收稿日期: 20030810作者简介: 孟勇(1975),男,工程师,1997年毕业于华北电力大学(北京),现在国电热工研究院电站运行技术中心从事锅炉性能试验研究工作。
AS ME PTC4.1计算循环流化床锅炉效率的基本方法孟 勇,吴生来(国电热工研究院,陕西西安 710032)[摘 要] 循环流化床锅炉由于脱硫剂的添加,使得其在效率计算方法上与普通煤粉炉有所区别,而作为性能考核依据的AS ME PTC4.1的效率计算部分没有考虑添加脱硫剂后发生煅烧和脱硫反应对锅炉效率的影响。
对此,提出了采用AS ME PTC4.1计算CF B 锅炉效率的基本方法,该方法可为CF B 锅炉性能考核时的效率计算提供参考。
[关键词] CF B 锅炉;AS ME PTC4.1;掺烧石灰石;基本计算;热损失计算;锅炉效率[中图分类号]TK 212 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2003)10005303 循环流化床(CF B )锅炉由于其燃料及脱硫剂多次循环反复地在炉内进行低温燃烧和脱硫反应,成为近年来备受重视的高效低污染清洁燃烧技术。
迄今为止,我国已有近100台CF B 锅炉投入商业运行,目前,引进国外技术的100MW 级CF B 锅炉在电力行业也相继投产。
由于脱硫剂的添加,CF B 锅炉效率计算方法与普通煤粉炉有所区别。
采用国外设计标准制造的锅炉,性能考核依据一般采用AS ME 标准,如一些新近投产和正在建设的440t/h CF B 锅炉在商务合同中签定以AS ME PTC4.1作为性能考核依据,但AS ME PTC4.1中效率计算部分没有考虑添加脱硫剂后发生煅烧和脱硫反应对锅炉效率的影响,因此,国电热工研究院同有关锅炉厂、发电厂及电力试验研究所,对如何用AS ME PTC4.1计算CF B 锅炉效率进行了认真讨论,提出一套采用AS ME PTC4.1计算CF B 锅炉效率的计算方法。
1 CFB 锅炉与普通煤粉锅炉效率计算的区别1.1 热损失项目使用AS ME PTC4.1标准考核锅炉效率,一般采用热损失法,输入热量仅考虑燃料的低位发热量,热损失项目包括:(1)干烟气带走的热损失;(2)燃料中氢燃烧生成水分引起的热损失;(3)燃料中水分带走的热损失;(4)空气中湿分带走的热损失;(5)未燃碳分热损失;(6)C O 未完全燃烧热损失;(7)辐射对流热损失;(8)未测量热损失。
CF B 锅炉由于添加石灰石,发生煅烧吸热和脱硫放热反应,将二者作为热损失和效率增益考虑,统用热损失表示,则热损失除普通煤粉锅炉所考虑的项目外,又增加了煅烧吸热和脱硫放热引起的热损失和热增益、石灰石中水分带走的热损失及灰渣显热损失4项。
使用AS ME PTC4.1标准计算普通煤粉锅炉效率,未测量热损失主要包括灰渣显热损失、磨煤机排出煤矸石带走的热损失、渣井辐射热损失等,CF B 锅炉由于没有煤矸石排出,渣井辐射热损失也不存在,灰渣显热损失又进行了计算,因此可不再计及未测量热损失。
1.2 灰分和水分普通煤粉锅炉效率计算中灰分为入炉燃料中的灰分A ar ;CFB 锅炉效率计算中灰分由4项组成:燃料中所含的灰分A ar 、脱硫反应生成的硫酸钙A CaS O 4、未反应的氧化钙A CaO 、石灰石中的杂质A ’,即A =A ar +A CaS O 4+技术交流热力发电・2003(10)p x © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.A CaO+A’(%)。
普通煤粉锅炉效率计算中水分为入炉燃料中的水分M ar,CFB锅炉效率计算中水分包括煤中所含的水分M ar和石灰石中所含的水分M s。
1.3 干烟气成分普通煤粉锅炉效率计算干烟气中C O2与C O为燃料中C(S折算成当量C)的燃烧产物,在CF B锅炉效率计算中,干烟气中的C O2与C O由3部分组成,即实际烧掉的燃料碳C b燃烧生成的C O2与C O、部分燃料硫(未被盐化成CaS O4的S O2所对应的S)燃烧生成S O2折算的C O2,石灰石中碳酸钙完全分解产生的C O2。
以上参数的改变,均对CF B锅炉效率计算产生影响,增加了CF B锅炉效率计算的复杂性。
2 基本假设(1)燃料中S ar的S O2转换率为k(一般取90%),其余部分(10%)为未参加燃烧反应的不可燃硫和自脱硫。
因此,入炉燃料中可燃硫按90/100×S ar计。
(2)石灰石中MgC O3因为发生分解反应后生成的MgO几乎不与S O2反应,为惰性物质,因此MgC O3按惰性物质处理,这种处理方法与锅炉厂设计计算一致。
(3)在计算干烟气和由其导出的干空气量时,石灰石中CaC O3全部发生分解反应,生成C O2。
但实际燃烧过程中,会有部分CaC O3未参加反应,因为无法确认CaC O3的真正参加反应份额,因此效率修正时石灰石吸、放热反应可取设计值。
3 计算依据的化学反应方程式计算所依据的化学反应方程式包括:(1)煤的燃烧反应C+O2=C O22C+O2=2C O2H2+O2=2H2OS+O2=S O2(2)石灰石的煅烧和硫酸盐化反应CaC O3=CaO+C O2CaO+S O2+12O2=CaS O44 基本计算4.1 钙硫摩尔比入炉煤量为B(t/h),石灰石量为G(t/h),石灰石中碳酸钙含量为CaCO3(%),煤中硫分S ar,则钙硫摩尔比为: (Ca/S)=32×CaCO3×G/(100×B×S ar×k)4.2 灰渣量计算(1)假设脱硫效率为ηs(%),入炉燃料带入的灰分由4部分组成:1)脱硫后生成的CaSO4: A CaS O4=4.246×k×S ar×ηs/100(%)2)未反应的CaO: A CaO=1.75×k×S ar×[(Ca/S)-ηs/100](%)3)石灰石中的杂质: A’=3.125×(1-CaCO3/100-M s/100)×k×S ar×(Ca/S)(%)4)煤中灰分:煤中灰分即A ar。
(2)估算的干灰渣量W dp: W dp=A×100/(100-C av)(%)其中C av(%)为灰渣平均可燃物。
(3)实际烧掉的碳C b: C b=C ar-W dp×C av/100(%)4.3 干烟气量和干空气量计算(1)根据AS ME PTC4.1干烟气量计算公式: WG′=(千克干烟气/摩尔干烟气)×[1/(千克碳/摩尔干烟气)]×(千克碳/千克入炉燃料)(kg/kg)(2)每摩尔干烟气的重量:(44.01C O2+28.01C O+32.00O2+28.02N2)/100(kg/m ol)(3)对每摩尔干烟气而言,烧掉的当量碳的重量: 12.01(C O2+C O)/100(kg/m ol)(4)排烟中生成的C O2(C O2+C O)对应烧掉的当量碳由3部分组成:1)直接燃烧生成C O2的煤中碳C b(%)2)直接燃烧生成S O2的煤中硫折算成C(未被盐化成CaS O4的S O2所对应的S):技术交流 p y 热力发电・2003(10)© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. (12.01/32.07)×k×S ar×(1-ηs/100)(%)3)石灰石中CaC O3煅烧生成C O2折算成的C: (12.01/32.07)×k×S ar×(Ca/S)(%)(5)每公斤入炉燃料产生的干烟气量: WG′=[(44.01×C O2+28.01×C O+32.00×O2 +28.02×N2)/12.01/(C O2+C O)]×[C b+(12.01/32.07)×k×S ar×(1-ηs/100)+(12.01/32.07)×k×S ar×(Ca/S)]/100(kg/kg)同理,可导出干空气量计算式。
5 热损失计算(1)在CF B锅炉效率计算中,烟气中的水分包含了石灰石中所含的水分,相应烟气中的水分分压力也有所变化,在查水蒸气焓时应予以注意。
使用AS ME PTC4.1标准中的热损失法计算CF B 锅炉热效率,输入热量仅考虑燃料的低位发热量,热损失项目涉及到钙硫摩尔比、灰渣量W dp、实际燃烧掉的碳分C b、干烟气量和干空气量、烟气中水蒸气焓等参数,采用上述公式代入计算即可。
(2)煅烧吸热和脱硫放热引起热损失的计算如下。
CaC O3煅烧热损失: L CaCO3=1830×CaCO3×G/B/H LV(%)脱硫放热: q=15141×k×S ar×ηs/100/H LV(%)石灰石中水分带走的热损失: L s=M s×G/B×(h″-h RV)/H LV(%)式中:h″为烟气中水蒸汽焓;h RV为基准空气温度下饱和水蒸汽焓;H LV为燃料收到基低位发热量。
(3)考虑到CF B锅炉散热表面积比等容量煤粉锅炉大,辐射对流热损失按AS ME PTC4.1提供的图查取后,可再乘以一个等容量CF B锅炉与煤粉锅炉表面积比的系数进行修正。
但AS ME PTC4.1提供的热平衡图包括了制粉系统,而CF B锅炉本身没有制粉系统,无疑CF B锅炉不存在制粉系统的散热损失,因此,如何评估CF B锅炉散热损失,仍需商榷。
(上接第31页)4 结 论按现有的热经济学方法计算成本,在处理燃料双线流时,对不同品质的蒸汽流不加区别,其火用价都按高品质蒸汽的火用价计算是不合理的。
通过本文的论证,认为蒸汽火用的品质不同,其做功的能力也不同,为此,对原有补充方程进行了改进,引入了能质系数的概念。
新的补充方程充分体现了不同质不同价的经济规则,因而使成本分析更科学合理。
这一方法既可用于联合循环系统的分析,也可用于一般蒸汽轮机系统、热电联产系统的分析。
[参 考 文 献][1] 王加璇,杨勇平,王清照.关于热经济学定价的矩阵法[J].工程热物理学报,1992,(2):1 6.[2] 王加璇,张恒良.动力工程热经济学[M].北京:水利电力出版社,1995.[3] 项新耀.工程火用分析方法[M].北京:石油工业出版社,1990.[4] 朱明善,陈宏芳,等.热力学分析[M].北京:高等教育出版社,1992.(上接第40页)5 结 论(1)四角切圆燃烧、П型布置锅炉炉膛出口水平烟道的烟温偏差可能是导致屏式再热器壁温分布乙侧高的主要原因,这种分布使屏式再热器乙侧第5排管壁温偏高,易造成其管壁超温。