火力发电厂烟囱与锅炉烟气排放量关系浅析

火力发电厂烟囱与锅炉烟气排放量关系浅析

A nalysis on R elati on sh i p betw een F lue Gas F low of Ch i m ney

and Bo iler in Fo ssil 2fuel Pow er P lan ts

内蒙古电力科学研究院(呼和浩特010020) 　　李　涛　杨建华

包头第一热电厂(包头014010) 　　刘继东　傅德成　于忠义

文　摘　阐述火力发电厂中烟囱与锅炉烟气排放量之间的关系, 通过实际问题的具体测试和计算说明由于原始设计与实际生产出入较大, 导致包头第一热电厂三台410t h 锅炉共用一座烟囱运行时出现引风机出力不足的问题, 同时提出一些改进意见。

关键词　烟囱　理论烟气排放量　烟囱出口内径烟囱出力

烟囱是火力发电厂中与锅炉机组配套使用的建筑设施, 其主要作用是把锅炉排放的大量烟气中的烟尘和有害的气体引向高空, 增大扩散半径, 避免局部污染过重; 不仅如此, 高耸入云的烟囱也是火力发电厂的标志性建筑物。

数;

　Η—烟囱出口烟气温度, 机械通风不考c —

虑烟气温降。

2　实际运行中的问题

包头第一热电厂6～8号炉均为410t h 的单汽包、自然循环煤粉炉, 分别于1980年、1983年及1990年投产运行。在最初设计时是6号、7号炉共

用一座烟囱; 1990年8号炉投产, 按照原有设计未增设烟囱, 而是与6号、7号炉合用, 所以目前三台锅炉共用一座烟囱向外界排放烟气。

由于现在实际燃用煤种与原始设计煤种存在很大差别, 所以在3台炉共用一座烟囱生产运行时就出现烟气排放不畅的现象, 尤其是近几年表现得更加明显, 即当3台炉同时运行、负荷在90%及以上时引风机就出现出力不足的现象, 挡

1　烟囱高度和出口内径的确定

111　烟囱高度H yt

板全开但是炉膛负压保持不住, 时常反正压, 给锅炉安全、文明生产带来不利影响。这其中6号炉表现得特别明显, 使得引风机自动也无法投入运行。到目前为止3台炉均大修过, 证明锅炉本身不存在阻力及漏风大导致上述问题发生的可能; 另一种现象是当3台炉中的两台带满负荷运行而另一台炉停运、特别是8号炉停运时前述现象基本消失, 引风机出力符合锅炉运行要求, 且引风机自动也能投入运行。211　锅炉设计参数

21111　锅炉主要特性及送、引风机铭牌参数

火电厂的烟囱全是机械式通风, 因此高度应按烟气中排出的有害物质SO 2、飞灰等排出NO 2、量和附近环境允许的污染条件来确定。另外, 可从烟囱底部外径的计算中得出, 即当烟囱底部外径

～30) d ; d >215m 时, H yt d ≤215m 时, H yt ≤(20

≤20d 。最终烟囱的高度由以上两个条件确定。

112　烟囱出口内径d c

烟囱出口内径是一个很重要的尺寸, 当由锅炉的热力计算得出排烟气量后, 通过以下公式计算即可得出; 换句话说, 烟囱出口内径一经确定, 则烟囱的出力也就确定了, 无法更改。

烟囱出口内径公式:

(3600×273×01785w c ) ]015d c =[B j nV y (Ηc +273) 式中　V y ——通过烟囱的烟气量, Nm 3 kg ;

w c ——烟囱出口烟气流速, m s B j ——每台炉计算燃料量, kg h

由表1看出, 6号、7号炉的设计、选型及配套辅机完全一样, 而8号炉投产时间较前两者晚很多, 在锅炉设计选型及配套辅机选型上与之有很大差别, 尤其表现在吸风机上, 其风压、风量分别比6号、7号炉大出1500Pa 和近27000m 3 h 。

这主要考虑了8号炉运行中正常烟气排放的要

求。n ——利用同一烟囱同时运行的锅炉台

表1　型号及参数表

型号及参数锅炉型号配套单机功率蒸发量

过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度热风温度燃料消耗量汽包中心标高炉膛深度炉膛宽度炉膛容积

MW t ・h -1 M Pa ℃ ℃ ℃ t ・h -1 mm mm mm m 3

6号、7号炉91824W GZ 410

[***********][***********]22562

8号炉91825D G 410 [***********][***********]2196

燃用煤种相差太大, 所以一电厂又依据现有煤种重新做了校核计算。摘录相关数据如下。

(1) 煤质元素分析(用C y 表示碳的应用基含量, 其它元素的成分表示法类同) :C y 为5018%;

H

为313%; O y 为419%; N y 为0198%; S y 为1112%; 灰度A y 为3210%; 水分W y 为619%。

应用基低位发热量Q dw y =1862717(kJ kg ) 。

(2) 高炉煤气元素分析:CO 2含1510%; CO

y

含2415%; H 含419%; N 2含58172%; CH 4含

3

0138%; Q w y =3453145kJ m ; 体积V =400003

m h 。

(3) 理论空气量(高炉煤气折算为煤后计算得出) :6号、7号炉为016645Nm 3 kg ; 8号炉为

吸风机型号

出力 m 3・h -1风压 Pa 配套电机容量 k W 电压 V 电流 A 转速 r ・m in -1送风机型号出力 m 3・h -1风压 Pa 配套电机容量 k W 电压 V 电流 A 转速 r ・m in -1

2D Y 4273211228D Y 422×602261

[1**********]0

[**************]41

[**************]30GA 273211222D

[***********]69992

01666Nm 3 kg 。

(4) 理论烟气量(高炉煤气折算为煤后计算

得出) :6、7号炉产生的烟气量为2×53149×81895×1000=95158711Nm 3 h ; 8号炉产生的

—

[***********]62985

烟气量为54165×81621×1000=471137165

3

Nm h ;

3台炉产生的理论烟气量合计(满负荷) 为1422724175Nm 3 h 。21212　实际测量烟气量

6号、7号、8号3台炉的尾部烟道末端安装

测点进行烟气量的实测, 测出烟道的动、静压及烟气温度, 计算出烟道测量断面流速、烟气流量, 并折合成标准状态, 得出表2数据(实测时3台炉的负荷均为额定负荷的90%以上) 。

表2　烟道断面烟气流速

炉号

67m s

乙侧烟道

11160

21163测量烟道面积 m 2

8114

4152甲侧烟道

1113218102图1　烟道与烟囱的布置

　　计算公式:

o V =F ×w 　和　V N =F ×w ×ΘΘ

3

式中　V 、V N ——烟气排放量, m h ; 标态下烟气

21112　烟筒和烟道连接示意图

图1清楚地反映了烟道与烟囱的布置, 但是

6号炉与7号、8号炉在进入烟囱时其烟道是面对面的, 即发生烟气对冲; 而且7号、8号炉产生的烟气量比6号炉大得多, 流速也高, 因此6号炉的烟气流动受到阻碍。

212　锅炉烟气排放量与烟囱出力关系及计算21211　理论排烟气量计算

6～8号炉既烧煤粉又烧高炉煤气(从包钢

排放量, Nm 3 h ;

　　　F ——烟道断面面积, m 2; 　　　w ——断面烟气流速, m s ;

　　　Θ——烟气密度;

　　Θ—标态下烟气密度, 1134kg o —

3

Nm 。

来) , 所以其烟气量包含固体燃料释放的烟气和气体燃料释放的烟气。原锅炉厂设计的煤种与实际

利用以上公式计算出各炉每小时实测烟气流量, 汇总如下:

6号炉为53004713Nm 3 h ;

7号炉为50630015Nm 3 h ; 8号炉为59131810Nm 3 h 。3台炉实际产生烟气量合计:162766518Nm 3 h 。21213　实测烟气动量计算

计算得出V y =91448Nm 3 kg , 烟囱最大允许通过的总烟气量为152701415Nm 3 h 。

4　原因分析

从以上计算可以看出, 3台炉在满负荷运行时

的理论烟气量为1422724175Nm 3 h , 烟囱的最大出力为152701415Nm 3 h , 而3台炉实际的烟气排放量是162766518Nm 3 h , 比烟囱的最大出力大10065113Nm 3 h , 按照每生产1t 蒸汽产生147014Nm 3(实际测量计算值) 的烟气计算, 3台炉共减少蒸汽量6815t h , 平均每台炉减少2218t h , 至此产生前述问题的原因已查明, 即烟囱的排烟气能力小于锅炉实际产生的烟气量, 不能满足锅炉运行的需要; 另外由烟气动量比可以看出, 6号炉侧受到7号、8号炉侧烟气巨大压力, 在3台炉同时运行中6号炉吸风机出力受限制, 烟气排放受阻, 是其自动无法投入的主要原因。

动量公式:P =m v , kg ・m s 式中　m ——质量, kg ;

v ——速度, m s 。

计算后烟气动量汇总如下:6号炉:2261106kg ・m s ;

7号炉:3737196kg ・m s ; 8号炉:5603175kg ・m s ;

7、8号炉动量和:9341171kg ・m s 。7、8号炉动量与6号炉动量比为4113∶1, 即7、8号炉侧烟气冲力是6号炉的4113倍。

3　烟囱最大允许排烟气量计算

实际设计烟囱出口内径d c =5184m , 高度为150m , d c 计算如下:

(3600×273×01785w c ) ]015d c =[B j nV y (Ηc +273) 式中　V y ——通过烟囱的烟气量, Nm 3 kg

w c ——烟囱出口烟气流速, m s , 由烟囱高

5　结论

综上所述, 问题的根本原因在于原始设计时

8号炉的烟气量校核有误, 依据锅炉设计煤种的计算与实际燃烧煤种的生产之间出入太大, 最终导致烟筒出力偏小, 无法满足生产运行的需要。因此根据实际情况, 建议厂方在烟道底部, 烟气入口处加装一个隔离板, 把6号与7号、8号炉的烟气分开, 各行其道, 减少6号吸风机受到的额外压力, 这样可以使6号炉的情况得到改善; 另一办法就是将6号炉引风机进行增容改造, 使之能够克服额外阻力, 满足正常排放要求。

(收稿日期:1998210229)

度150m 查表得20m s 。

B j ——每台炉计算燃料量, 3台炉平均53

877kg h 。

n ——利用同一烟囱同时运行的锅炉台

数, 3台。

—烟囱出口烟气温度, 机械通风不考Ηc —

虑烟气温降, 3台炉实测烟温平均值为7115℃

(上接第9页)

表8　1993～1997年主网年平均电压

母线电压时　间

1993年平均

1994年平均1995年平均1996年平均4点[**************]kV

10点[1**********]74点[**************]kV

10点[1**********]5kV

要的经验教训就是:要象重视有功功率一样重视无功功率平衡。凡与有功发、输、配电设备配套的无功补偿设备、调压装置、测量仪表等均应与有功设备同时设计、同时建设、同时投产。参考文献

1　郑燕涛1华北500kV 电力系统无功平衡与电压调整

1中国电力, 1996. 9

2　郑燕涛1华北电网无功功率、电压、线损管理问题1华

4　结束语

回顾500kV 无功电源建设的历史, 一条重

北电力技术, 1997. 3

(收稿日期:1998210229)

火力发电厂烟囱与锅炉烟气排放量关系浅析

A nalysis on R elati on sh i p betw een F lue Gas F low of Ch i m ney

and Bo iler in Fo ssil 2fuel Pow er P lan ts

内蒙古电力科学研究院(呼和浩特010020) 　　李　涛　杨建华

包头第一热电厂(包头014010) 　　刘继东　傅德成　于忠义

文　摘　阐述火力发电厂中烟囱与锅炉烟气排放量之间的关系, 通过实际问题的具体测试和计算说明由于原始设计与实际生产出入较大, 导致包头第一热电厂三台410t h 锅炉共用一座烟囱运行时出现引风机出力不足的问题, 同时提出一些改进意见。

关键词　烟囱　理论烟气排放量　烟囱出口内径烟囱出力

烟囱是火力发电厂中与锅炉机组配套使用的建筑设施, 其主要作用是把锅炉排放的大量烟气中的烟尘和有害的气体引向高空, 增大扩散半径, 避免局部污染过重; 不仅如此, 高耸入云的烟囱也是火力发电厂的标志性建筑物。

数;

　Η—烟囱出口烟气温度, 机械通风不考c —

虑烟气温降。

2　实际运行中的问题

包头第一热电厂6～8号炉均为410t h 的单汽包、自然循环煤粉炉, 分别于1980年、1983年及1990年投产运行。在最初设计时是6号、7号炉共

用一座烟囱; 1990年8号炉投产, 按照原有设计未增设烟囱, 而是与6号、7号炉合用, 所以目前三台锅炉共用一座烟囱向外界排放烟气。

由于现在实际燃用煤种与原始设计煤种存在很大差别, 所以在3台炉共用一座烟囱生产运行时就出现烟气排放不畅的现象, 尤其是近几年表现得更加明显, 即当3台炉同时运行、负荷在90%及以上时引风机就出现出力不足的现象, 挡

1　烟囱高度和出口内径的确定

111　烟囱高度H yt

板全开但是炉膛负压保持不住, 时常反正压, 给锅炉安全、文明生产带来不利影响。这其中6号炉表现得特别明显, 使得引风机自动也无法投入运行。到目前为止3台炉均大修过, 证明锅炉本身不存在阻力及漏风大导致上述问题发生的可能; 另一种现象是当3台炉中的两台带满负荷运行而另一台炉停运、特别是8号炉停运时前述现象基本消失, 引风机出力符合锅炉运行要求, 且引风机自动也能投入运行。211　锅炉设计参数

21111　锅炉主要特性及送、引风机铭牌参数

火电厂的烟囱全是机械式通风, 因此高度应按烟气中排出的有害物质SO 2、飞灰等排出NO 2、量和附近环境允许的污染条件来确定。另外, 可从烟囱底部外径的计算中得出, 即当烟囱底部外径

～30) d ; d >215m 时, H yt d ≤215m 时, H yt ≤(20

≤20d 。最终烟囱的高度由以上两个条件确定。

112　烟囱出口内径d c

烟囱出口内径是一个很重要的尺寸, 当由锅炉的热力计算得出排烟气量后, 通过以下公式计算即可得出; 换句话说, 烟囱出口内径一经确定, 则烟囱的出力也就确定了, 无法更改。

烟囱出口内径公式:

(3600×273×01785w c ) ]015d c =[B j nV y (Ηc +273) 式中　V y ——通过烟囱的烟气量, Nm 3 kg ;

w c ——烟囱出口烟气流速, m s B j ——每台炉计算燃料量, kg h

由表1看出, 6号、7号炉的设计、选型及配套辅机完全一样, 而8号炉投产时间较前两者晚很多, 在锅炉设计选型及配套辅机选型上与之有很大差别, 尤其表现在吸风机上, 其风压、风量分别比6号、7号炉大出1500Pa 和近27000m 3 h 。

这主要考虑了8号炉运行中正常烟气排放的要

求。n ——利用同一烟囱同时运行的锅炉台

表1　型号及参数表

型号及参数锅炉型号配套单机功率蒸发量

过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度热风温度燃料消耗量汽包中心标高炉膛深度炉膛宽度炉膛容积

MW t ・h -1 M Pa ℃ ℃ ℃ t ・h -1 mm mm mm m 3

6号、7号炉91824W GZ 410

[***********][***********]22562

8号炉91825D G 410 [***********][***********]2196

燃用煤种相差太大, 所以一电厂又依据现有煤种重新做了校核计算。摘录相关数据如下。

(1) 煤质元素分析(用C y 表示碳的应用基含量, 其它元素的成分表示法类同) :C y 为5018%;

H

为313%; O y 为419%; N y 为0198%; S y 为1112%; 灰度A y 为3210%; 水分W y 为619%。

应用基低位发热量Q dw y =1862717(kJ kg ) 。

(2) 高炉煤气元素分析:CO 2含1510%; CO

y

含2415%; H 含419%; N 2含58172%; CH 4含

3

0138%; Q w y =3453145kJ m ; 体积V =400003

m h 。

(3) 理论空气量(高炉煤气折算为煤后计算得出) :6号、7号炉为016645Nm 3 kg ; 8号炉为

吸风机型号

出力 m 3・h -1风压 Pa 配套电机容量 k W 电压 V 电流 A 转速 r ・m in -1送风机型号出力 m 3・h -1风压 Pa 配套电机容量 k W 电压 V 电流 A 转速 r ・m in -1

2D Y 4273211228D Y 422×602261

[1**********]0

[**************]41

[**************]30GA 273211222D

[***********]69992

01666Nm 3 kg 。

(4) 理论烟气量(高炉煤气折算为煤后计算

得出) :6、7号炉产生的烟气量为2×53149×81895×1000=95158711Nm 3 h ; 8号炉产生的

—

[***********]62985

烟气量为54165×81621×1000=471137165

3

Nm h ;

3台炉产生的理论烟气量合计(满负荷) 为1422724175Nm 3 h 。21212　实际测量烟气量

6号、7号、8号3台炉的尾部烟道末端安装

测点进行烟气量的实测, 测出烟道的动、静压及烟气温度, 计算出烟道测量断面流速、烟气流量, 并折合成标准状态, 得出表2数据(实测时3台炉的负荷均为额定负荷的90%以上) 。

表2　烟道断面烟气流速

炉号

67m s

乙侧烟道

11160

21163测量烟道面积 m 2

8114

4152甲侧烟道

1113218102图1　烟道与烟囱的布置

　　计算公式:

o V =F ×w 　和　V N =F ×w ×ΘΘ

3

式中　V 、V N ——烟气排放量, m h ; 标态下烟气

21112　烟筒和烟道连接示意图

图1清楚地反映了烟道与烟囱的布置, 但是

6号炉与7号、8号炉在进入烟囱时其烟道是面对面的, 即发生烟气对冲; 而且7号、8号炉产生的烟气量比6号炉大得多, 流速也高, 因此6号炉的烟气流动受到阻碍。

212　锅炉烟气排放量与烟囱出力关系及计算21211　理论排烟气量计算

6～8号炉既烧煤粉又烧高炉煤气(从包钢

排放量, Nm 3 h ;

　　　F ——烟道断面面积, m 2; 　　　w ——断面烟气流速, m s ;

　　　Θ——烟气密度;

　　Θ—标态下烟气密度, 1134kg o —

3

Nm 。

来) , 所以其烟气量包含固体燃料释放的烟气和气体燃料释放的烟气。原锅炉厂设计的煤种与实际

利用以上公式计算出各炉每小时实测烟气流量, 汇总如下:

6号炉为53004713Nm 3 h ;

7号炉为50630015Nm 3 h ; 8号炉为59131810Nm 3 h 。3台炉实际产生烟气量合计:162766518Nm 3 h 。21213　实测烟气动量计算

计算得出V y =91448Nm 3 kg , 烟囱最大允许通过的总烟气量为152701415Nm 3 h 。

4　原因分析

从以上计算可以看出, 3台炉在满负荷运行时

的理论烟气量为1422724175Nm 3 h , 烟囱的最大出力为152701415Nm 3 h , 而3台炉实际的烟气排放量是162766518Nm 3 h , 比烟囱的最大出力大10065113Nm 3 h , 按照每生产1t 蒸汽产生147014Nm 3(实际测量计算值) 的烟气计算, 3台炉共减少蒸汽量6815t h , 平均每台炉减少2218t h , 至此产生前述问题的原因已查明, 即烟囱的排烟气能力小于锅炉实际产生的烟气量, 不能满足锅炉运行的需要; 另外由烟气动量比可以看出, 6号炉侧受到7号、8号炉侧烟气巨大压力, 在3台炉同时运行中6号炉吸风机出力受限制, 烟气排放受阻, 是其自动无法投入的主要原因。

动量公式:P =m v , kg ・m s 式中　m ——质量, kg ;

v ——速度, m s 。

计算后烟气动量汇总如下:6号炉:2261106kg ・m s ;

7号炉:3737196kg ・m s ; 8号炉:5603175kg ・m s ;

7、8号炉动量和:9341171kg ・m s 。7、8号炉动量与6号炉动量比为4113∶1, 即7、8号炉侧烟气冲力是6号炉的4113倍。

3　烟囱最大允许排烟气量计算

实际设计烟囱出口内径d c =5184m , 高度为150m , d c 计算如下:

(3600×273×01785w c ) ]015d c =[B j nV y (Ηc +273) 式中　V y ——通过烟囱的烟气量, Nm 3 kg

w c ——烟囱出口烟气流速, m s , 由烟囱高

5　结论

综上所述, 问题的根本原因在于原始设计时

8号炉的烟气量校核有误, 依据锅炉设计煤种的计算与实际燃烧煤种的生产之间出入太大, 最终导致烟筒出力偏小, 无法满足生产运行的需要。因此根据实际情况, 建议厂方在烟道底部, 烟气入口处加装一个隔离板, 把6号与7号、8号炉的烟气分开, 各行其道, 减少6号吸风机受到的额外压力, 这样可以使6号炉的情况得到改善; 另一办法就是将6号炉引风机进行增容改造, 使之能够克服额外阻力, 满足正常排放要求。

(收稿日期:1998210229)

度150m 查表得20m s 。

B j ——每台炉计算燃料量, 3台炉平均53

877kg h 。

n ——利用同一烟囱同时运行的锅炉台

数, 3台。

—烟囱出口烟气温度, 机械通风不考Ηc —

虑烟气温降, 3台炉实测烟温平均值为7115℃

(上接第9页)

表8　1993～1997年主网年平均电压

母线电压时　间

1993年平均

1994年平均1995年平均1996年平均4点[**************]kV

10点[1**********]74点[**************]kV

10点[1**********]5kV

要的经验教训就是:要象重视有功功率一样重视无功功率平衡。凡与有功发、输、配电设备配套的无功补偿设备、调压装置、测量仪表等均应与有功设备同时设计、同时建设、同时投产。参考文献

1　郑燕涛1华北500kV 电力系统无功平衡与电压调整

1中国电力, 1996. 9

2　郑燕涛1华北电网无功功率、电压、线损管理问题1华

4　结束语

回顾500kV 无功电源建设的历史, 一条重

北电力技术, 1997. 3

(收稿日期:1998210229)