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王炯
（中材节能股份有限公司，天津300499）
摘要：为研究飞灰含碳量对燃煤锅炉热效率的影响，采用锅炉热效率反平衡法计算，通过分析､简化锅炉各项热损失得到燃煤锅炉热效率与飞灰中碳的质量分数数学关系式，通过实例进行计算，验证了飞灰碳含量与锅炉热效率数学表达式的正确性，通过该表达式可为燃煤锅炉设计过程中估算锅炉热效率提供一定的指导。
0引言
锅炉作为燃煤电站的三大主机之一，其性能指标对燃煤机组至关重要，尤其是锅炉的热效率已成为评价锅炉设备完善程度及运行管理水平的重要参数，是一项重要的热经济性指标，直接影响电厂的热经济性[1]。近年来，由于煤炭资源紧缺，煤炭价格上涨，大部分燃煤电站采取锅炉在燃用设计煤种时掺烧一定比例的经济煤种，以减少高价格的设计煤种消耗，这导致锅炉飞灰含碳量比燃用设计煤种时升高，因此降低锅炉飞灰含碳量为主要研究方向，提高锅炉热效率已成为众多学者研究的热点。李士祥[2]研究了300MW煤粉炉掺烧一定比例的高硫低挥发分煤的飞灰含碳量，得出掺烧高硫低挥发分煤后飞灰含碳量明显升高。刘为展等[3]分析了210MW煤粉炉掺烧低挥发分煤的飞灰含碳量，得出可通过调整增减风量和煤粉顺序有效降低飞灰含碳量。王孝先等[4]对300MW“W”型火焰锅炉掺烧一定比例的越南煤和澳洲煤的灰渣含碳量进行分析，结果表明，可通过优化掺烧方式､配煤及锅炉配风等方式达到降低灰渣含碳量的目的。刘彦鹏等[5]研究了300MW循环流化床锅炉掺烧煤泥的灰渣含碳量，得出掺烧煤泥量的多少对飞灰含碳量没有明显影响，而大幅增加入炉煤泥量时灰渣含碳量会显著增加。李沙等[6]对600MW煤粉炉配备掺烧澳洲煤的飞灰含碳量进行分析，得出掺烧澳煤后，由于澳煤着火与燃尽性偏差，使得飞灰含碳量明显增加。上述文献研究均得出，掺烧一定比例的经济煤种会使飞灰含碳量显著增加，但未给出飞灰含碳量与锅炉热效率的数学表达式。
在工程计算中，锅炉热效率的求解可采用正平衡法､反平衡法两种。在进行锅炉设计及电站方案设计时，基本上是不可能通过正平衡法计算出锅炉的热效率的。需要通过反平衡法来求锅炉的热效率，大多通过取经验值来确定锅炉的热效率进行设计，采用反平衡法得出的锅炉热效率与经验数据和采用估算方法存在较大差异。为了能更准确地指导设计，避免求解的差异过大，有必要研究锅炉热效率的计算表达式。本研究以反平衡法为基础，通过合理的简化假设，分析锅炉各项热损失，通过推导求得锅炉热效率与飞灰含碳量的数学表达式。
1理论分析
2模型建立
3实例计算及模型验证
图1为锅炉热效率与飞灰中碳的质量分数关系。当锅炉锅炉空气系数α一定时，锅炉热效率随着飞灰中碳质量分数的增大而减小。原因是飞灰中碳质量分数增加，不完全燃烧热损失增大，引起锅炉热效率降低。当飞灰中碳质量分数cfh一定时，锅炉的热效率随着过量空气系数的增大而减小。这是由于随着过量空气系数的增大，排烟量增大，排烟热损失增加，引起锅炉热效率降低。
4结论
基于反平衡法对锅炉各项热损失进行分析及合理简化假设，获得了飞灰中碳的质量分数与锅炉热效率的表达式，通过实例计算与锅炉实际热效率进行比较，相对误差在5%以内，验证了表达式的正确性。通过分析飞灰中碳含量对锅炉热效率的影响得出下列结论：当锅炉过量空气系数一定时，锅炉热效率随着飞灰中碳的质量分数增大而减小，此时应通过强化燃烧措施减少锅炉不完全燃烧热损失。当飞灰中碳的质量分数一定时，锅炉热效率随过量空气系数的增大而减小，因此在保证燃煤完全燃烧的情况下尽量降低过量空气系数，减小锅炉的漏风量，提高锅炉的热效率。
参考文献：
[1]陈刚.锅炉原理[M].武汉：华中科技大学出版社，2012.
[2]李士祥.300MW火电机组掺烧低挥发份高硫煤时影响飞灰含碳量的经济性分析[C]//中国电力企业管理创新实践，2020.
[3]刘为展，刘利莎.掺烧低挥发份煤时锅炉飞灰含碳量大的原因分析及调整措施[C]//第四届火电行业化学（环保）专业技术交流会论文集，2013.
[4]王孝先，魏丽蓉.300MW“W”型火焰锅炉无烟煤掺烧澳洲烟煤优化[J].广西电力，2012，35（05）：4.
[5]刘彦鹏，李建民，余永生，等.300MW循环流化床锅炉掺烧煤泥试验研究[J].热力发电，2010，39（10）：6.
[6]李沙，葛伟.600MW机组锅炉掺烧澳煤飞灰含碳量高分析与调整[J].电站系统工程，2016（06）：2.
[7]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京：中国电力出版社，2010.
[8]韩秀丽.空气过剩系数对锅炉热效率的影响[J].陕西理工学院学报（自科版），2002，18（04）：56-58.
[9]全国勘察设计注册公用设备工程师动力专业执业资格考试教材，第3版[M].北京：机械工业出版社，2013.
[10]吴味隆.锅炉及锅炉房设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2006. |
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