专利名称：基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法
技术领域：
本发明涉及火力发电厂的锅炉设计方法，特别是一种采用风冷方式进行干排渣锅炉系统的设计方法。
背景技术：
火力发电厂的锅炉优化设计时节能减排的重要技术手段，其目标是在满足一定符合运行的条件下，通过调整锅炉配风、给煤等运行参数而获得高效率、低污染排放的运行状态。锅炉的配风、给煤等运行参数的配合设计对锅炉燃烧状态有直接的影响，不同的配风、 给煤参数的设置会直接导致不同的锅炉效率、污染气体的排放量以及高温腐蚀等情况。针对不同的锅炉系统，其参数的配置也大有不同。风冷干排渣系统是在20世纪80 年代，由意大利MAGALDI公司研制开发。河北国华三河电厂2X350MW机组是我国首次引进国外风冷干式除渣设备及系统的项目，1999年12月投入运行，此后，国内部分研究制造单位自主研制开发了风冷干排渣系统，并在极短的时间内获得到了大规模应用，截止到2011 年初，国内约有130多座电厂的360余台燃煤锅炉发电机组采用了风冷干式排渣设备系统， 总装机容量近57GW。风冷干排渣系统利用自然空气(以下称冷却风)作为冷却介质，将锅炉底渣的温度降低的设备。其热传递的过程主要通过对流传热和辐射传热来完成，高温底渣与冷却风逆向运动，高温底渣将大量热量释放而被冷却，吸收热量后的冷却风进入更高温度的锅炉炉膛内，在锅炉炉膛内起到助燃风的作用。为了保证在所有工况下(锅炉负荷变化、锅炉吹扫、煤质变化等)，干式排渣机的排渣温度不超过设计值，并满足后续设备的运行要求，冷却风总量应满足最大锅炉排渣量的要求。然而实际运行时，运行人员更多关注的是干排渣系统出口渣温是否超限，如何保证后续设备的安全运行。因此，在设计干排渣系统的进风量时，基本上都是大于锅炉排渣量所需要的冷却风量，这必然造成进入炉膛的助燃风过多(以下简称为“无组织”漏风)。干除渣系统表面上看通过冷却风回收锅炉排渣热量，对提升锅炉效率起到积极作用，其实并非如此，在这种“无组织”漏风的影响下，干除渣系统对锅炉性能及运行不利的方面主要有较大的“无组织”漏风将引起锅炉炉膛内的火焰中心上移，导致锅炉内煤的燃烧程度降低，并可能造成屏式受热面结焦；同时还会对分级送风系统产生影响；最主要的是这种“无组织”的漏风增加，将使通过空预器的“有组织”风减少，造成空气预热器的冷却风不足，影响空预器换热造成排烟温度提高，反而降低了锅炉效率。结合国内干式排渣系统的实际运行情况，理论计算表明，干排渣系统的这种“无组织”漏风的存在，造成了锅炉排烟温度上升，实际运行时降低了锅炉效率约O. 2^0. 5个百分点，甚至更多。设计单位在进行锅炉烟风系统计算时也没有计入干排渣系统的漏风量，导致送风机选型时未考虑干排渣系统的漏风，使送风机选型偏大，能耗增加。
发明内容
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本发明需要解决的技术问题是提供一种能够有效提高锅炉运行效率，降低锅炉系统能耗的锅炉优化设计方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是。基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法，根据锅炉在正常运行过程中干排渣系统所产生的无组织漏风，计算实际运行时空预器空气侧的吸热量以及空预器烟气侧排烟温度，进一步确定锅炉系统的热量损失，最后得出锅炉热效率；锅炉优化设计的具体方法按以下步骤操作
A.首先计算空预器实际运行时空气侧的吸热量；设定空预器空气侧的冷风量减少为 AD (kg/s)，干排渣系统的无组织漏风系数为Ciepz;
Al.计算锅炉燃烧理论空气量，理论空气量的计算公式为 Vn° =0. 0889 (Car+0. 375Sar) +0. 265Har-0. 03330ar 式中(——理论空气量，Nm3/kg Car――燃煤收到基碳含量，％
Sar----燃煤收到基硫含量，％
Har一一燃煤收到基氢含量，％
Oar一一燃煤收到基氧含量，％
A2.计算锅炉燃烧实际空气量，实际空气量的计算公式为 \。，=Vn。 (l+0.0016d)
式中Vn° ’ 一一锅炉实际空气量，NmVkg d----理论空气含湿量，g/kg
A3.计算锅炉系统实际运行时空预器空气侧的冷风减少量，计算公式为
AD= aGPZ P Vn°，Bj/3. 6
式中Vn° ’一锅炉实际空气量，NmVkg
P——标准状态下空气密度，I. 293kg/m3
Bj一一锅炉燃煤消耗量，t/h
A4.计算实际运行时空预器空气侧的冷风吸热量，计算公式为 Q1=Dkl^C1* Δ T1+ (Dk2- Δ D ) *C2* Δ T2 式中Dkl——空预器侧一次风质量流量，kg/s
Dk2----空预器侧二次风质量流量，kg/s
C1——冷一次风平均比热容，kj/(kg*°C )
C2——冷二次风平均比热容，kj/(kg*°C )
AT1—空预器一次风进出口温差，V AT2—空预器二次风进出口温差，°C
B.计算空预器烟气侧的排烟温度；
空预器烟气侧的放热量为空预器空气侧的吸热量，空预器烟气侧放热量为
计算空预器烟气侧的排烟温度，空预器烟气烟气侧排烟温度的计算公式为 Tyo = Ty「Qy / (DyCy)
式中Dy——空预器烟气质量流量，kg/sCy——烟气平均比热容，kj/(kg*°C )
Tyi---空预器烟气进口温度，V
C.计算实际运行时锅炉系统的热量损失，并根据损失的热量计算空预器烟气侧排烟温度的升高量；
实际运行时空预器烟气进口温度Tyi保持不变，根据空预器烟气出口温度Ty。计算空预器烟气侧损失热量，计算公式为 Δ Q= Δ D*C2* Δ T2
根据空预器烟气侧损失的热量，计算排烟温度的升高量，计算公式为 Δ Tyo = Δ Q / (DyCy)
D.根据上述计算结果计算锅炉效率
根据步骤C计算得出的热量损失计算锅炉系统的排烟损失率，计算公式为 Δ q2=3. 6 Δ Q/(IOOOBjQr)
式Qr—一锅炉以外输入锅炉的热量，按燃煤低位发热量计，Mj/kg 最后计算实际运行时锅炉系统的热效率，计算公式为 ngl=100-( q2 + Δ q2+q3+ 屮+ Qs+ Qe) _0· 3 式中q2—锅炉排烟热损失 q3—可燃气体不完全燃烧热损失 Q4一固体不完全热损失 Q5一散热损失 Q6 一其他热损失
E.根据锅炉在正常运行过程中干排渣系统所产生的无组织漏风对送风机进行精确选型，具体选型计算过程如下所述
El.首先计算锅炉系统中送风机吸风口的空气过量系数，计算公式为
权利要求
1.基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法，其特征在于根据锅炉在正常运行过程中干排渣系统所产生的无组织漏风，计算实际运行时空预器空气侧的吸热量以及空预器烟气侧排烟温度，进一步确定锅炉系统的热量损失，最后得出锅炉热效率；锅炉优化设计的具体方法按以下步骤操作A.首先计算空预器实际运行时空气侧的吸热量；设定空预器空气侧的冷风量减少为 AD (kg/s)，干排渣系统的无组织漏风系数为Ciepz;Al.计算锅炉燃烧理论空气量，理论空气量的计算公式为 Vn° =0. 0889 (Car+0. 375Sar) +0. 265Har-0. 03330ar式中V:为理论空气量，单位Nm3/kg ；Car为燃煤收到基碳含量，Sar为燃煤收到基硫含量，Har为燃煤收到基氢含量，Oar为燃煤收到基氧含量，Car, Sar, Har, Oar单位均采用百分含A2.计算锅炉燃烧实际空气量，实际空气量的计算公式为 \。，=Vn。(l+0.0016d)式中Vn° ’为锅炉实际空气量，单位Nm3/kg ；d为理论空气含湿量，单位g/kg ；A3.计算锅炉系统实际运行时空预器空气侧的冷风减少量，计算公式为 AD= aGPZ P Vn°，Bj/3. 6式中Vn° ’为锅炉实际空气量，单位NmVkg; P为标准状态下空气密度，单位kg/m3 为锅炉燃煤消耗量，单位t/h;A4.计算实际运行时空预器空气侧的冷风吸热量，计算公式为 Q1=Dkl^C1* Δ T1+ (Dk2- Δ D ) *C2* Δ T2式中Dkl为空预器侧一次风质量流量，单位kg/s ；Dk2为空预器侧二次风质量流量，单位kg/s 为冷一次风平均比热容，单位kj/(kg*°C ) ；C2为冷二次风平均比热容，单位kj/ (kg*0C ) ;Λ T1为空预器一次风进出口温差，单位。C ;Λ T2为空预器二次风进出口温差，单位。C ；B.计算空预器烟气侧的排烟温度；空预器烟气侧的放热量为空预器空气侧的吸热量，空预器烟气侧放热量为计算空预器烟气侧的排烟温度，空预器烟气烟气侧排烟温度的计算公式为 Tyo = Tyi- Qy / (DyCy)式中Dy为空预器烟气质量流量，单位kg/s ；Cy为烟气平均比热容，单位kj/(kg*°C )； Tyi为空预器烟气进口温度，单位。C ；C.计算实际运行时锅炉系统的热量损失，并根据损失的热量计算空预器烟气侧排烟温度的升高量；实际运行时空预器烟气进口温度Tyi保持不变，根据空预器烟气出口温度Ty。计算空预器烟气侧损失热量，计算公式为 Δ Q= Δ D*C2* Δ T2根据空预器烟气侧损失的热量，计算排烟温度的升高量，计算公式为 Δ Tyo = Δ Q / (DyCy)D.根据上述计算结果计算锅炉效率根据步骤C计算得出的热量损失计算锅炉系统的排烟损失率，计算公式为 Δ q2=3. 6 Δ Q/(IOOOBjQr)式中Qr为锅炉以外输入锅炉的热量，按燃煤低位发热量计，单位Mj/kg ；最后计算实际运行时锅炉系统的热效率，计算公式为 ngl=100-( q2 + Δ q2+q3+ 屮+ Qs+ Qe) _0· 3式中％为锅炉排烟热损失；q3为可燃气体不完全燃烧热损失 为固体不完全热损失； Q5为散热损失；q6为其他热损失，Q2至q6的热损失均采用百分比表示，从而计算得出锅炉系统实际运行时的热效率，进一步得出热效率的降低值；E.根据锅炉在正常运行过程中干排渣系统所产生的无组织漏风对送风机进行精确选型，具体选型计算过程如下所述El.首先计算锅炉系统中送风机吸风口的空气过量系数，计算公式为
2.根据权利要求I所述的基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法，其特征在于所述干排渣系统中干排渣机的各进风点均设置有用于实时监测干排渣系统漏风量的流量测量装置。
3.根据权利要求2所述的基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法，其特征在于所述流量测量装置分别安装在干排渣机侧面冷却风风门进口处以及尾部冷却风风门进口处。
全文摘要
本发明公开了一种基于风冷干排渣技术的锅炉优化设计方法，根据锅炉在正常运行过程中干排渣系统所产生的无组织漏风，计算实际运行时空预器空气侧的吸热量以及空预器烟气侧排烟温度，进一步确定锅炉系统的热量损失，最后得出锅炉热效率的降低值；通过计入无组织漏风指导送风机选型。通过采用本发明设计方法对锅炉进行设计可以保证锅炉热效率，同时可以更加合理的确定锅炉送风机的风量，已达到提高运行经济性，降低设备参数，降低造价，降低能耗，节能减排的目的。
文档编号F23J1/06GK102588986SQ20121006270
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者刘新宇, 吕明, 张端, 李双江, 范晓颖 申请人:河北省电力勘测设计研究院