燃?xì)忮仩t過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐熱效率的影響研究

趙貴林，李榮花，黃瓊英

（1.中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川達(dá)州 635000；2.中國(guó)石化中原油田油氣儲(chǔ)運(yùn)管理中心，河南濮陽(yáng) 457000；3.中國(guó)石化中原油田天然氣處理廠第二氣體處理廠，河南濮陽(yáng) 457000）

燃?xì)忮仩t過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐熱效率的影響研究

趙貴林1，李榮花2，黃瓊英3

（1.中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川達(dá)州 635000；2.中國(guó)石化中原油田油氣儲(chǔ)運(yùn)管理中心，河南濮陽(yáng) 457000；3.中國(guó)石化中原油田天然氣處理廠第二氣體處理廠，河南濮陽(yáng) 457000）

燃?xì)忮仩t以天然氣為燃料，燃燒產(chǎn)生熱量生產(chǎn)飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽。以某天然氣凈化廠CG-75/3.82-Q型燃?xì)忮仩t為例，分析了該鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行中過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐熱效率的影響，理論計(jì)算了不同爐膛煙氣出口氧含量下的鍋爐熱效率及鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)的合適區(qū)間，為燃?xì)忮仩t的配風(fēng)操作提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐，可為同類(lèi)研究提供思路。

過(guò)量空氣系數(shù)；熱效率；燃?xì)忮仩t

鍋爐燃燒運(yùn)行中設(shè)備難以保證燃料和理論空氣量的剛好完全燃燒，為了使燃料盡可能地完全燃燒，必須多供給一些空氣量，這部分空氣量稱(chēng)過(guò)量空氣量。實(shí)際空氣量（即理論空氣量與過(guò)量空氣量之和）與理論空氣量之比為過(guò)量空氣系數(shù)記為α。過(guò)量空氣系數(shù)既可以反映鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又可以反映鍋爐運(yùn)行操作的技術(shù)水平。因此，過(guò)量空氣系數(shù)是鍋爐運(yùn)行非常重要的燃燒技術(shù)指標(biāo)。本研究通過(guò)對(duì)凈化廠鍋爐熱力計(jì)算，對(duì)比了不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐燃燒效率的影響，研究發(fā)現(xiàn)控制過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)降低排煙損失和提高鍋爐效率至關(guān)重要。

1 動(dòng)力站鍋爐現(xiàn)狀

某CG-75/3.82-Q型燃?xì)忮仩t為單汽包、單爐膛、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)鍋爐，燃?xì)馊紵笈欧懦鰺焿m、氮氧化物等大氣環(huán)境污染物。若在鍋爐運(yùn)行時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)控制不當(dāng)，導(dǎo)致鍋爐爐膛內(nèi)燃燒工況不佳，即浪費(fèi)能源，又達(dá)不到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)《TSGG0002-2010鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》，關(guān)于鍋爐排煙處的過(guò)量空氣系數(shù)的規(guī)定為：負(fù)壓燃油（氣）鍋爐，不大于1.25。按過(guò)量空氣系數(shù)α=21/(21-O2%)計(jì)算，O2含量為4.2%。而實(shí)際運(yùn)行中額定功率下絕大多數(shù)燃?xì)忮仩t的過(guò)量空氣系數(shù)不到1.15，更有將過(guò)量空氣系數(shù)控制在1.05～1.10，此時(shí)含氧量為1%～1.9%。若以鍋爐50%負(fù)荷條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，建議過(guò)量空氣系數(shù)控制在1.15的較低值，此時(shí)含氧量為2.74%，推薦控制指標(biāo)不大于3%。凈化廠現(xiàn)鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)因接近低限負(fù)荷運(yùn)行常運(yùn)行在＞5.5范圍，過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高或過(guò)低都不利于燃燒，都會(huì)影響鍋爐的熱效率。

2 過(guò)量空氣系數(shù)與鍋爐熱效率關(guān)系

過(guò)量空氣系數(shù)實(shí)質(zhì)上是反映燃料和空氣配比的一項(xiàng)數(shù)值，是衡量鍋爐燃燒配風(fēng)的尺度。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，表示爐內(nèi)供風(fēng)過(guò)多，不僅降低爐溫，惡化燃燒，而且使煙氣量增加，從而引起鍋爐排煙熱損失增加，鍋爐效率降低，同時(shí)也使風(fēng)機(jī)的電耗以及凈化廠用電率增加。同樣，過(guò)量空氣系數(shù)太小則不能保證天然氣充分燃燒。

從鍋爐的熱損失來(lái)分析，鍋爐的排煙損失、煙氣中剩余可燃?xì)怏w（CO、H2、CH4）所引起的氣體不完全燃燒熱損失隨著過(guò)量空氣系數(shù)而變化的，爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)排煙損失和不完全燃燒損失有直接影響。當(dāng)α增加時(shí)，空氣量增多，燃料有更多的機(jī)會(huì)遇到空氣，使氣體不完全燃燒熱損失減少，但也導(dǎo)致排煙熱損失升高。排煙熱溫度和排煙體積的大小決定了燃?xì)忮仩t的絕大多數(shù)熱損失，而氣體不完全燃燒熱損失只占不到1%。因此建議在保證完全燃燒的情況下，盡量降低過(guò)量空氣系數(shù)。在過(guò)量空氣系數(shù)最低時(shí)，鍋爐的熱損失最小，熱效率最高，以此充分利用燃料熱量，達(dá)到節(jié)約燃料的目的。

3 燃燒效率計(jì)算

以下數(shù)據(jù)分析均以鍋爐負(fù)荷為30t/h運(yùn)行的最不利工況為條件。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，鍋爐負(fù)荷為30t/h時(shí)，其外供中壓蒸汽溫度400℃，平均壓力3.5MPa，查對(duì)應(yīng)溫度下的過(guò)熱蒸汽焓值為3 221kJ/kg，按常溫25℃查該壓力下的水的焓值為86kJ/kg。鍋爐排污量按1%計(jì)算，飽和水焓值為2 802kJ/ kg，鍋爐每小時(shí)有效吸熱量Qgl=D（hq-hgs）*103+Dps（hps-hgs）*103=94 864 800kJ/h。

鍋爐在該負(fù)荷下的燃料用量為3 600m3/h，凈化廠供氣燃料熱值為34 872kJ/m3，則鍋爐每小時(shí)有效發(fā)熱量為Q=BQnet-ar= 125 539 200kJ/h，則鍋爐在較低的負(fù)荷30t/h工作條件下，其鍋爐熱效率為η=Qgl/Q約為75.6%。

4 燃料的燃燒計(jì)算

根據(jù)過(guò)量空氣系數(shù)的定義，完全燃燒時(shí)α=21/（21-O2%），在運(yùn)行中只要知道了煙氣中的含氧O2，就可以知道運(yùn)行中的過(guò)量空氣系數(shù)。O2為2%、3%、4%、5%、6%時(shí)，α對(duì)應(yīng)分別為1.105、1.167、1.235、1.25、1.313、1.4。

燃燒所需的空氣量計(jì)算，據(jù)化驗(yàn)分析燃料氣成份中CO2為2.029 08%，H2O為0.003 58%，H2為0.025 47%，N2為0.705 68%，H2S為0.016 33%，CH4為97.057 57%，C2H6為0.152 18%，C3H8為0.010 11%，低位發(fā)熱值Qnetar為34 782 kJ/Nm3，則燃料所需空氣量Vk0=1/21*[0.5H2+0.5CO+Σ（m+n/4）CmHn+1.5H2SO2）]=9.273m3/m3。

排煙熱損失（Hpy-αVk0（c ）lk）/Qnetar=4.66%，不同過(guò)量空氣系數(shù)下的排煙熱損失如表1。

表1 不同過(guò)量空氣系數(shù)下的排煙熱損失

可知，減小過(guò)量空氣系數(shù)值，其排煙熱損失越小，即對(duì)應(yīng)提高鍋爐熱效率，燃料用量越少。爐膛煙氣出口含氧量由6%降低到3%，對(duì)應(yīng)鍋爐熱效率可提高0.66%，降低到2%，熱效率可提高0.83%。

5 提高熱效率對(duì)燃料量的影響

當(dāng)蒸汽產(chǎn)量為30t/h時(shí)，Qgl=D（hq-hgs）*103+Dps（hps-hgs）*103=831 015 648 000 kJ/a。

爐膛煙氣出口含氧量由6%降低到3%，提高熱效率0.66%，折算燃料量B=Qgl*η/Qgl*η=157 688m3；由6%降低到2%，提高熱效率0.83%，折算燃料量B=198 305m3；

提高鍋爐燃燒熱效率η值，對(duì)應(yīng)燃料氣用量表變化如表2：

表2 燃燒熱效率下燃料氣用量變化

可知，控制煙氣氧含量可有效節(jié)省燃料用量，若控制氧含量至3%，每年可節(jié)省燃料15余萬(wàn)m3；同時(shí)尾部煙氣含量NOX由空氣中的氮?dú)飧邷匮趸桑琋OX生成影響因素主要是燃燒溫度和過(guò)量空氣系數(shù)，控制過(guò)量空氣系數(shù)值還可有效減少尾部煙氣NOX含量。改進(jìn)燃燒器與鍋爐配風(fēng)，可提高鍋爐燃燒效率和減少NOX生成。

6 結(jié)論與建議

該鍋爐存在熱效率較低的問(wèn)題，通過(guò)控制爐膛出口氧含量可提高鍋爐熱效率，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。建議在實(shí)際生產(chǎn)中執(zhí)行爐膛出口氧含量為4%的指標(biāo)，將爐膛出口氧含量工藝指標(biāo)由3%～6%修訂為2%～4.2%，并將指標(biāo)納入鍋爐運(yùn)行操作考核范圍內(nèi)，對(duì)比新指標(biāo)與原指標(biāo)下的節(jié)能減排與降低煙氣NOX含量效果，進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。

S t u d y o n t h e I n f l u e n c e o f E x c e s s A i r C o e f f i c i e n t o f G a s-f i r e d B o i l e r o n B o i l e r T h e r ma l E f f i c i e n c y

Zhao Gui-lin，Li Rong-hua，Huang Qiong-ying

In this paper，a gas-f i red boiler（CG-75/3.82-Q）gas-f i red boiler is used as an example to analyze the effect of excess air supply on the boiler in the production and operation of the boiler.The boiler gas is used as a fuel to produce a saturated steam or superheated steam.The thermal eff i ciency of the boiler and the excess air coeff i cient of the boiler under different oxygen content of the furnace are calculated.The present study provides the theoretical basis and technical support for the gas distribution operation of the gas boiler，which can provide the idea for the similar research The.

excess air coeff i cient；thermal eff i ciency；gas boiler

TK227

B

1003-6490（2017）08-0123-02

2017-06-04

趙貴林（1987—），男，重慶開(kāi)縣人，助理工程師，主要從事高含硫氣田水務(wù)管理及水處理技術(shù)研究。