提高鍋爐爐膛出口煙氣含氧量的測量準確度減少鍋爐結(jié)焦和降低機組煤耗

1、第19卷,總第107期2001年5月,第3期節(jié)能技術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量準確度減少鍋爐結(jié)焦和降低機組煤耗張希光1,王繼承2(1哈爾濱第三發(fā)電有限責任公司,黑龍江哈爾濱150024;2雙鴨山第一發(fā)電有限責任公司,黑龍江雙鴨山155136摘要:電站燃煤鍋爐煙氣含氧量的測量探頭都安裝在高溫預熱器入口,由于受漏風和煙氣分層等因素的影響,無法根據(jù)氧量表的測量值準確確定爐膛出口煙氣實際含氧量,嚴重影響機組的安全和經(jīng)濟運行,本文提出將煙氣含氧量的測量探頭安裝

2、在鍋爐水平煙道內(nèi),使測量結(jié)果更接近于爐膛出口煙氣實際含氧量,并同時在煙道上安裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測量在線監(jiān)測裝置,達到節(jié)能降耗的目的。關鍵詞:煙氣含氧量;爐膛出口;測量探頭;鍋爐效率中圖分類號:TK 11+4文獻標識碼:A 文章編號: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作者簡介:張希光(1968-,男,助理工

4、程師。1前言某發(fā)電有限責任公司一期工程1、2號機組安裝兩臺哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超高參數(shù)、有一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)鍋爐,型號是HG -670/140-11,配套200MW 汽輪發(fā)電機組。鍋爐燃用高揮發(fā)分煙煤,鍋爐機械未完全燃燒熱損失設計值為1.5%,爐膛出口煙氣過?？諝庀禂?shù)設計值為1.2,這時煙氣含氧量為O 2=3.5%3.76%。由于煙氣含氧量的測量探頭安裝在高溫空氣預熱器入口,此處煙氣含氧量設計值為1.28,這時煙氣含氧量為O 2=4.6%4.83%?？刂?、2號鍋爐氧量表的顯示為設計值時,在機組長期運行中,多次測量鍋爐爐膛出口煙氣含氧量,發(fā)現(xiàn)其含氧量都偏離設計值,不同時期、不同負荷和不

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重偏低,會使不完全熱損失急劇增加,同時加劇了鍋爐結(jié)焦,甚至有時鍋爐冒黑煙。如果爐膛出口煙氣含氧量超過設計值,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,由于煙道漏風程度不同,會導致兩塊氧量表產(chǎn)生偏差。有時人為控制氧量表值為爐膛出口煙氣含氧量的設計值,而這時爐膛出口煙氣實際含氧量可能遠低于設計值,使不完全熱損失增加。2設備概況1、2號鍋爐呈“”型布置,爐膛四周為膜式水冷壁;爐膛上方布置前屏過熱器;爐膛出口處布置后屏過熱器;水平煙道布置有對流過熱器和再熱器熱段;尾部豎井煙道中布置有再

6、熱器冷段;上級省煤器;上級空氣預熱器;下級省煤器;下級空氣預熱器。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,中間儲倉干燥劑送粉系統(tǒng)。各段受熱面的煙溫和平均過?？諝庀禂?shù)設計值(100%D H 見表1。表1位置平均過?？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量準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不能助燃的氮氣和其它少量氣體,因此進入爐膛的空氣,只有五分之一被利用,其余部分隨煙氣進入煙道,然后排入大氣。大家知道,燃煤發(fā)熱量來源于碳、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%(設計值。因此燃煤發(fā)熱量幾乎全來自于碳的燃燒,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?？諝庀禂?shù)為1.0且完全燃燒時(理想狀態(tài),也就是爐膛出口煙氣中沒有氧氣時,此時煙氣中CO2含量為最高值,也就是說煙氣中的燃燒產(chǎn)物CO2最高含量只有18% 19.5%,其余部分為氮氣和水蒸氣(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

8、際送入爐內(nèi)的空氣量要比理論空氣量大些,實際空氣量與理論空氣量之比,稱為過量空氣系數(shù)。由于我公司鍋爐燃用的是煙煤,因此爐膛出口煙氣過?？諝庀禂?shù)高低負荷都為1.2(設計值,這時煙氣含氧量為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,反應出鍋爐是停止狀態(tài)。為了使燃料在爐內(nèi)能夠盡快燃燒完全,實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?？諝庀禂?shù):無煙煤1.201.25,煙煤1.

9、151.20,燃油爐1.081.12。由于無煙煤比煙煤燃燒困難,因此爐膛出口過?？諝庀禂?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?？諝庀禂?shù)選取要低一些。對爐膛出口過?？諝庀禂?shù)控制如此嚴格,其原因是煙氣中氧量輕微變化,就會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?？諝庀禂?shù)應適當?shù)鸵恍?。在鍋爐各項損失中,排煙熱損失是最大一項,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)過量空氣系數(shù)及鍋爐漏風量,過?？諝庀禂?shù)越大,漏風量越大,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)沒有關系,主要取決于燃料特性、鍋爐尾部排煙處煙氣含氧量(預熱器煙氣出口、排煙溫度與冷風之差以及鍋爐燃燒效率。近似計算公式: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-不完全熱損失計算中采用設計煤種、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,近似計算結(jié)果如下:工況1O2=6%(煙道尾部煙氣含氧量,設計值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%對排煙熱損失影響很大,以上計算僅考慮煙氣含氧量對鍋爐煙氣量的影響,沒有考慮對排煙溫度、轉(zhuǎn)機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大或過小,對鍋爐安全和經(jīng)濟影響很大,具體分析如下:a11、2號鍋爐爐膛寬度11660mm,深度11660mm,假想切圓直徑1150mm,鍋爐正常運行時實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,真正切圓是一個倒錐型的旋渦核心。目前國內(nèi)一般采用假想切圓直徑為:對固態(tài)排渣爐

12、d0=(0.050.1A,其中A為爐膛橫截面長短邊長的平均值,因此可以看出假想切圓直徑選取為最大允許值,再加上四角配風不均和風粉配合偏差的影響,使實際切圓直徑進一步增大,很容易使含塵氣流沖刷受熱面,使鍋爐結(jié)焦。在機組高負荷運行時,如果爐膛出口煙氣含氧量嚴重偏低,不僅使火焰中心上移,而且產(chǎn)生大量C O2,使灰熔點下降,進一步加劇了鍋爐結(jié)焦,因此提高爐膛出口煙氣含氧量的測量準確度是很重要的。b1煙氣中的氧氣每增加1%,就會使煙氣體積流量增加5%,因此煙氣含氧量輕微變化,就會使煙氣流量變化很大,鍋爐負荷不變時,增加煙氣量,會從爐膛內(nèi)帶出更多熱量(煙溫高達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,其造成熱損失遠超過煙道漏風。c1增加的煙氣量(排入大氣造成熱損失為煙氣比熱、排煙溫度與冷風之差、單位時間內(nèi)增加的煙氣量三者乘積。d1使送引風機電耗增加,每增加1%,使輔機功耗增加約150kWh/h。e1加劇受熱面磨損。f1增加爐膛出口含氧量,使爐膛溫度降低,特別是低負荷引風機出力有裕度時,會加劇不完全熱損失。綜上所述,煙氣中的氧量過高或過低,都嚴重影響鍋爐安全經(jīng)濟運行,因此提高煙氣中含氧量的測量準確度,是很有必要的。4煙氣含氧量的測量探頭選擇早期生產(chǎn)的測量探頭加熱溫度為500,適合于低溫安裝,因此只能安裝在高

14、溫預熱器入口(安裝點的煙溫必須低于500。由于水平煙道內(nèi)煙溫在600以上,同時直插式氧量計不需要取樣,安裝簡單,信號反應靈敏,因此目前可以選擇Z0-11型高溫直插式氧化鋯氧量計或Z0-12型氧化鋯氧量計,它們使用特點是: a1Z0-11型高溫直插式氧化鋯氧量計的使用特點是6501000處,可以安裝在大、中型燃煤鍋爐過熱器后,是利用鍋爐的熱量把探頭加熱到高于650,因此探頭內(nèi)無需加熱爐,但變送器需對溫度進行補償,對于高于1000的鍋爐安裝點,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。b1Z0-12型氧化鋯氧量計是直插式氧量計,不需要取樣,電池溫度由探頭中一個小加

15、熱爐維持,溫控精度750±10,因此它的使用特點為0750,適合于中、低溫安裝處,一般安裝在燃煤或燃油鍋爐過熱器后(煙溫波動低于650,燃煤或燃油鍋爐煙道出口。煙溫在650左右波動,但不超過750,應選擇Z0-12型氧量計。5方案選擇3安裝點的煙氣應流動好,避免安裝在煙氣停滯的地方,否則會影響儀器的響應時間。選擇Z0-11或Z0-12型視安裝點爐內(nèi)溫度而定。鍋爐正常運行時,爐膛出口負壓為2030Pa,從爐膛出口開始沿煙氣流向負壓逐漸增大,漏風量逐漸增加,但水平煙道內(nèi)只布置了對流過熱器和再熱器熱段,因此水平煙道內(nèi)負壓小,漏風相對很少,在水平煙道內(nèi)安裝煙氣含氧量測量裝置,那么測量結(jié)果與爐

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

17、氧化鋯氧量計,必須測量鍋爐額定負荷時安裝點的煙溫,以確定安裝點的煙溫不超過750,這種氧量計可以進行負荷全行程測量。Z0-11和Z0-12型的測量探頭長度只有1.2m,煙道中煙氣分布特點是中間煙溫和煙速高于兩側(cè),因此測量安裝點煙溫時測量點應與氧量計的探頭長度一致。6采取措施由于Z0-12型氧化鋯氧量計可以進行負荷全行程測量,因此1、2號鍋爐選用Z0-12型氧量計,安裝點選擇在水平煙道出口,也就是再熱器熱段后(設計煙溫597,在垂直高度上選擇在中間位置。在鍋爐額定負荷時,測量安裝點的煙溫左側(cè)在580波動,右側(cè)在660波動(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,而目前無法做到網(wǎng)絡法測量。鍋爐高負荷運行時,爐膛溫度特別高,燃燒強烈,為了提高鍋爐效率,在煙氣中C O和機械不完全熱損失不超標的情況下,可以采取爐膛出口煙氣含氧量低于設計值運行。由于煙氣含氧量為單點測量,受煙氣中氧量分布偏差的影響,無法做到準確測量,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C O在線監(jiān)測;由于飛灰占入爐煤總灰量的90%,因此在尾部預熱器出口煙道左右各安裝了飛灰含碳量微波測量在線監(jiān)測。只要煙氣中C O 和飛灰含碳量不超標,就可以適當降低煙氣含氧量。目前我省發(fā)供電市場是供大于求,因此機組每天低負荷時間特別長,引風機出力有很大裕度,經(jīng)常使爐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確度,可以進行最佳燃燒調(diào)整,降低各項損失,提高鍋爐效率,降低機組煤耗。7效益分析以上各項措施實施后,經(jīng)過一年的試運行,取得很大的經(jīng)濟和效益:a1鍋爐結(jié)焦量大幅度減少。b1由于提高煙氣含氧量的測量準確度,特別是低負荷時,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送引風機電耗明顯下降。e1可以減輕受熱面磨損。f1低負荷時,由于降低送風量,提高了爐溫,降低不完全熱損失。8結(jié)語在鍋爐水平煙道加裝煙氣含氧量測點,并同時在煙道上加裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測量在線監(jiān)測裝置,可以進行鍋爐最佳燃燒調(diào)整,不僅可以減少鍋爐結(jié)焦,而且可以提高鍋爐效率,降低機組煤耗,是一條行之有效的方法。(上接第28頁鐵爐正常生產(chǎn)的情況下,經(jīng)市能源測試所與環(huán)保監(jiān)測站測試,鍋爐運行參數(shù)達到了設計要求,測試結(jié)果見表2。表2余熱鍋爐運行測試表序號項目結(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實測住宅溫度,