ASME标准锅炉热效率计算的线算法_刘福国

LG'= WG' CpG'(tG－tA) (7) 干烟气引起的热损失 kJ/kg 式中 LG' WG' 每 kg 燃料产生的干烟气量 kg/kg CpG' 干烟气的平均比热 kJ/ kg 按照 ASME 简化试验方法 CpG'=1.004 8 以 LG'为纵坐标 以 tG－tA 为横坐标 可得到 不同 WG'下 LG'的计算结果 见图 4 辐射散热损失可通过标准中的 ABMA 曲线 查取[2] 至此 已给出了 ASME 标准中主要热 损失的线算法 ASME 标准规定 当肯定有一 氧化碳存在且不能通过运行调整消除时 对于 一氧化碳引起的热损失才加以考虑 当 CO 体 积含量在 100ppm 以下时 该项损失一般小于 0.04% 2 干烟气和干空气量的计算 利用奥氏仪测得排烟处的烟气各成分含量 以后 根据 ASME PTC4.1 的 9.1 节 很容易计 算出式 6 中的 WA'和式 7 中的 WG' 现列 出标准中 WG'的计算式[2]
LUC = 33726 Aar CUCR 100 − CUCR
式计算 (1)
LUC 未燃尽碳损失的热量 kJ/kg Aar 燃料的收到基灰分 % CUCR 灰渣平均可燃物含量 % 以 LUC 为纵坐标 以 CUCR 为横坐标 可得 到不同 Aar 的煤种 LUC 的计算结果 见图 1 1.2 燃料中的水和氢燃烧生成的水的热损失 每 kg 燃料中的水和氢燃烧生成的水的质 量 Wf 为 Wf =War/100+0.089 36Har (2) 不考虑汽化潜热时 这部分水分引起的热 (3) 损失 LH+Lmf 为 LH+Lmf = Wf h15－hRv 式中 LH+Lmf 燃料中的水和氢燃烧生成的 水的热损失 kJ/kg War 燃料的收到基水分 % 式中
0 VO2 = 0.21(α − 1)V gk
(13) (14) (15)
Vgy = VRO2 + VN 2 + VO2
O2 = VO2 / Vgy , RO2 = VR O2 / Vgy
0 gk
WA′ = 1.293αV (16) Aar W WG′ = W A′ + 1 − − ar − 0.08936 H ar 100 − Aar 100
Cb = Car − CUCR Aar /(100 − Aar )
图3 空气中的水热损失线算图
(9) (10) (11) (12)
V RO2 = 0.01866 (Cb + 0.375 S ar ) 0 VN 2 = 0.008 N ar + 079αVgk
0 gk
V = 0.0889(Cb + 0.375Sar ) + 0.265 H ar − 0.0333Oar
计算高位热效率时 式 5 应加上 tA 温度 下的汽化潜热 r Wf 汽化潜热 r kJ/kg 和温度
第3期
刘福国
ASME 标准锅炉热效率计算的线算法
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实际上
燃用的煤种的成分已知时 其它气体如氮气
只要 三原子
测得排烟处的氧量
气体的含量以及过量空气系数 干烟气量 WG' 和干空气量 WA'可通过计算得到 在正式的考核 试验时 经过双方协商 这种方法也可作为正 式的计算方法 GB10184-88 正是采用了这种方 法 但过量空气系数的计算方法不同 见下文 这种方法不需奥氏仪 只要精度满足要求的便 携式氧量仪和一氧化碳测量仪即可 计算方法如下
进口机组进行考核试验时 通常选用国际 上通用的标准作为依据 其中锅炉热效率普遍 采用美国 ASME PTC4.1 标准 用该标准进行试 验时 计算工作量较大 本文建立了 ASME 标 准锅炉热效率计算的线算格式 给出了通用的 线算图 利用这些线算图可以方便地查取锅炉 的主要热损失 同时 线算图可清晰地反映各 参数对热损失的影响 ASME 是以燃料的高位发热量计算锅炉热 效率 简称高位热效率 而我国国家标准沿用 前苏联的模式采用低位发热量计算锅炉效率 简称低位热效率 因此 国内相当一部分进口 机组以低位热效率作为合同的保证值 高位热 效率和低位热效率计算时的主要区别是前者将 燃料中形成的水分 包括全水分和氢燃烧生成 的水分 的汽化潜热作为热损失来考虑 后者 则不考虑这部分热损失[1] 以低位热效率作为合 同保证值的进口机组 在按照 ASME 标准计算 热效率时 除燃料中形成的水分的热损失不考 虑汽化潜热外 其余均按标准的规定进行
很容易得到各项热损失 除以高位发热量即得 到损失的百分数 采用线算格式的计算结果与 正式手算的对比见表 2
表2
项 目
线算格式的计算结果及对比
高位热效率 线算 1.154 3.779 0.098 5.418 0.19 0.428 88.933
%
1.146 3.803 0.093 5.32 0.19 0.428 89.02
4 算 例
对于上述三菱公司的 1 025 t/h 锅炉 测试 的原始数据如下 CUCR=2.534% tG=142.59 tA=25.89 WmA'=0.009 6 kg/kg 排烟烟气成 分 O2=5.74% RO2=13.82% CO=0.000 8% N2=100 ― O2 ― RO2=80.44% 煤种成分 Car=56.27 Har=2.93 Oar=2.75 Nar=0.94 Sar=1.69 Aar=29.42 War=6 Qgr=22 517 kJ/kg 18 可绘制燃烧曲线如图 6 由式 9 按照前面建立的线算格式 通过查取图 1 6
基准温度 以 LH+Lmf 为纵坐标 以 tG－tA 为横坐标 可 得到不同 Wf 下 LH+Lmf 的计算结果 见图 2
WG ′ =
图2 燃料生成的水热损失线算图
44.01CO2 + 28.01CO + 32O2 + 28.02N 2 12.01(CO2 + CO)
12 .01 S Cb ′ + 32.07 (8)
2
VN 2
VO 2 分别为烟气
氮气和氧气的体积
Nm3/kg
Vgy 为每 kg 燃料产生的干烟气量 Nm3/kg O2 RO2 分别为干烟气中氧气和三原子气体的容积 份额 % W 为湿烟气量
图5 汽化潜热
kg/kg
为过量空
气系数 其余符号同前 由于烟气中 CO 含量很小 通常以 ppm 计 故以上推导中忽略了烟气中的一氧化碳 可以看出 煤种一定 灰渣中的未燃尽碳
(17)
图4 干烟气热损失线算图
W = WA ′ + 1 −
Aar + WmA′WA ′ 100 − Aar
(18)
式中 Car
Har Oar
Nar
Sar Aar
War 为燃料
中各元素的收到基成分 % Cb 为每 kg 燃料中
0 为每 kg 燃料需要的理 烧掉的碳的份额 % Vgk
论干空气量 Nm3/kg VRO 中三原子气体
第 17 卷第 3 期 2001 年 5 月 文章编号 1005－006X(2001)03－0135－04
电 站 系 统 工 程 Power System Engineering
Vol. 17 No.3 May, 2001
ASME 标准锅炉热效率计算的线算法
山东电力研究院
摘
刘福国
要 建立了标准锅炉热效率试验的线算格式 给出了烟气量和空气量的简易测量和计算方法 并与 GB10184-88 ASME 计算方法 A 线算图 性能试验
高位热效率 正式手算
未燃尽碳热损失 燃料中的水和氢生成 的水的热损失 空气中水分的热损失 干烟气热损失
21 α= 21 − O2
(19)
表面对流辐射热损失 其它未计热损失 热效率
从式 9 15 可以看出 在相同的氧 量下 过量空气系数随煤种的变化而变化 采 用式 19 计算时忽略了燃料特性对过量空气 系数的影响 表 1 中给出日本三菱公司的一台 1 025 t/h 锅炉考核试验中 用 ASME 标准 国标 中的方法以及本文中的式 9 17 对空气 预热器出口烟气量计算结果的对比 从表 1 可看出 由于国标 GB10184-88 忽略 了燃料特性对过量空气系数的影响 烟气量 空气量以及过量空气系数的计算结果均比 ASME 标准大 本文给出的方法则介于两者之 间
式中
WmA' 以 LmA/WA'为纵坐标 以 tG－tA 为横坐标 可 得到不同 WmA'下 LmA/WA'的计算结果 见图 3 1.4
图1 未燃尽碳损失线算图
干烟气引起的热损失 LG' 干烟气引起的热损失 LG'由下式计算
对于压力为 6 895 Pa 温度为 80 190 范围的过热蒸汽以及温度为 0 40 饱和蒸 汽 焓值与温度关系可用下面的拟合公式计算 h=1.891 1t+2 499.8 (4) [5] 上式和 IFC 公式 的计算结果对比,绝对误 差最大为 1.44 kJ/kg 相对误差最大为 0.056% 将式 4 式中 tG tA 代入式 3 得到 LH+Lmf =1.891 1 Wf (tG－tA) 排烟温度 (5)
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电
站
系 统
工 程
2001 年第 17 卷
h15 hRv
压力 6 895 Pa 排烟温度下的蒸 汽焓 kJ/kg 基准温度下饱和蒸汽焓 kJ/kg
tA 的关系见图 5 1.3 WA' 空气中的水分引起的热损失 LmA 干空气的水分引起的热损失为 LmA = WmA' h15－hRv 由式 4 可得到 LmA / WA'=1.891 1 WA'(tG－tA) (6) LmA WA' 空气中的水分引起的热损失 kJ/kg 每 kg 燃料燃烧所需的干空气量 kJ/kg 空气绝对湿度 kJ/kg
式中 CO2 O2 CO N2 分别为用奥氏仪测得的 各种气体的容积含量 其中 CO2 包含了 SO2 % Cb'为每 kg 煤中燃尽的碳的质量 kg/kg S 表示每 kg 煤中硫的质量 kg/kg
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电
站
系 统
工 程 表1
项 目 过量空气系数 每 kg 煤需要的干 空气量/kg kg-1 每 kg 煤生成的干 空气量/kg kg-1
标准进行了对比
关键词 锅炉热效率 ASME 标准 中图分类号 TK212 文献标识码
Nomogram Method for Boiler Efficiency Calculation Using ASME Codes
LIU Fu-guo Abstract: The nomograms for boiler efficiency calculation using ASME codes is presented, an easy method is given for measuring and calculating flue gas and air quantity and compared with GB10184-88 and ASME code. Key words : boiler efficiency; ASME codes; calculation method; nomogram; performance test
2001 年第 17 卷 各计算方法的对比
ASME 标准 1.348 9.908 10.302 本文方法 1.367 10.032 10.408 GB10184-88 1.376 10.075 10.452
损失已知时
烟气中的氧量测定以后
过量空
气系数 干烟气量 WG' 干空气量 WA'以及三原 17 计算 子气体含量 RO2 均可通过式 9 得到 根据这些公式可绘出图 6 形式的燃烧曲 线
收稿日期 2000-07-26 刘福国 男 1969 年生 硕士, 工程师 热力所 250002
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利用线算图计算可方便地在高位热效率和 低位热效率之间转换 既可给出高位热效率的 计算结果 又可给出低位热效率的计算结果
1 线算图的绘制
1.1 未燃尽碳损失 LUC 根据 ASME 标准 未燃尽碳损失可按照下
图6 燃烧曲线
3 国标 GB10184-88 和 ASME PTC4.1 关 于烟气量计算方法的比较
从式 8 可以看出 ASME PTC4.1 完全 根据烟气中各气体成分的测量结果计算烟气 量 国家标准则主要根据燃料成分按式 9 14 计算 其中的过量空气系数 仅由烟气 中氧量决定 忽略 CO 体积时 [3,4]
参
[1]
考
文
献
杨威, 赵森林. 锅炉热效率计算方法的探讨[J]. 电站系统工 程, 1995, 11(6): 8 11.