一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能分析方法，包括以下步骤：分别分析入炉煤、石灰石脱硫剂、飞灰、炉渣中的钙元素含量，基于钙元素在整个燃烧及脱硫反应中的守恒，引入表征脱硫剂与燃料比的系数K，提出了钙平衡基本公式，再通过炉内燃料和脱硫反应的化学当量关系式及灰平衡公式，建立相关联的迭代计算流程，经过迭代计算求得系数K的数值，确定投入炉内反应过程的石灰石脱硫剂的相对量。通过该分析方法，避免了直接测量入炉燃料及脱硫剂的质量流量，降低了试验不确定度，在常规循环流化床锅炉性能试验方法的基础上，能够计算出更为准确的锅炉热效率，并得出脱硫剂利用率，同时可评价粉煤灰的脱硫再利用价值。

A calculation method for performance of circulating fluidized bed boiler based on calcium equilibrium

The invention discloses an analysis method based on calcium balance of circulating fluidized bed boiler performance, which comprises the following steps: analysis of coal into the furnace, limestone desulfurization agent, fly ash and calcium content in the slag, the conservation of calcium element in the combustion and desulfurization reaction based on the introduction of characterization of desulfurizer coefficient K and fuel ratio and put forward the basic formula of calcium balance by chemical equivalent relation and gray balance formula of fuel and desulfurization reaction in the furnace, the establishment of the associated iterative calculation process, numerical coefficient K through iterative calculations to determine the relative amount of limestone desulfurization agent in the reaction furnace. Through the analysis, to avoid the direct measurement of mass flow into the furnace fuel and desulfurization agent, reducing the experimental uncertainty, based on conventional performance test method of circulating fluidized bed boiler, can be calculated more accurately the thermal efficiency of the boiler, and the utilization rate of desulfurizer, the value and evaluation of desulfurization powder fly ash.

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法
本专利技术属于循环流化床锅炉性能试验
，具体涉及一种在基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法。
技术介绍
循环流化床锅炉作为一种洁净煤燃烧技术，由于其利于燃烧劣质煤，并可在燃烧时炉内添加石灰石进行同步脱硫，近年来受到了人们的广泛关注。随着近十几年来国内各大锅炉厂对国外引进技术的消化吸收逐步完成，电力行业内各种容量的循环流化床锅炉先后有几十台相继投产发电，包括135MW及150MW的超高压CFB锅炉、300MW等级的亚临界CFB锅炉、350MW超临界CFB锅炉、600MW等级示范CFB锅炉等各类型。CFB锅炉数量的日益增多，对原有的锅炉性能试验方法提出了新的要求，其与常规煤粉锅炉最大的不同之处在于炉内同步添加石灰石，燃烧反应与脱硫反应同步进行，因此常规煤粉锅炉性能试验方法的基础上必须增加部分相关参数的测量，从而计算求得CFB锅炉热效率等性能指标，对CFB锅炉做出全面的性能评价。当前CFB性能试验技术及计算方法主要为两类：1)我国国家标准GB/T10184-2015《电站锅炉性能试验规程》规定的性能试验方法，简称“国标法”，此方法即为原国家标准GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》与电力行业标准DL/T964-2005《循环流化床锅炉性能试验规程》在针对CFB锅炉方面性能试验方法的重新整合；2)美国ASME标准PTC4《锅炉性能试验规程》规定的性能试验方法，简称“ASME法”。上述两种方法基本计算流程的不同之处，限于篇幅，这里不再赘述，主要讨论两种方法中涉及的一个核心参数：“国标法”定义并使用钙硫摩尔比rCa/S，“ASME法”定义并使用脱硫剂质量份额MFrSb。此核心参数是求取灰渣量、已燃碳等重要中间参数的必备数据，无论哪种方法。下面给出该核心参数的具体计算公式：rCa/S——钙硫摩尔比；——脱硫剂中碳酸钙的质量分数，％；qm.c——入炉燃料质量流量，kg/h；qm.des——入炉脱硫剂质量流量，kg/h。kg/kg燃料MFrSb——脱硫剂质量份额，kg/kg燃料；MrSb——脱硫剂质量流量测量值，kg/s；MrF——燃料质量流量测量值，kg/s。注：燃料质量流量也可通过计算得出，但计算过程需要锅炉输出热量的相关试验数据，在单独进行锅炉性能试验时，这些数据通常不被采集。无论是“国标法”还是“ASME法”，在求取该核心参数时都必须对燃料、脱硫剂的质量流量进行测量，取得测量数据。而燃料质量流量的测量工作繁琐，测量不确定度大；脱硫剂质量流量在很多电厂都难以实现有效测量，及时能够测量，工作也较为繁琐，同时测量不确定度较大。在长期的性能试验技术实践中，现有的CFB锅炉性能计算方法无论是对试验工作，还是对最终计算结果均存在不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有两种CFB锅炉性能试验方法，提供了一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法，通过对各相关物质钙元素含量的化验分析来替代脱硫剂和燃料质量流量的测量工作，采用钙平衡基本公式和迭代计算法确定“脱燃比”系数K，减少了繁琐的测量工作，降低了试验不确定度。本专利技术采用如下的技术方案：一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法，基于钙元素在整个燃烧及脱硫反应中的守恒，引入表征脱硫剂与燃料比的系数K，提出了钙平衡基本公式，再通过炉内燃料和脱硫反应的化学当量关系式及灰平衡公式，建立相关联的迭代计算流程，经过迭代计算求得系数K的数值，确定投入炉内反应过程的石灰石脱硫剂的相对量；在常规循环流化床锅炉性能试验方法的基础上，计算出更为准确的性能指标——锅炉热效率，并得出脱硫剂利用率，用于评价粉煤灰的脱硫再利用价值，从而更为全面地分析循环流化床锅炉性能。本专利技术进一步的改进在于，包括如下步骤：按照GB10184-2015《电站锅炉性能试验规程》中规定的方法，分别对入炉燃料、脱硫剂、飞灰和底渣进行取样；化验分析进入锅炉边界的燃料和脱硫剂中钙元素含量；化验分析离开锅炉边界的飞灰和底渣中钙元素含量；通过试验测量确定灰渣比例，即飞灰与底渣的相对比例；其中，基于钙元素守恒得出循环流化床锅炉钙平衡的基本公式为：(Ca)燃料+K·(Ca)脱硫剂＝(Ca)总灰渣式中：K为脱硫剂与入炉燃料的质量比；(Ca)燃料为燃料中钙元素质量份额；(Ca)脱硫剂为脱硫剂中钙元素质量份额；(Ca)总灰渣为灰渣中钙元素质量份额；由炉内燃烧、脱硫反应的化学当量关系式，得出以下公式：式中：Rs脱硫为脱硫灰渣质量份额；为脱硫剂中碳酸镁的质量分数；为脱硫剂中碳酸钙的质量分数；为脱硫剂中水分的质量分数；为脱硫反应中SO3生成的质量份额；根据ASMEPTC4《锅炉性能试验规程》，得到的计算方法，即通过入炉煤的元素分析结果、烟气中SO2和O2的测量值，确定脱硫效率ηS，其中需要用到已燃碳Cb通过灰平衡求出，再由下面的公式得出：式中，为烟气中测定的SO2、O2容积百分数，干燥基；Cb为实际烧掉的碳，即已燃碳；H、S、N、O为燃料中氢、硫、氮和氧元素的分析值，收到基；基于灰平衡，得出如下计算公式：Cb＝C-Rsub·Rs总式中，Rs总为总灰渣量；A为燃料中的灰分，质量百分数；Rsub为灰渣中的未燃碳，质量百分数。本专利技术进一步的改进在于，计算过程中所涉及的脱硫效率ηS、总灰渣量Rs总、已燃碳Cb，通过迭代计算法求得，具体如下：初始计算时假设脱硫效率ηS＝80％，在求得总灰渣量Rs总和系数K后，利用钙平衡基本公式，解出K值；将K值代入灰平衡公式，求出总灰渣量Rs总、已燃碳Cb后，再次计算得到脱硫效率ηS'，如果|ηS'-ηS|≤0.01％，则迭代结束，否则，将求得的ηS'代替原来的ηS值，即令ηS＝ηS'，再次进行计算，求得新的K值、总灰渣量Rs总、已燃碳Cb和脱硫效率ηS，直到满足迭代结束的条件。本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的计算思路为整个炉内燃烧、脱硫反应过程中，钙元素守恒，即进入锅炉边界的各物质中钙元素总含量等于离开锅炉边界的各物质中钙元素总含量。具体来说，计算过程中所涉及的脱硫效率ηS、总灰渣量Rs总和已燃碳Cb，通过迭代计算法求得，初始计算时假设脱硫效率ηS＝80％，在求得总灰渣量Rs总(含系数K)后，利用钙平衡基本公式(此时变形为待解项K的一元一次方程)，解出K值；将K值代入灰平衡公式，求出总灰渣量Rs总、已燃碳Cb后，再次计算得到脱硫效率ηS'，如果|ηS'-ηS|≤0.01％，则迭代结束，否则，将求得的ηS'代替原来的ηS值，即令ηS＝ηS'，再次进行计算，求得新的K值、总灰渣量Rs总、已燃碳Cb、脱硫效率ηS，直到满足迭代结束的条件。其中，基于钙平衡并经过迭代计算得出的系数K，能够确定脱硫剂与入炉燃料的质量比，省去了入炉燃料质量流量、脱硫剂质量流量的测量工作，消除了质量流量测量不确定度大的影响，能够更加便捷且准确地计算出循环流化床锅炉热效率、评价脱硫剂的利用率。并且，通过钙元素的化验分析数据，可以进一步分析评价粉煤灰的再利用价值。综上所述，本专利技术利用钙平衡法计算循环流化床锅炉性能，解决了无法直接准确测量燃料及脱硫剂质量流量的难题，同时给出了更为准确的锅炉热效率、脱硫剂利用率，并可评价粉煤灰的脱硫再利用价值，能够更为全面地分析循环流化床锅炉性能。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法，其特征在于，基于钙元素在整个燃烧及脱硫反应中的守恒，引入表征脱硫剂与燃料比的系数K，提出了钙平衡基本公式，再通过炉内燃料和脱硫反应的化学当量关系式及灰平衡公式，建立相关联的迭代计算流程，经过迭代计算求得系数K的数值，确定投入炉内反应过程的石灰石脱硫剂的相对量；在常规循环流化床锅炉性能试验方法的基础上，计算出更为准确的性能指标——锅炉热效率，并得出脱硫剂利用率，用于评价粉煤灰的脱硫再利用价值，从而更为全面地分析循环流化床锅炉性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法，其特征在于，基于钙元素在整个燃烧及脱硫反应中的守恒，引入表征脱硫剂与燃料比的系数K，提出了钙平衡基本公式，再通过炉内燃料和脱硫反应的化学当量关系式及灰平衡公式，建立相关联的迭代计算流程，经过迭代计算求得系数K的数值，确定投入炉内反应过程的石灰石脱硫剂的相对量；在常规循环流化床锅炉性能试验方法的基础上，计算出更为准确的性能指标——锅炉热效率，并得出脱硫剂利用率，用于评价粉煤灰的脱硫再利用价值，从而更为全面地分析循环流化床锅炉性能。2.根据权利要求1所述的一种基于钙平衡的循环流化床锅炉性能计算方法，其特征在于，包括如下步骤：按照GB10184-2015《电站锅炉性能试验规程》中规定的方法，分别对入炉燃料、脱硫剂、飞灰和底渣进行取样；化验分析进入锅炉边界的燃料和脱硫剂中钙元素含量；化验分析离开锅炉边界的飞灰和底渣中钙元素含量；通过试验测量确定灰渣比例，即飞灰与底渣的相对比例；其中，基于钙元素守恒得出循环流化床锅炉钙平衡的基本公式为：(Ca)燃料+K·(Ca)脱硫剂＝(Ca)总灰渣式中：K为脱硫剂与入炉燃料的质量比；(Ca)燃料为燃料中钙元素质量份额；(Ca)脱硫剂为脱硫剂中钙元素质量份额；(Ca)总灰渣为灰渣中钙元素质量份额；由炉内燃烧、脱硫反应的化学当量关系式，得出以下公式：式中：Rs脱硫为脱硫灰渣质量份额；为脱硫剂中碳酸镁的质量分数；为脱硫剂中碳酸钙的质量分数；为脱硫剂中水分的质量分数；为脱硫反应中SO3生成的质量份额；根据ASMEPTC4《锅炉性能试验规程》，得到的计算方法，即通过入炉煤的元素分析结果、烟气中SO2和O2的测量值，确定脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧青，赵永坚，郭睿，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61