0 引言

对于电站锅炉来说，实际煤种与设计煤种偏差大的情况经常发生。煤质变化对锅炉热效率影响较大，造成锅炉热效率实际值与设计值出现偏差，因此需要进行煤质变化对锅炉热效率的影响分析及锅炉热效率的修正计算，使修正后的锅炉热效率与设计值具有可比性。本文结合ASME PTC—2008 《锅炉性能试验规程》中的修正方法^[1]，根据磨煤机热平衡及空气预热器热平衡原理，计算分析煤中水分减少对制粉系统调温风量、排烟温度的影响值及对锅炉热效率的修正影响值。

1 煤中水分的影响分析 1.1 对制粉系统调温风的影响

对于正压直吹式制粉系统，磨煤机的出力包括制粉出力和干燥出力，其中干燥出力与磨煤机入口一次风量及一次风温有很大关系^[2]。磨煤机入口一次风包括热一次风和冷一次风，制粉系统的调温风为磨煤机入口冷一次风。当煤中水分发生变化时，为了保证磨煤机的出力及出口风温，磨煤机入口的冷、热一次风量也应作相应的调整^[3]。当煤中水分减少时，在保证磨煤机出口风温不变的前提下，磨煤机入口的热一次风量相应减少，冷一次风量相应增加。因此，利用磨煤机系统的热平衡原理、质量守恒原理，可以计算调温风的变化量。

1.2 对排烟温度的影响

煤中水分变化对排烟温度的影响主要体现在两方面：一方面，煤中水分减少，则调温风量增加，经过空气预热器换热的一次风量减少，造成排烟温度升高^[2]；另一方面，煤中水分减少，使烟气中的蒸汽量减少，从而造成排烟温度降低。综合变化结果需通过热力计算确定。

1.3 对锅炉热效率的影响

煤中水分变化影响排烟温度，进而影响排烟热损失，排烟热损失在锅炉各项损失中所占比例最大。一般情况下，排烟温度每升高10 ℃，锅炉热效率约降低0.5%^[4-5]。ASME PTC—2008规程中排烟热损失包括干烟气热损失、氢燃烧热损失、空气中水分热损失、煤中水分热损失等4项^[1]。其中，由于煤中水分减少，调温风量增加，使排烟温度升高，锅炉热效率降低；同时，由于煤中水分减少，使煤中水分热损失减少，又使锅炉热效率提高。

2 计算实例 2.1 设备概况

某电厂锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1176/ 17.5-M4022型亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、摆动燃烧器四角切圆燃烧、固态排渣煤粉炉。制粉系统采用正压直吹式制粉系统，配置5台HP863型中速磨煤机。空气预热器采用三分仓回转式（容克式）预热器。锅炉主要设计参数见表 1，设计煤种及实际煤种指标见表 2。通过表 2数据可以计算煤中水分减少对调温风量、排烟温度、锅炉热效率的影响值。

2.2 调温风量的修正计算

按照磨煤机的实际运行参数，根据磨煤机系统热量平衡原理计算调温风量（见表 3）。从计算结果看，在实际运行工况下，进入磨煤机的实际调温风量均大于设计工况下的调温风量，随着煤中水分变少，进入磨煤机的调温风量增大。

2.3 排烟温度的修正计算

调温风量的增加，导致经空气预热器换热的风量减少、排烟温度升高^[6-7]。根据空气预热器的热平衡原理（其换热原理示意图见图 1），可计算排烟温的变化量。其热平衡表达式为：

(1)

式中c_yq—烟气比热容，kJ/（kg·℃）；

m_yq—烟气量，t/h；

t_yq—空气预热器入口烟温，℃；

t_py—排烟温度，℃；

m_kq—空气量，t/h；

c_kq—空气比热容，kJ/（kg·℃）；

t_rk—空气预热器出口空气温度，℃；

t_kq—空气预热器入口空气温度，℃。

空气预热器烟气侧的放热与空气侧的吸热达到平衡，则排烟温度的表达式为：

(2)

因此，排烟温度与换热空气量之间关系如下：

(3)

烟气量为1303.8 t/h，空气与烟气比热容的比值取0.95，二次风温升为310 ℃，一次风温升为318 ℃，一、二次风比例按照0.25:0.75计算，根据此计算得到t_rk-t_kq=312 ℃，将上述数据代入公式（3），可得。

排烟温度与参与换热的空气量成反比，参与换热的空气量越多，排烟温度越低。由计算结果可知，每增加1 t/h不经空气预热器换热的空气（调温风），使排烟温度升高0.227 ℃。工况1中，调温风量较设计值增加70.16 t/h，排烟温度升高了15.93 ℃；工况2中，调温风量较设计值增加81.15 t/h，排烟温度升高了18.42 ℃（见表 4）。

2.4 锅炉热效率的修正计算 2.4.1 干烟气热损失

干烟气热损失与排烟温度及对应的烟气比热容有关，将修正后的排烟温度及修正后的排烟温度下的烟气比热容代入干烟气热损失的计算公式^[1]，其他参数不变，得出排烟温度升高对排烟热损失的影响修正值：工况1干烟气热损失升高了0.603%，工况2干烟气热损失升高了0.653%。

2.4.2 氢燃烧热损失、煤中水分热损失、空气中水分热损失

由于排烟温度升高，使排烟中蒸汽焓值升高，蒸汽焓值与其温度成正比。将修正后的蒸汽焓值代入相应的计算公式^[1]，得到氢燃烧热损失、煤中水分热损失、空气中水分热损失这3项损失的影响修正值：工况1下这3项热损失升高了0.077%，工况2下3项热损失升高了0.088%。

2.4.3 煤中水分热损失

由于煤中水分减少，导致煤中水分热损失减少。将实际的煤中水分带入煤中水分热损失的计算公式^[1]，得到煤中水分减少对该项损失的影响修正值：工况1下该项热损失降低了0.128%，工况2下该项热损失降低了0.138%。

2.4.4 煤中水分修正

由于煤中水分减少，2个工况下锅炉热效率分别降低0.552%和0.603%。从数据结果可看出，锅炉热效率随着煤中水分减少而降低。汇总数据见表 5所示。

3 结束语

煤中水分变化对锅炉热经济性影响很大。通过分析可以看出，煤中水分减少，使进入锅炉制粉系统的调温风量增大，进入空气预热器的一次风量减少，从而影响了空气预热器的换热效果，使排烟温度升高，最终导致锅炉热效率降低。本文所采用的修正计算方法，全面考虑了煤中水分变化对锅炉调温风、排烟温度及锅炉效率的影响，为煤中水分变化对锅炉热效率影响的修正计算提供了依据，也为锅炉性能分析提供了计算依据。