锅炉选型分析.doc

锅炉选型分析引言西北某油田公司现有各种锅炉109台（其中甘肃境内58台、青海境内51台），按照出口介质蒸汽炉有30台（甘肃境内9台、青海境内21台），热水炉79台（甘肃境内49台、青海境内30台）。其中煤改气锅炉有52台（甘肃境内36台、青海境内16台）。地域差别：在青海境内的锅炉使用地区海拔在2800米左右，在甘肃使用的锅炉海拔在1000米左右，两者之间海拔差1800米，但在锅炉选型中并没有考虑海拔对锅炉的影响，致使青海境内的锅炉效益低下，噪音高、能耗高。大气压强、空气密度及含氧量随海拔高度变化情况序号高度（m）压强（mmHg）空气密度（kg.m-3）含氧量（kg.m-3）备 注107601.2920.260230005300.8920.206340004680.8020.186450004120.7190.166一、高海拔低气压对燃烧的影响1、 燃烧速度 ：燃烧速度m与炉内压力p存在如下关系mPn (1)式中 n-反应级数，煤气n=2 轻油n=1.52 重油及煤n=1由于反应级数的取值主要取决于燃料的种类，这就决定了燃用不同燃料的锅炉，大气压力对其燃烧速度的影响也不同，重油和煤影响最小，燃气影响最大，这是因为燃烧速度与炉内压力的平方成正比。柴达木盆地海拔高度2800m，大气压力530mmHg，与平原地区相比其燃烧速度mH为：mH=（Ph/Po）2m0=（530/760）2m0=0.49m0由此可以看出, 柴达木盆地只有平原地区的一半，燃烧速度的降低意味着单位时间内燃料燃烧释放的热量将减少，从而导致锅炉出力不足。2、 燃尽时间：由于燃烧速度降低，燃尽时间将延长。炉内压力p与燃尽时间存在如下关系：0P-（n-1） (2)则柴达木盆地燃尽时间0H=（Po/Ph）0=1.430燃尽时间的延长意味着烟气在炉内的滞留时间将缩短，从而造成化学不完全燃烧q3增大,热效率下降。所以从理论上讲，平原地区的锅炉在高海拔地区使用，即使对空气量进行修正，一般也很难达到平原地区的效果，其热效率和出力均有不同程度的下降。二、 烟风特性及燃烧器的选型随着大气压的下降，空气的密度及其含氧量均会下降，因而按标准状态下计算和选配的燃烧器，显然不能满足高海拔地区运行，必须对其风量和风压进行修正。1、 对参数确定的锅炉而言，其燃料消耗量应为定值。由于空气中氧气的含量为定值（约21%），则1Nm3燃气在高原地区完全燃烧所需的理论空气量VHo为：VHo=（o/h）Vo (3)式中 o标准状态下空气的密度，kg/ Nm3 hH海拔高度下空气的密度，kg/ Nm3 Vo标准状态下理论空气量，Nm3/ Nm3在热工计算中一般视空气和烟气为理想气体，所以满足理想气体状态方程p=rt，因锅炉装在室内，忽略海拔高度对大气温度的影响，则：o /H =0 /H (4)式中：0标准大气压，mmHg HH海拔高度大气压，mmHg则：VHo=（o/h）Vo=（po/pH）Vo柴达木盆地大期压530mmHg，则燃烧所需的空气量为：VHo=（po/pH）Vo=（760/530）Vo=1.43 Vo所以，在盆地内运行的锅炉，燃烧器选型时其风量应比平原地区增大1.43倍。目前油田选用的保温锅炉均在10吨以下，其燃烧器为自带鼓风机的一体式燃烧器，因燃烧器的输出功率与保证此输出功率下燃料完全燃烧所需的空气量存在对应关系，因此燃烧器的输出功率比平原地区大1.43倍。2、 风压：由于高海拔低气压造成空气量的容积增大，必然导致烟气容积也增大。若忽略炉内温度的影响，空气容积增大po/pH倍。若烟气的流通截面积不变，则烟气流速将增大，流动阻力将增大。锅炉烟风道的阻力h，包括沿程摩擦阻力和局部阻力，一般可用下式表示：h=(2/2)= () /2 (5)式中：阻力系数流体密度，kg/ m3流体速度，m/s质量流速，kg/ (m2.s)因为质量流速()与压力无关，所以：h=C. C/p式中C=()/2由此可见，阻力与流速成正比，即与当地大气压成反比。所以对于同型号锅炉，在高原运行时流动阻力h与平原地区ho相比，则有：h=（po/pH）ho=（760/530）ho=1.4ho所以，对于在盆地运行的锅炉。燃烧器选型时其风压应比平原地区增大1.4倍。三、 高原燃气锅炉设计中应注意的问题综上所述，高海拔低气压对锅炉设计的影响主要表现在；由于烟气容积的增大所造成的烟气滞留时间缩短饿燃烧速度的降低所导致的燃尽时间的延长两个方面。因此，高原地区燃气锅炉设计的核心问题是适当增大炉膛容积，延长烟气在炉内滞留时间，提高燃料的燃尽率。炉膛容积的大小，理论上讲应满足燃烧的烟气流在炉内的滞留时间不小于在此燃烧速度下的燃尽时间0，即：0由于高原地区燃烧产生的烟气容积为平原的（po/pH）倍，若炉膛容积不变，则实际烟气在炉内的停留时间将缩短至原来的1/（po/pH）倍，即；而燃尽时间却又增加了（po/pH）倍，即（po/pH），若要满足0的要求，则：/（po/pH）（po/pH）0/（po/pH）20因此对于同一锅炉而言，运行在高原的锅炉，炉内烟气的滞留时间将比平原地区减少（po/pH）2倍，由于烟气的滞留时间为炉膛容积V1与炉膛内的实际烟气量Vy的比值，即：= V1/Vy若要满足0的要求，需讲炉膛容积增大（po/pH）2倍，才能满足燃尽要求。盆地内按理论计算炉膛的容积需增大2倍才能满足燃尽的要求，但实际运行中，炉膛容积过大，炉膛容积热负荷qv很小，炉内温度将降低，反而不利于燃烧，另一方面，燃料在炉内停留时间过长，将发生析炭反应，如：甲烷，反应时间超过0.5s将产生严重的析炭现象，因此必须综合考虑。采取措施：1采取“扩容式”炉胆，适当增加炉膛容积，并控制炉膛出口温度900950，炉膛的容积热负荷qV控制在4200MJ/（m3.h）左右。3、 对流受热面的设计改造：结论：1、 高原低气压对锅炉的燃烧影响较大，为了延长烟气在炉内的滞留时间，一般可通过适当加大炉膛容积的办法来解决，并控制炉膛出口温度约900950。2、 高原低气压对辐射和对流传热的影响相对较小，计算时可忽略不计。但为了不使阻力过大而导致风机消耗功率过大，并进一步延长烟气在炉内滞留时间，应适当增加烟气的流通截面积，并控制流速在1416m/s。3、 高原低气压对锅炉