锅炉实测排烟过量空气系数探讨

锅炉实测排烟过量空气系数探讨

热电公司技术中心

在煤粉锅炉实际运行中 ,过量空气系数是反映煤粉和空气配合的一项重要指标。过量空气系数过大 ,不但降低炉温 ,影响燃烧 ,还会使烟气量增大 ,从而引起锅炉排烟热损失及引、送风机电耗增大。同理,过量空气系数过小，不能保证燃煤的充分燃烧，会造成化学和机械不完全燃烧损失增加。因此 ,过量空气系数是衡量锅炉运行非常重要的技术经济指标。如何准确确定锅炉的过量空气系数显然非常必要。

而确定过量空气系数均与如何计算烟气量有关，下面就从计算烟气量通常采用的不同公式入手，对过量空气系数公式一一进行推导，以得出正确且符合实际的锅炉实测排烟过量空气系数。

1、煤粉炉烟气量计算方法及其相应过量空气系数如下：

1、1常规干烟气计算方法下的过量空气系数公式

V gy=(V gy o)c+(a py-1)(V gk o)c (1) (V gy o)c=1.866(C ar r+0.375S ar) /100+0.79(V gk o)c+0.8N ar/100 (2) (V gk o)c=0.089(C ar r+0.375S ar)+0.265H ar-0.0333O ar (3)

C ar r=C ar-A ar C/100 (4)

C=αfh C fh/(100-C fh)+αlz C lz/(100-C lz) (5) (V gy o)c —按收到基燃料成分,由实际燃烧掉的碳计算的理论燃烧干烟气量Nm3/kg

(V gk o)c —按收到基燃料成分，由实际燃烧掉的碳计算的理论燃烧所需干空气量Nm3/kg

C ar r —收到基燃料实际燃烧掉的碳质量含量百分率 %

C —灰渣中平均碳量与燃煤灰量之比率 %

a py —过量空气系数

定义a py=[21+(O2-0.5CO)×((V gy o)c-(V gk o)c)/(V gk o)c]/[(21-/(O2-0.5CO)] (6)在上式中常认为(V gy o)c和(V gk o)c近似相等且烟气中甲烷和氢气含量极微可忽略不计，

于是可得a py=21/[(21-(O2-0.5CO)] (7) 完全燃烧时a py=21/(21-O2)(8) 1、2锅炉实际运行时干烟气量计算方法下的过量空气系数公式

V gy=V gy o+(αpy-1)V gk o (9) V gy o=1.866(C ar+0.375S ar)/100+0.79V gk o+0.8N ar/100 (10) V gk o=0.089(C ar+0.375S ar)+0.265H ar-0.0333O ar (11)

V gy o—按收到基燃料成分计算的理论燃烧干烟气量Nm3/kg

V gk o —按收到基燃料成分计算的理论干空气量Nm3/kg

实际锅炉运行时,由于燃料难以完全燃烧,会残存少量的可燃气体及灰渣残碳未完全燃烧产物,故烟气内三原子气体的实际体积总是小于其理论值,且还含有少量可燃气体成分,这样就存在不完全燃烧气体和残碳而残存下来的氧量。这部分氧量属于理论空气量,不能计入过量空气的氧量之内。于是得出锅炉实测排烟过量空气系数为

(αpy-1)V gk o=1/21(O2V gy-0.5CO-1.866A ar C) (12) 将式(9)代入式(12)，可推导出

αpy=1+[V gy o(O2-0.5CO)-1.866A ar C]/{[21-(O2-0.5CO)]V gk o} (13)完全燃烧时1.866 A ar C=0，CO=0，则得

αpy=1+V gy o O2 /（21-O2)V gk o (14)而式(7)中没有考虑机械不完全燃烧损失q4。所以a py会变大，除导致O2偏大外,对锅炉燃烧工况也可能造成不利影响，若因燃烧不好造成q4偏大,则会进一步造成O2偏大。可知式(7)中求得的a py值，不是真实的过量空气系数,以此指导锅炉燃烧可能会导致燃烧恶化。

1、3湿烟气（实际烟气）计算方法下的过量空气系数公式

式(7)、式(13)中空气、烟气参数均以干烟气为基础,这与现场实际测得的湿烟气数据不符，因上两式未考虑燃烧产物生成的水蒸汽及空气中携带的水蒸气。所以仅考虑机械不完全燃烧损失q4是片面的，也不能真实反映实际烟气中的a py水平。因此，非常有必要根据锅炉实际运行状态推导出计算锅炉排烟过量空气系数的准确表达式。

根据现场湿烟气成分分析,实际比理论上多供的那部分过量空气可表示为:

∆V=aV gk o-V gk o=(α-1)V gk o=1/21(O2V y-0.5COV y-1.866 A ar C) (15) 按湿烟气表达的烟气体积V y为：

V y=V gy o+V H2O o+(α-1)V gk o+0.0161(α-1)V gk o=V gy o+V H2O o+1.0161(α-1)V gk o (16) V H2O o —按收到基燃料成分计算的理论水蒸气量Nm3/kg

0.0161(α-1)V gk o—(α-1)V gk o携带进入烟气中的理论水蒸气量Nm3/kg

V H2O o—0.01244W ar+0.0161V gk o+0.111Har (17)将式(16)代入式(15)，可推导出

αpy=1+[(V gy o+V H2O o)×(O2-0.5CO)-1.866A ar C]/{[21-1.0161(O2-0.5CO)]×V gk o｝(18) 完全燃烧时，CO=0，A ar C =0 则得

αpy=1+[(V gy o+V H2O o)×O2] / [（21-1.0161O2）×V gk o ](19)

当不考虑烟气中水蒸汽时，即V H2O o=0，0.0161(α-1)V gk o =0时，此时将V H2O o=0和0.0161(α-1)V gk o =0代入式(18)，则变为式(18)成为式(13)。由此可得，上述“1、2”和“1、3”两种推导排烟过量空气系数的方法是可以相互验证的。

2、应用实例

表1 1号锅炉100%ECR和75%ECR两种负荷情况下煤质

表2 采用1、1 ，1、2 ，1、3三种方法计算的1号锅炉αpy计算结果

表2计算结果表明，1、1和1、2方法两种方法虽然都是干烟气计算方法，但是1、1法结果偏大、误差大，主要原因是其没有考虑机械不完全燃烧q 4对过量空气系数的影响，自然会使计算出的干烟气量偏大。

而1、3法（湿烟气法）虽会使αpy稍大，引起烟气量稍高，但因其综合考虑了影响过量空气系数的q 4和V H2O等各种因素，所以其得出了锅炉实际排烟过量空气系数的准确表达式。

由上述可知，采用1、3方法（湿烟气法）才是计算αpy的更为准确、符合实际的方法，该法摈弃了惯用的基于干烟气计算过量空气系数公式的方法，采用更加符合锅炉现场运行实际的以湿烟气为基准的准确过量空气系数公式。

结论：为提高计算准确度，以利于更好的指导并服务于生产，建议在现场进行锅炉热平衡及热效率计算时，采用基于湿烟气的锅炉实测排烟过量空气系数。

参考文献1电站锅炉性能试验规程（GB10184—88）；