CN118009309A - 一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，包括如下过程：根据冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系计算循环流化床锅炉的排渣量；根据循环流化床锅炉单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量计算循环流化床锅炉灰渣比例。其中，冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量包括循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量、凝结水带走热量和负压抽走的热量，其中热渣冷却时排出的热量是关于排渣量的函数，因此根据该热量平衡关系可以得到单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量，进而计算循环流化床锅炉灰渣比例。本发明的优点是实施简单，计量准确，可以在线测量，也可以单独测量。

Description

一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法

技术领域

本发明属于循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法。

背景技术

循环流化床锅炉因具有燃料适应性广、污染物排放浓度低、负荷调节范围大等特点被大量应用，并且循环流化床技术逐步向更高参数发展，对于全球的环境问题具有重要意义。相比煤粉炉而言，循环流化床锅炉可以采用炉内脱硫与尾部烟道脱硫相结合的组合式脱硫方式，在保证SO₂排放的同时灵活分配炉内炉外脱硫比例，进一步降低运行成本，但循环流化床锅炉的锅炉灰、渣含碳量高，固体未完全燃烧，热损失大，对锅炉效率影响较大，因此锅炉热效率试验必须保证灰、渣含碳量及灰渣比的准确性，以保证锅炉效率测试的准确性。

在《GB/T 10184-2015电站锅炉性能试验规程》中规定循环流化床锅炉飞灰、底渣比例采用实际测量或设计值。由于循环流化床物料平衡受循环倍率、入炉煤种、分离器性能等因素影响，不同锅炉物料循环系统有所差别，对应其锅炉的灰渣比不同，在进行循环流化床锅炉效率试验时，锅炉的灰渣比对锅炉效率试验影响较大。因此，循环流化床锅炉在正式锅炉效率试验前要进行灰渣比测试，确定出锅炉自身实际的灰渣比以便进行锅炉效率计算。

目前，飞灰浓度测试法如下：在《GB/T 10184-2015电站锅炉性能试验规程》中给出了通过测试排烟中飞灰浓度和相关计算，先得出飞灰份额进而得出锅炉灰渣份额的方法。该方法包括以下步骤：①采用网格法对排烟中飞灰等速取样，得出排烟中飞灰浓度；在相同测量界面处测量实测烟气氧含量；对飞灰、底渣进行取样，并化验可燃物含量；对入炉煤进行取样，并进行元素分析。②根据煤、灰、渣化验结果及氧量测试结果计算每千克燃料燃烧生成的在飞灰浓度测量界面处的干烟气体积。③根据实测的飞灰浓度、化验结果及计算得到的相关参数计算得到飞灰份额、底渣份额。该方法在尾部烟道截面测试飞灰浓度，烟道截面积大，测试误差大；颗粒浓度测量靠等速取样，等速条件很难达到，测试时间很难精准控制；测试时间很长，误差难以控制，因此该方案在实际中难以付诸实践。

底渣计量法如下：在《DL/T 964-2005循环流化床锅炉性能试验规程》中给出了通过实际测量底渣量和计算，先得出底渣份额进而得出锅炉灰渣份额的方法，该方法包括以下步骤：(1)计量试验期间排放的底渣的全部质量。(2)计算底渣的排渣流量与热效率计算中按正平衡迭代计算求得的锅炉总排灰流量之比的质量百分率，从而获得底渣份额、飞灰份额。

本行业中现有技术的计算方法均较为复杂，涉及众多参数的测量。然而，生产实践中由于现场条件和试验时间的限制，往往无法按照规程中的方法对上述参数(即飞灰和底渣)进行准确测量。特别是测量飞灰浓度的方法过程复杂，需耗费大量人力物力，测试成本较高。

目前还有一种确定流化床锅炉灰渣比的方案是统计方法：由电厂长期统计灰渣运输量，如按卡车的运输次数，全厂运输次数折算到单台炉，灰渣运输次数的比即灰渣比。该方法需要电厂长期记录灰渣外运的次数，记录的时间越长，灰渣比的统计比率越准确。因为灰渣比随锅炉不同、床料粒径、煤灰粒径、燃煤含灰量、运行状况等因素的变化而不同，该方法确定灰渣比不具有普遍意义，需要各个厂均进行统计。

目前有人提出一种基于钙平衡的流化床锅炉灰渣比测试方法，通过检测入炉煤中钙含量、炉内脱硫石灰石中钙含量、灰、渣中钙含量，认为入炉的总钙与排出的总钙是平衡的，据此可以计算出灰渣的比例。该方法从根本上说的问题是灰和渣中含钙量不可避免的受床料含钙量的影响，床料经过很长时间完成一次全替换，而锅炉效率试验的时间是2h，这个时间差很大，两个过程不同步，所以钙平衡建立不起来。灰渣的比例影响因素主要是入炉煤的颗粒度和成灰特性，灰渣中钙的比例影响因素主要是入炉石灰石的颗粒度和分解特性，它们之间没有特定的关系，因此思路就是错的。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，本发明能够准确循环流化床锅炉灰渣比例，同时方法过程简单、耗时较短。

本发明采用的技术方案如下：

一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，包括如下过程：

根据冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系计算循环流化床锅炉的排渣量；

根据循环流化床锅炉单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量计算循环流化床锅炉灰渣比例。

优选的，冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系满足如下公式：

Q_z＝Q_s+Q_q

式中，Q_z为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量，Q_z是关于循环流化床锅炉排渣量的函数；Q_s为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量；Q_q为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量。

优选的，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量Q_z通过下式计算：

Q_z＝C_z×m×(T₁-T₂)

式中，C_z为循环流化床锅炉排出的渣的平均比热容，T₁为冷渣器的热渣进口的热渣温度，T₂为冷渣器的冷渣进口的冷渣温度，m为循环流化床锅炉的排渣量。

优选的，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量Q_s通过下式计算：

Q_s＝V_s×(H₂-H₁)

式中，V_s为热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水的流量，H₁为冷渣器的凝结水进口焓，H₂为冷渣器的凝结水出口焓。

优选的，冷渣器的凝结水进口焓H₁通过冷渣器的凝结水进口的冷却介质流量、冷却介质压力和冷却介质温度计算得到；冷渣器的凝结水出口焓H₂通过冷渣器的凝结水出口的冷却介质流量、冷却介质压力和冷却介质温度计算得到。

优选的，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量Q_q通过下式计算：

Q_q＝c(T_q)×V_q×T_q

式中，c(T_q)为空气的比热，V_q为冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的流量，T_q为冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的温度。

优选的，该方法还包括对负压抽吸管的标定过程：

通过标定试验实测对负压抽吸管中负压与流量的关系，建立冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的流量与负压之间的函数关系，在正式循环流化床锅炉效率测试期间维持负压抽吸管内负压达到工作压力，测试负压抽吸管所抽吸气体温度，通过该温度计算负压抽吸管的负压抽走的热量，实现对负压抽吸管的标定。

本发明还提供了一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的系统，用于实现本发明上述确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，该系统包括：

第一计算单元：用于根据冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系计算循环流化床锅炉的排渣量；

第二计算单元：用于根据循环流化床锅炉单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量计算循环流化床锅炉灰渣比例。

优选的，所述第一计算单元包括：

第三计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量Q_z；

第四计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量Q_s；

第五计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量Q_q。

优选的，该系统还包括数据获取单元，所述数据获取单元包括：

设置在冷渣器的冷却介质进口的温度测点、压力测点和流量测点；

设置在冷渣器的冷却介质出口的温度测点、压力测点和流量测点；

设置在冷渣器的热渣进口的温度测点；

设置在冷渣器的热渣出口的温度测点；

设置在冷渣器的负压抽吸管上的流量测点和温度测点。

本发明具有如下有益效果：

本发明的优点是实施简单，计量准确，可以在线测量，也可以单独测量。其中凝结水进出口的温度、压力一般是有测点的，需要增加的是流量测点；热渣的温度可以取床温，床温一般较为稳定且比较均匀，冷渣的温度可以现场实测；负压抽吸的流量-负压关系式可以在试验前标定，温度较易测量，试验期间需要通过阀门控制负压管道内负压的稳定。本发明简单准确，避免了飞灰浓度测量法和底渣计量法的大量繁重且误差极大的劳动；原理清晰，也避免了钙平衡方法的模糊不清的表述方式。

附图说明

图1为冷渣器的结构示意图。

图中，1为冷渣器本体，2为冷却介质进口管道，3为冷却介质出口管道，4为冷渣器进口，5为冷渣器出口；6为热渣进口管道，7为冷渣出口管道，8为负压抽吸管，9为控制阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

如图1所示，冷渣器包括冷渣器本体1，冷渣器本体1上设置有冷却介质进口、冷却介质出口、冷渣器进口4和冷渣器出口5，冷却介质进口连接冷却介质进口管道2，冷却介质进口管道2上设置温度测点、压力测点和流量测点，冷却介质出口连接冷却介质出口管道3，冷却介质出口管道3上设置温度测点、压力测点和流量测点，冷渣器进口4上连接有热渣进口管道6和负压抽吸管8，负压抽吸管8上设置有控制阀门9以及位于控制阀门9上游的温度测点和流量测点，负压抽吸管8可接锅炉尾部烟道，热渣进口管道6与循环流化床锅炉的排渣口连接并设有保温措施，热渣进口管道6上设置有温度测点，冷渣器出口5上连接有冷渣出口管道7，冷渣出口管道7上设有温度测点，热渣进口管道6和冷渣出口管道7上各设置两个温度测点。冷渣器本体1的冷却介质一般为凝结水。

参见图1，冷渣器排渣量的测量是比较困难的一项工作，排渣一般是定期的，很少是连续的。排渣后热渣在冷渣器中缓慢流动，与冷却介质面式换热，充分冷却后由出口排出。排渣的热量一般有凝结水回收至低压凝结水系统。

本发明的操作方案是对冷却介质进口和冷却介质出口的冷却介质(凝结水)流量、温度和压力进行连续测量，在试验期间连续记录冷却介质进口管道2和冷却介质出口管道3中的冷却介质流量V、冷却介质压力P和冷却介质温度T，则凝结水的焓升可以计算，凝结水的连续吸热量可以计算；渣的比热有成熟的经验公式，热渣和冷渣的温度在热渣进口管道6和热渣出口管道7的管道上可以实测。冷渣器工作过程中为保证不扬尘、细渣不外泄，设置有负压抽吸管道8，负压抽吸管道8与尾部烟道流通，靠尾部烟道负压使冷渣器内维持微负压状态，负压抽吸管道8上的负压由控制阀门9控制。

负压抽吸管道8中的负压抽吸会带走一部分热量，但份额较小，该部分热量通过标定试验实测负压与流量的关系，建立冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的流量与负压之间的函数关系，即V_q＝f(p)，在正式环流化床锅炉效率测试期间维持负压抽吸管道内负压达到工作压力(一般为-100～-50Pa)，测试抽吸气体温度，则负压抽走的热量也可以计算。

设负压抽取气体流量为V_q，温度为T_q，比热按空气比热计算为c(T_q)，负压抽走的热量为：Q_q＝c(T_q)×V_q×T_q；

凝结水进口焓为H₁，出口焓为H₂，H₁和H₂均为凝结水温度和压力的函数，凝结水流量为V_s，则凝结水带走热量为Q_s＝V_s×(H₂-H₁)；

热渣和冷渣的温度分别记为T₁和T₂，排渣量记为m，渣的平均比热容按锅炉机组热力计算标准方法中的相关公式计算，记为C_z，则渣在冷却过程中排出的热量为：Q_z＝C_z×m×(T₁-T₂)。

根据工艺过程的特点和热量平衡关系，有Q_z＝Q_s+Q_q(1)

其中，负压抽吸管道8内的负压p、气体温度T_q、凝结水进出口压力、温度、流量、渣的温度这些为实测参数，比热容采用对应温度的计算值，则公式(1)中只有渣量m一个未知数，可以计算出来。

试验期间，上述测量值采用记录仪连续记录，在凝结水的累积吸热可以积分得出，总的排渣量可以计算获得，则锅炉正常运行期间正常排渣状态下单位时间的排渣量可以计算获得。

单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量的比值为排渣份额，排渣和排灰的总和为入炉总灰量，因此灰渣比可以计算；其中，灰量渣量为煤量减去渣量。

Claims (10)

1.一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，包括如下过程：

根据冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系计算循环流化床锅炉的排渣量；

根据循环流化床锅炉单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量计算循环流化床锅炉灰渣比例。

2.根据权利要求1所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系满足如下公式：

Q_z＝Q_s+Q_q

式中，Q_z为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量，Q_z是关于循环流化床锅炉排渣量的函数；Q_s为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量；Q_q为循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量。

3.根据权利要求2所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量Q_z通过下式计算：

Q_z＝C_z×m×(T₁-T₂)

式中，C_z为循环流化床锅炉排出的渣的平均比热容，T₁为冷渣器的热渣进口的热渣温度，T₂为冷渣器的冷渣进口的冷渣温度，m为循环流化床锅炉的排渣量。

4.根据权利要求2所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量Q_s通过下式计算：

Q_s＝V_s×(H₂-H₁)

式中，V_s为热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水的流量，H₁为冷渣器的凝结水进口焓，H₂为冷渣器的凝结水出口焓。

5.根据权利要求4所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，冷渣器的凝结水进口焓H₁通过冷渣器的凝结水进口的冷却介质流量、冷却介质压力和冷却介质温度计算得到；冷渣器的凝结水出口焓H₂通过冷渣器的凝结水出口的冷却介质流量、冷却介质压力和冷却介质温度计算得到。

6.根据权利要求2所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量Q_q通过下式计算：

Q_q＝c(T_q)×V_q×T_q

式中，c(T_q)为空气的比热，V_q为冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的流量，T_q为冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的温度。

7.根据权利要求6所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，其特征在于，包括对负压抽吸管的标定过程：

通过标定试验实测对负压抽吸管中负压与流量的关系，建立冷渣器的负压抽吸管中抽取气体的流量与负压之间的函数关系，在正式循环流化床锅炉效率测试期间维持负压抽吸管内负压达到工作压力，测试负压抽吸管所抽吸气体温度，通过该温度计算负压抽吸管的负压抽走的热量，实现对负压抽吸管的标定。

8.一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的系统，其特征在于，该系统用于实现权利要求1-7任意一项所述的确定循环流化床锅炉灰渣比例的方法，该系统包括：

第一计算单元：用于根据冷渣器对循环流化床锅炉排出的热渣进行冷却时的热量平衡关系计算循环流化床锅炉的排渣量；

第二计算单元：用于根据循环流化床锅炉单位时间排渣量与单位时间入炉总灰量计算循环流化床锅炉灰渣比例。

9.根据权利要求8所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的系统，其特征在于，所述第一计算单元包括：

第三计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时排出的热量Q_z；

第四计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时冷渣器的凝结水带走热量Q_s；

第五计算单元：用于计算循环流化床锅炉排出的热渣在冷渣器中冷却时负压抽走的热量Q_q。

10.根据权利要求8所述的一种确定循环流化床锅炉灰渣比例的系统，其特征在于，还包括数据获取单元，所述数据获取单元包括：

设置在冷渣器的冷却介质进口的温度测点、压力测点和流量测点；

设置在冷渣器的冷却介质出口的温度测点、压力测点和流量测点；

设置在冷渣器的热渣进口的温度测点；

设置在冷渣器的热渣出口的温度测点；

设置在冷渣器的负压抽吸管上的流量测点和温度测点。