小, 排烟温度也基本不变 ( 见图 2)。 当 l(1)的变化不大时, 减温水量无变化。随着Bm B 的变式中B j 计算燃料消耗量, k g s;T aT l 理论燃烧温度和炉膛出口烟温, K;V C p 在温度 T a 和 T l 之间燃烧产物的 平均比热容;7 水冷壁的热有效系数, 在锅炉运行 过程中, 其变化很小, 可视为常数;a l 炉膛黑度;M 考虑炉内火焰最高温度相对位置的 参数。M = A - B (x r + x )其中, x r 是燃烧器的相对高度, x 是炉内火焰最高温度的位置偏离燃烧器布置水平面的修正值。小, 进入炉膛水分的减少, 烟气量减少, 排烟损失 下降, 锅炉效率有所增加 ( 见图 3) , 从 90195% 提 高到 91112% , 变化较大。图 1炉膛出口烟温与B m B 关系图由公式 ( 1) 可知, 在锅炉运行过程中, 炉膛出 口烟温 l 只与 T a、B j、V C p、M 、a l 有关。以下将通 过分步讨论, 分析在制粉系统运行方式改变时, 锅 炉参数变化的主要原因。211参数M 不变时锅炉的有关参数及分析项目B m B首先, 考虑炉膛黑度 a l 的变化对 l 的影响,0015 018 1112113随制粉系统进入炉膛水分的多少和送粉方式 的改变会使 T a、B j、V C p、a l 发生变化。假定此时表 2参数M 不变、B m B 为不同比值时锅炉参数计算值图 2排烟温度与Bm B 关系图理论燃烧温度 T a 1 98218 1 97016 1 96217 1 95715 1 95213 1 94916炉膛出口烟温 l 1 05014 1 05018 1 05112 1 05113 1 05114 1 05115后屏出口烟温934 934 934 934 935 934高过出口烟温72618 72610 72619 72219 72716 72318减温水假设 a l= 01898 9 时, 对以上各工况下炉膛出口烟 温的计算, 如表 3 所示, 把表 2 和表 3 结果相比较, 在 a l 减小 0102 时, l 的值增大了 7左右。表 3炉膛出口烟温的计算结果B m B 的值1 015 018 1 112 113炉膛出口烟温 l 1 05910 1 05715 1 05810 1 05810 1 05819 1 05912量k g12 500 12 800 12 800 13 200 13 000 13 200 排烟温度147191 148112 148125 147142 148102 147152排烟热损失% 6125 6130 6138 6140 6142 6143锅炉效 率% 91112 91108 90199 90197 90196 90195B m 和 B 的不匹配会使炉膛黑度发生变化,在上述工况下, a lB m B 的变化曲线如图 4。 随B m B 的变大, 炉膛黑度基本上呈直线增长, 但变 化的幅度很小, 从最小值 01918 586 到最大值送粉方式 热风送粉 半热风无三次风 半乏气半热风半乏气 乏气乏气乏气01919 714, 变化幅度不足 01001 2, 仅占 0102 的6% 。图 3锅炉效率与B m B 关系图图 4炉膛黑度与B m B 关系图l l 5a由公式 (1) 求 对 a 的偏导数, 5l 0, 说明 l 随 a l 的减小而增大; 并且 a l 越大, 其气送粉方式居于两者之间。 另外, 随 Bm B 的增变化对 l 影响的程度越小。 因此, 炉膛黑度的变大, 燃料带入炉膛水分的增加, 更加大了煤粉着火化对 l 的影响绝对不会超过 015。在我们要讨热, 令着火推迟。 从炉内烟气条件来看, 随 Bm B论的范围内, a l 不是影响 l 的主要原因。随着乏气带入炉膛水分的增多, 单位燃料带入炉膛的热量明显减少, 所生成烟气的热容 V C p 增大, 因而理论燃烧温度 T a 显著降低。 T a 的降 低将导致炉膛出口烟温降低, 但炉内平均温度水 平的降低致使辐射传热的减少, 又会使炉膛出口 烟温升高。在燃料燃烧后, 这部分水分吸热变成水蒸气并随烟气排入大气, 使锅炉效率降低, 锅炉的 耗煤量B 增加。 水分的增多, 还会使炉膛黑度 a l 增大, 炉膛辐射吸热量增加。在上述条件的综合作 用下, 当原煤的应用基水分含量不高且火焰中心 的位置不变化时, 制粉系统运行方式主要对理论 燃烧温度 T a 影响较大, 对炉膛出口烟温 l 影响很小, l 基本维持在恒定值。 本算例所用煤种属中等水分烟煤, 从图 1 曲线的趋势看, 高水分煤种对 T a 和 l 的影响将更大。可见, 制粉系统运行方式对 T a 和 l 的影响和原煤应用基水分的大小有很大关系。212参数M 变化时锅炉的有关参数及分析根据热平衡原理, 实现稳定着火的必要条件 是: 煤粉气流从烟气中吸收的热量大于煤粉气流着火需要的热量, 对同一种煤质, 采用热风送粉和的增大, 炉内的烟气温度水平降低, 对煤粉气流着 火不利, 整个燃烧过程的进展也更缓慢。送粉方式由热风送粉转换为半乏气半热风送粉或乏气送粉时, 炉内燃烧火焰中心的位置将抬 高。中心位置的变化程度与煤种、B m 和B 的差异 及一、二次风如何匹配有关, 这已被国内电厂大量 的运行实践所证实1 。综上所述, 当制粉系统的运行方式改变时, 即 使锅炉的负荷不发生变化, 炉内火焰燃烧中心也 要发生变化。因此, 在讨论 l 的影响因素时, 必须考虑参数M 的变化, 具体表现为:当B m B 时, 燃烧过程将被推迟, 此时 x 0,M 的值将减小。当 B m B 时, 燃烧条件变好, 着火过程将提 前, 此时 x 0,M 的值将增大。在上述几种工况下, 对 x 在其变化方向上 取不同的假定值, 以此讨论M 的变化与锅炉参数的关系。锅炉相关参数的计算结果如表 3 所示, 计算 结果显示, 火焰中心位置的变化对锅炉的参数影 响较大, 特别是对炉膛出口烟温 l 的影响最为显 著, 随火焰中心位置的升高或降低, l 相应的增加或降低。 当火焰中心上下变化 2 m 时, l 上下 相差 6217, 大大超过 T a 的变化值, 火焰中心的 高度每变化 011 m , l 变化约 3。(如图 1 所示) 当火焰中心位置上升时, 炉内辐射吸热量减少。表 3当参数M 变化、B m B 为不同比值时 锅炉参数计算值B m B91132% 。 与不考虑火焰中心位置改变时相比, 排 烟温度和锅炉效率均有较大的变化。 比较图 3 两 条曲线, 火焰中心提高越多, 锅炉效率降低越多, 反之亦然。 锅炉效率的较大变化是炉膛出口烟温 l 较大的变化造成的。在计算过程中, 并未考虑机械不完全燃烧损失的变化, 实际上理论燃烧温度降低和燃烧的推项目x 的假定0 015 018 1 112 113迟将使飞灰含碳量增大, 锅炉的效率降低更大。值m - 1 - 018 - 015 0 016 1系数M 01492 01486 01479 01466 01451 0144理论燃烧温度T a 1 98218 1 97016 1 96217 1 95715 1 95213 1 94916炉膛出口烟温l 1 01919 1 02717 1 03612 1 05113 1 06915 1 08216后屏出口烟温908 915 921 934 949 956过热器出口3结论(1) 制粉系统运行方式对锅炉运行参数有较 大的影响, 是因为制粉过程捕集水分的变化和不 同送粉方式对燃烧的影响所造成的, 并与原煤的 应用基水分含量有很大关系。( 2) 在制粉系统磨煤出力最大时, 要协调好烟温71115 71617 71711 72219 72713 73216减温水量k g 6 500 7 000 11 000 13 200 16 000 19 500排烟温度磨煤电耗和锅炉负荷的关系,烟温过高。并要防止炉膛出口145162 147183 148101 147142 150102 152103排烟热损失% 6107 6124 6138 6140 6158 6159锅炉效率% 91131 91113 90199 90197 90179 90178送粉方式热风送粉 半热风 半热风无三次风 半乏气 半乏气 乏气乏气乏气可见, 火焰中心位置的变化是引起炉膛出口 烟温变化的主要原因, 并会影响炉膛吸热量。炉膛出口烟温的较大变化, 对后屏区和对流 过热器区的烟温水平影响较大。 对保证过热蒸汽不超温, 减温水量增加较多。 显然, l 增加过大,炉膛出口有结渣的危险, 对后屏和对流过热器的安全也不利, 大量的喷水