提高鍋爐爐膛出口煙氣含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確度減少鍋爐結(jié)焦和降低機(jī)組煤耗

1、第19卷,總第107期2001年5月,第3期節(jié)能技術(shù)E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol.19,Sum N o.107May 12001,N o.3提高鍋爐爐膛出口煙氣含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確度減少鍋爐結(jié)焦和降低機(jī)組煤耗張希光1,王繼承2(1哈爾濱第三發(fā)電有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱150024;2雙鴨山第一發(fā)電有限責(zé)任公司,黑龍江雙鴨山155136摘要:電站燃煤鍋爐煙氣含氧量的測(cè)量探頭都安裝在高溫預(yù)熱器入口,由于受漏風(fēng)和煙氣分層等因素的影響,無(wú)法根據(jù)氧量表的測(cè)量值準(zhǔn)確確定爐膛出口煙氣實(shí)際含氧量,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,本文提出將煙氣含氧量的測(cè)量探頭安裝

2、在鍋爐水平煙道內(nèi),使測(cè)量結(jié)果更接近于爐膛出口煙氣實(shí)際含氧量,并同時(shí)在煙道上安裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測(cè)量在線監(jiān)測(cè)裝置,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。關(guān)鍵詞:煙氣含氧量;爐膛出口;測(cè)量探頭;鍋爐效率中圖分類號(hào):TK 11+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-6339(200103-0029-03Improve the Accuracy of Oxygen Concentration Measurementat Furance Outlet to R educe Boiler Slag and Coal ConsumptionZH ANG X i 2guang 1,W ANGJi 2cheng 2(1H

3、arbin N o.3P ower Station ;2Shangyashan N o.1P ower Station Abstract :This paper introduce a method to im prove the measurement accuracy of oxygen concentration at furance out 2let.K ey w ords :Oxygen concentration ;measurement probe ;Boiler effciency收稿日期2001-04-06修改稿日期2001-04-18作者簡(jiǎn)介:張希光(1968-,男,助理工

4、程師。1前言某發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程1、2號(hào)機(jī)組安裝兩臺(tái)哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超高參數(shù)、有一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)鍋爐,型號(hào)是HG -670/140-11,配套200MW 汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐燃用高揮發(fā)分煙煤,鍋爐機(jī)械未完全燃燒熱損失設(shè)計(jì)值為1.5%,爐膛出口煙氣過(guò)?？諝庀禂?shù)設(shè)計(jì)值為1.2,這時(shí)煙氣含氧量為O 2=3.5%3.76%。由于煙氣含氧量的測(cè)量探頭安裝在高溫空氣預(yù)熱器入口,此處煙氣含氧量設(shè)計(jì)值為1.28,這時(shí)煙氣含氧量為O 2=4.6%4.83%。控制1、2號(hào)鍋爐氧量表的顯示為設(shè)計(jì)值時(shí),在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行中,多次測(cè)量鍋爐爐膛出口煙氣含氧量,發(fā)現(xiàn)其含氧量都偏離設(shè)計(jì)值,不同時(shí)期、不同負(fù)荷和不

5、同鍋爐其偏差程度都不一致。如果爐膛出口煙氣含氧量嚴(yán)重偏低,會(huì)使不完全熱損失急劇增加,同時(shí)加劇了鍋爐結(jié)焦,甚至有時(shí)鍋爐冒黑煙。如果爐膛出口煙氣含氧量超過(guò)設(shè)計(jì)值,由于氧氣僅占空氣的五分之一,因此煙氣含氧量每增加1%,就會(huì)使煙氣體積流量增加5%,使排煙熱損失增加很多。另外,由于煙道漏風(fēng)程度不同,會(huì)導(dǎo)致兩塊氧量表產(chǎn)生偏差。有時(shí)人為控制氧量表值為爐膛出口煙氣含氧量的設(shè)計(jì)值,而這時(shí)爐膛出口煙氣實(shí)際含氧量可能遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值,使不完全熱損失增加。2設(shè)備概況1、2號(hào)鍋爐呈“”型布置,爐膛四周為膜式水冷壁;爐膛上方布置前屏過(guò)熱器;爐膛出口處布置后屏過(guò)熱器;水平煙道布置有對(duì)流過(guò)熱器和再熱器熱段;尾部豎井煙道中布置有再

6、熱器冷段;上級(jí)省煤器;上級(jí)空氣預(yù)熱器;下級(jí)省煤器;下級(jí)空氣預(yù)熱器。為干態(tài)排渣煤粉爐,采用角式煤粉燃燒器,四角布置,切圓燃燒,配有鋼球磨煤機(jī),中間儲(chǔ)倉(cāng)干燥劑送粉系統(tǒng)。各段受熱面的煙溫和平均過(guò)?？諝庀禂?shù)設(shè)計(jì)值(100%D H 見(jiàn)表1。表1位置平均過(guò)?？諝庀禂?shù)(出口出口煙氣溫度1.3851393提高爐膛出口煙氣含氧量測(cè)量準(zhǔn)確度的重要性眾所周知,氧氣僅占空氣的五分之一,其余部分為92不能助燃的氮?dú)夂推渌倭繗怏w,因此進(jìn)入爐膛的空氣,只有五分之一被利用,其余部分隨煙氣進(jìn)入煙道,然后排入大氣。大家知道,燃煤發(fā)熱量來(lái)源于碳、氫和硫的燃燒,一般情況下,該公司鍋爐燃用煤C y=55.36%,H y =4.12%

7、,S y=0.19%(設(shè)計(jì)值。因此燃煤發(fā)熱量幾乎全來(lái)自于碳的燃燒,它的燃燒產(chǎn)物是二氧化碳,煙煤的RO2,max=18%19.5%,由于硫的含量極低,因此煙氣中二氧化硫含量也很低,CO2約等于RO2,在爐膛出口過(guò)剩空氣系數(shù)為1.0且完全燃燒時(shí)(理想狀態(tài),也就是爐膛出口煙氣中沒(méi)有氧氣時(shí),此時(shí)煙氣中CO2含量為最高值,也就是說(shuō)煙氣中的燃燒產(chǎn)物CO2最高含量只有18% 19.5%,其余部分為氮?dú)夂退魵?包括燃料帶入水分、空氣帶入水分、氫氣燃燒后生成水分和外來(lái)蒸汽,隨著煙氣中氧氣含量增加,煙氣中CO2含量逐漸降低,它們之間關(guān)系式O2+CO218%19.5%。為提高鍋爐燃燒效率,減少不完全燃燒熱損失,實(shí)

8、際送入爐內(nèi)的空氣量要比理論空氣量大些,實(shí)際空氣量與理論空氣量之比,稱為過(guò)量空氣系數(shù)。由于我公司鍋爐燃用的是煙煤,因此爐膛出口煙氣過(guò)剩空氣系數(shù)高低負(fù)荷都為1.2(設(shè)計(jì)值,這時(shí)煙氣含氧量為O2=3.5%。由于空氣中氧氣僅占五分之一,因此煙氣中多余的氣體(空氣約為3.5×5=17.5%;如果煙氣中O2=6%,那么煙氣中多余氣體約為6%×5=30%;如此遞增,如果氧量表顯示值為20.9%,那么煙道中氣體全是空氣,反應(yīng)出鍋爐是停止?fàn)顟B(tài)。為了使燃料在爐內(nèi)能夠盡快燃燒完全,實(shí)際空氣量要比理論空氣量大一些,上海鍋爐廠推薦固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛出口過(guò)?？諝庀禂?shù):無(wú)煙煤1.201.25,煙煤1.

9、151.20,燃油爐1.081.12。由于無(wú)煙煤比煙煤燃燒困難,因此爐膛出口過(guò)剩空氣系數(shù)選取要大一些;由于燃油燃燒比燃煤容易、劇烈,因此爐膛出口過(guò)?？諝庀禂?shù)選取要低一些。對(duì)爐膛出口過(guò)?？諝庀禂?shù)控制如此嚴(yán)格,其原因是煙氣中氧量輕微變化,就會(huì)使鍋爐效率變化很大。由于我公司鍋爐燃用是高揮發(fā)分煙煤,著火容易,燃燒劇烈,因此爐膛出口過(guò)?？諝庀禂?shù)應(yīng)適當(dāng)?shù)鸵恍?。在鍋爐各項(xiàng)損失中,排煙熱損失是最大一項(xiàng),約為4%8%,影響排煙熱損失的主要因素是排煙量和排煙溫度。排煙量大,排煙溫度高,則排煙熱損失也大。排煙量的大小決定于爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)及鍋爐漏風(fēng)量,過(guò)?？諝庀禂?shù)越大,漏風(fēng)量越大,則排煙量越大。鍋爐排煙熱損失(百分

10、數(shù)與鍋爐容量、結(jié)構(gòu)沒(méi)有關(guān)系,主要取決于燃料特性、鍋爐尾部排煙處煙氣含氧量(預(yù)熱器煙氣出口、排煙溫度與冷風(fēng)之差以及鍋爐燃燒效率。近似計(jì)算公式:q2=(K1a py+K2(t py-t lk/100×(1002q4/100式中K1=3.5+0.02W zs yK2=0.49+0.055W zs y(對(duì)于煙煤或褐煤W zs y=4187W y/Q y D(Q y D的單位為kJ/kgt py-排煙溫度t lk-冷空氣溫度q4-不完全熱損失計(jì)算中采用設(shè)計(jì)煤種、排煙溫度、冷空氣溫度和不完全熱損失,以煙氣含氧量為變量,近似計(jì)算結(jié)果如下:工況1O2=6%(煙道尾部煙氣含氧量,設(shè)計(jì)值q2=6.087

11、%工況2O2=7%q2=6.472%工況3O2=8%q2=6.915%工況4O2=9%q2=7.435%綜上所述,氧量每變化1%對(duì)排煙熱損失影響很大,以上計(jì)算僅考慮煙氣含氧量對(duì)鍋爐煙氣量的影響,沒(méi)有考慮對(duì)排煙溫度、轉(zhuǎn)機(jī)電耗等一些其它因素的影響。鍋爐效率每變化1%,影響發(fā)電煤耗4.02g/kWh。因此煙氣中的含氧量過(guò)大或過(guò)小,對(duì)鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)影響很大,具體分析如下:a11、2號(hào)鍋爐爐膛寬度11660mm,深度11660mm,假想切圓直徑1150mm,鍋爐正常運(yùn)行時(shí)實(shí)際切圓直徑可膨脹至假想切圓直徑的七、八倍。在同一工況下,真正切圓是一個(gè)倒錐型的旋渦核心。目前國(guó)內(nèi)一般采用假想切圓直徑為:對(duì)固態(tài)排渣爐

12、d0=(0.050.1A,其中A為爐膛橫截面長(zhǎng)短邊長(zhǎng)的平均值,因此可以看出假想切圓直徑選取為最大允許值,再加上四角配風(fēng)不均和風(fēng)粉配合偏差的影響,使實(shí)際切圓直徑進(jìn)一步增大,很容易使含塵氣流沖刷受熱面,使鍋爐結(jié)焦。在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),如果爐膛出口煙氣含氧量嚴(yán)重偏低,不僅使火焰中心上移,而且產(chǎn)生大量C O2,使灰熔點(diǎn)下降,進(jìn)一步加劇了鍋爐結(jié)焦,因此提高爐膛出口煙氣含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確度是很重要的。b1煙氣中的氧氣每增加1%,就會(huì)使煙氣體積流量增加5%,因此煙氣含氧量輕微變化,就會(huì)使煙氣流量變化很大,鍋爐負(fù)荷不變時(shí),增加煙氣量,會(huì)從爐膛內(nèi)帶出更多熱量(煙溫高達(dá)1000,使排煙溫度升高幅度較大,煙氣中的氧氣

13、每增加1%,使排煙溫度大約升高4。在爐膛出口煙氣中增加的空氣量與煙道漏入空氣量相同時(shí),其造成熱損失遠(yuǎn)超過(guò)煙道漏風(fēng)。c1增加的煙氣量(排入大氣造成熱損失為煙氣比熱、排煙溫度與冷風(fēng)之差、單位時(shí)間內(nèi)增加的煙氣量三者乘積。d1使送引風(fēng)機(jī)電耗增加,每增加1%,使輔機(jī)功耗增加約150kWh/h。e1加劇受熱面磨損。f1增加爐膛出口含氧量,使?fàn)t膛溫度降低,特別是低負(fù)荷引風(fēng)機(jī)出力有裕度時(shí),會(huì)加劇不完全熱損失。綜上所述,煙氣中的氧量過(guò)高或過(guò)低,都嚴(yán)重影響鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,因此提高煙氣中含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確度,是很有必要的。4煙氣含氧量的測(cè)量探頭選擇早期生產(chǎn)的測(cè)量探頭加熱溫度為500,適合于低溫安裝,因此只能安裝在高

14、溫預(yù)熱器入口(安裝點(diǎn)的煙溫必須低于500。由于水平煙道內(nèi)煙溫在600以上,同時(shí)直插式氧量計(jì)不需要取樣,安裝簡(jiǎn)單,信號(hào)反應(yīng)靈敏,因此目前可以選擇Z0-11型高溫直插式氧化鋯氧量計(jì)或Z0-12型氧化鋯氧量計(jì),它們使用特點(diǎn)是: a1Z0-11型高溫直插式氧化鋯氧量計(jì)的使用特點(diǎn)是6501000處,可以安裝在大、中型燃煤鍋爐過(guò)熱器后,是利用鍋爐的熱量把探頭加熱到高于650,因此探頭內(nèi)無(wú)需加熱爐,但變送器需對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償,對(duì)于高于1000的鍋爐安裝點(diǎn),因溫度太高而不能將探頭直接插入爐內(nèi),因此適用于煙溫在6501000的安裝點(diǎn)。b1Z0-12型氧化鋯氧量計(jì)是直插式氧量計(jì),不需要取樣,電池溫度由探頭中一個(gè)小加

15、熱爐維持,溫控精度750±10,因此它的使用特點(diǎn)為0750,適合于中、低溫安裝處,一般安裝在燃煤或燃油鍋爐過(guò)熱器后(煙溫波動(dòng)低于650,燃煤或燃油鍋爐煙道出口。煙溫在650左右波動(dòng),但不超過(guò)750,應(yīng)選擇Z0-12型氧量計(jì)。5方案選擇3安裝點(diǎn)的煙氣應(yīng)流動(dòng)好,避免安裝在煙氣停滯的地方,否則會(huì)影響儀器的響應(yīng)時(shí)間。選擇Z0-11或Z0-12型視安裝點(diǎn)爐內(nèi)溫度而定。鍋爐正常運(yùn)行時(shí),爐膛出口負(fù)壓為2030Pa,從爐膛出口開(kāi)始沿?zé)煔饬飨蜇?fù)壓逐漸增大,漏風(fēng)量逐漸增加,但水平煙道內(nèi)只布置了對(duì)流過(guò)熱器和再熱器熱段,因此水平煙道內(nèi)負(fù)壓小,漏風(fēng)相對(duì)很少,在水平煙道內(nèi)安裝煙氣含氧量測(cè)量裝置,那么測(cè)量結(jié)果與爐

16、膛出口煙氣實(shí)際含氧量的誤差很小。Z0-11或Z0-12型在鍋爐水平煙道中安裝,采用這一安裝點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快,適于自控,但安裝點(diǎn)離地高,環(huán)境溫度高,惡劣的環(huán)境使安裝維修都不方便,但響應(yīng)快,適于自控,這一點(diǎn)即可安裝。對(duì)于燃煤鍋爐,其探頭必須加裝過(guò)濾器。在鍋爐水平煙道內(nèi)選擇安裝點(diǎn),如果安裝Z0-11型高溫直插式氧化鋯氧量計(jì),必須測(cè)量鍋爐額定負(fù)荷與最低不投油負(fù)荷時(shí)安裝點(diǎn)的煙溫,以確定安裝點(diǎn)的煙溫高于650以上,否則測(cè)量結(jié)果將不準(zhǔn);但不能超過(guò)1000,以防燒壞。原氧量計(jì)可保留,作為參考和比較。在鍋爐異常情況下,安裝點(diǎn)的煙溫低于650時(shí)(建議在安裝點(diǎn)加裝煙溫測(cè)量裝置,以原測(cè)量信號(hào)為準(zhǔn)。如果安裝Z0-12型

17、氧化鋯氧量計(jì),必須測(cè)量鍋爐額定負(fù)荷時(shí)安裝點(diǎn)的煙溫,以確定安裝點(diǎn)的煙溫不超過(guò)750,這種氧量計(jì)可以進(jìn)行負(fù)荷全行程測(cè)量。Z0-11和Z0-12型的測(cè)量探頭長(zhǎng)度只有1.2m,煙道中煙氣分布特點(diǎn)是中間煙溫和煙速高于兩側(cè),因此測(cè)量安裝點(diǎn)煙溫時(shí)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)與氧量計(jì)的探頭長(zhǎng)度一致。6采取措施由于Z0-12型氧化鋯氧量計(jì)可以進(jìn)行負(fù)荷全行程測(cè)量,因此1、2號(hào)鍋爐選用Z0-12型氧量計(jì),安裝點(diǎn)選擇在水平煙道出口,也就是再熱器熱段后(設(shè)計(jì)煙溫597,在垂直高度上選擇在中間位置。在鍋爐額定負(fù)荷時(shí),測(cè)量安裝點(diǎn)的煙溫左側(cè)在580波動(dòng),右側(cè)在660波動(dòng)(殘余旋轉(zhuǎn)影響,符合安裝要求。由于鍋爐水平煙道垂直截面龐大,煙氣中氧量分布不

18、均勻,而目前無(wú)法做到網(wǎng)絡(luò)法測(cè)量。鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),爐膛溫度特別高,燃燒強(qiáng)烈,為了提高鍋爐效率,在煙氣中C O和機(jī)械不完全熱損失不超標(biāo)的情況下,可以采取爐膛出口煙氣含氧量低于設(shè)計(jì)值運(yùn)行。由于煙氣含氧量為單點(diǎn)測(cè)量,受煙氣中氧量分布偏差的影響,無(wú)法做到準(zhǔn)確測(cè)量,為了減少鍋爐結(jié)焦,因此在再熱器冷段前左右各安裝一點(diǎn)C O在線監(jiān)測(cè);由于飛灰占入爐煤總灰量的90%,因此在尾部預(yù)熱器出口煙道左右各安裝了飛灰含碳量微波測(cè)量在線監(jiān)測(cè)。只要煙氣中C O 和飛灰含碳量不超標(biāo),就可以適當(dāng)降低煙氣含氧量。目前我省發(fā)供電市場(chǎng)是供大于求,因此機(jī)組每天低負(fù)荷時(shí)間特別長(zhǎng),引風(fēng)機(jī)出力有很大裕度,經(jīng)常使?fàn)t膛出口煙氣含氧量保持偏高。由

19、于提高了爐膛出口煙氣含氧量的準(zhǔn)確度,可以進(jìn)行最佳燃燒調(diào)整,降低各項(xiàng)損失,提高鍋爐效率,降低機(jī)組煤耗。7效益分析以上各項(xiàng)措施實(shí)施后,經(jīng)過(guò)一年的試運(yùn)行,取得很大的經(jīng)濟(jì)和效益:a1鍋爐結(jié)焦量大幅度減少。b1由于提高煙氣含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確度,特別是低負(fù)荷時(shí),排煙溫度下降很明顯,比以前平均下降4 6。c1煙氣含氧量每降低1%,就可以提高鍋爐效率0.5%0.7%。d1送引風(fēng)機(jī)電耗明顯下降。e1可以減輕受熱面磨損。f1低負(fù)荷時(shí),由于降低送風(fēng)量,提高了爐溫,降低不完全熱損失。8結(jié)語(yǔ)在鍋爐水平煙道加裝煙氣含氧量測(cè)點(diǎn),并同時(shí)在煙道上加裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測(cè)量在線監(jiān)測(cè)裝置,可以進(jìn)行鍋爐最佳燃燒調(diào)整,不僅可以減少鍋爐結(jié)焦,而且可以提高鍋爐效率,降低機(jī)組煤耗,是一條行之有效的方法。(上接第28頁(yè)鐵爐正常生產(chǎn)的情況下,經(jīng)市能源測(cè)試所與環(huán)保監(jiān)測(cè)站測(cè)試,鍋爐運(yùn)行參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2余熱鍋爐運(yùn)行測(cè)試表序號(hào)項(xiàng)目結(jié)果備注1爐體散熱損失,%11192排煙損失,%11783出水溫度,874回水溫度,655鍋爐熱效率,%781376排煙含塵量,mg/Nm3139187林格曼黑度<1實(shí)測(cè)住宅溫度,