采用o2/co2燃烧方式与空气燃烧方式下煤粉锅炉的效率分析

　　热力发电采用o2/co2燃烧方式与空气燃烧方式下煤粉锅炉的效率分析肖卓楠内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014014结合热力学第定律和第二定律，根据Er的定义及计算方法，建立了适用于O2/CO2气氛煤粉锅炉的效率计算模型。以400t/h煤粉锅炉为研究对象，分别计算并比较了常规空气及（2）：p（C2）=3：7气氛下煤粉锅炉的各项Er损失、锅炉Er效率以及锅炉热效率。结果表明：2/C2燃烧方式可提高锅炉的热效率和Er效率，但是无论何种气氛，Er效率均远远低于热效率，即能量的评估不仅要考虑量，还要考虑质。通过对O2/CO2燃烧方式锅炉的Er效率计算分析揭示了能量的质与量的可利用程度及主要损失项。

　　O2/CO2燃烧技术是一种既能直接捕集高浓度CO2，又能综合控制燃煤污染物排放的新一代洁净煤发电技术。在常规空气燃烧方式下，烟气中的CO2含量一般为1216，其余绝大部分为空气带入的大量氮气。为了从锅炉燃烧烟气中捕集浓度较低的CO2，首先要采用有效的方法将CO2从烟气中分离出来，然后才能进行回收。本文通过建立计算模型对富氧锅炉的效率进行计算分析，从而为富氧燃烧锅炉的发展提供一些理论基础。

　　锅炉效率分析主要有基于热力学定律的热基金项目：国家自然科学基金（51106068）；内蒙古自然科学基金（2011BS0710）；内蒙古教育厅自然科学基金（NZY1115）；内蒙古科技大学创量平衡法和基于热力学第二定律的E：r分析法2种，其中热量平衡法注重能量在数量上的变化，而分析方法注重能量的能级变化1.是近年来在热力学及能源科学领域中评价能量利用价值的一个重要参数，是能量可用性、可用能、有效能的统称，可从“量”和“质”两个方面度量能量的“价值”23.目前，国内外都对效率进行了―定程度的研究。MAHABIB等人对电厂的分析结果表明，锅炉是电厂中能量利用率低的设备；高燕、张锐等对电厂热力过程进行能量计算和分析，得出了2种分析方法的不同之处。

　　1效率计算模型效率屮锅炉的效率即锅炉有效利用的（Eyx）与锅炉燃料Er（E）之比，即锅炉在E：r利用上的潜力，其表达式为：损失率在用Er方法分析锅炉效率时把锅炉的Er损失分为外部Er损失和内部E：r损失，其中外部E：r损失是指系统工质排离系统时所损失的Er，包括：排烟Er损失、化学不完全燃烧Er损失、机械不完全燃烧Er损失、散热Er损失、灰渣物理Er损失；内部Er损失是指由于系统内部各过程不可逆所造成的E：r损失，主要包括：燃烧过程不可逆Er损失、传热过程不可逆Er损失。

　　锅炉的Er损失率即锅炉的各项Er损失（E，）与E的比值，其表达式为：1.3燃料燃料Er包括燃料的显热E：r、化学Er及燃烧产物在标准空气中的扩散E：r.由于扩散Er在实际工程中难以被利用，通常不予考虑；由于燃料温度与环境温度接近，显热Er也予以忽略。在进行E：r效率分析时，均以1 kg燃料为基础进行计算。

　　处于环境态的燃料，尽管与环境处于热力平衡，但仍然存在化学不平衡，因而可与空气中的氧气进行反应，释放出燃料的化学能。当采用适当的方式时，这部分能量又可转换为技术功，即燃料的化学Er因此得出燃料Er；2438为水的汽化潜热；Mar为燃料收到基水分，。

　　1.4有效利用的如果再热减温水流量、锅炉排污量和向空排气量为0，则锅炉的省煤器、蒸发受热面、过热器和再热器的Er增为锅炉的有效利用Er，其值应为：物理Er.灰渣损失的热量为：则灰渣损失的Ex为：6燃烧过程不可逆Ex损失Ziy（fpy）、y（。）分别为烟气在温度fpy、0下的焓，k/kg. 1.5.2化学不完全燃烧Ex损失Ehx化学不完全燃烧Ex损失是由于燃料在燃烧过程中所生成的部分残留在烟气中的可燃气体未完全燃烧造成的，即损失了这部分可燃气体的化学Ex它与这部分可燃气体的燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的化学不完全燃烧热损失Q.热量的百分比。

　　1.5.3机械不完全燃烧Ex损失E）x机械不完全燃烧Ex损失是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的，在数量上与机械不完全燃烧的热损失Q相等，即：热量的百分比。

　　1.5.4散热E：c损失散热Ex损失是由于锅炉运行中锅炉表面炉墙温度高于周围环境温度，以辐射、对流的传热方式传给周围环境热量而损失的热量E：c：比；Th为锅炉壁面的平均温差，K；Tu、Th2分别为锅炉内、外壁温度，K.燃烧过程的E：r损失是指由于燃烧过程的不可逆性所引起的Ex损失。

　　锅炉中燃料的燃烧并非绝热燃烧，即燃料的化学能并没有全部转换为烟气的热能，而是有部分因为化学不完全燃烧、机械不完全燃烧、散热和灰渣而损失，同样燃料的化学Ex除了转换为烟气的物理Ex和因燃烧不可逆而损失的Ex外，也有部分被化学不完全燃烧、机械不完全燃烧、散热和灰渣损失，因此燃烧过程的Ex损失可记为：锅炉传热过程的Ex损失是由于传热过程的不可逆性所引起的Ex损失：2热效率计算模型锅炉热效率可以通过2种测验方法得出。一种方法是由测定输入热量Q和有效利用热量Q计算锅炉效率，称为正平衡法或直接求效率法。另一种方法是测定锅炉的各项热损失72、374、5、6后再计算锅炉热效率，称为反平衡法求锅炉效率或间接求效率法。本文采用反平衡法计算锅炉效率心同时可以找出提高锅炉效率的途径。即：n 2.1计算燃料消耗量计算燃料消耗量是指扣除机械不完全燃烧热损失74后，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量1.5.5灰渣物理Ex损失灰渣的Ex损失是指排出炉膛的灰渣所具有的2.2排烟热损失分2锅炉排烟热损失是由于排烟温度高于外界空气温度所造成的热损失。排烟热损失等于排烟焓值与进入锅炉冷空气焓值之差，其计算式为：过量空气系数，/4为理论冷空气的焓，k/kg. 2.3化学不完全燃烧热损失心化学不完全燃烧热损失是由于烟气中有可燃气体造成的热损失。这些气体主要是CO，另外还有微量的氢气和甲烷。当采用固体燃料时，烟气中氢气和甲烷的含量甚微，认为烟气中可燃气体只是CO.在论文中，无论富氧还是常规空气燃烧，从锅炉设计计算得到的经验数据中选取93.对于固态排渣和液态排渣的煤粉锅炉93=0. 2.4机械不完全燃烧热损失办机械不完全燃烧热损失是由于灰中含有未燃尽的碳造成的。根据锅炉的飞灰量与灰渣量以及飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数计算得到94.汤学忠。热能转换与利用。北京：科学出版社，2010.董厚忱。火用分析与锅炉设计。动力工程，2008，28（1）1-5.阎维平，米翠丽，梁秀俊，等。采用02/C02燃烧方式的锅炉热效率计算与分析。热力发电，2009，38：20-23.赵冠春，钱立伦。火用分析及其应用。北京：高等教育出版社，1984.（下转第155页）4结论传统的串级控制系统出现积分饱和时，使得控制无法及时消除积分饱和，从而引起各重要控制参数失调。对此，提出了改变PID2和修改PID1闭锁条件2种抗积分饱和方式，并对2种方式进行了仿真分析，结果表明修改PID1闭锁条件的抗积分饱和方式既可有效避免串级控制系统PID1的积分饱和，又能保证PID2的快速调节。

　　北京八BB贝利控制有限公司。SYMPHONY系统功能码手册。

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