燃油锅炉掺烧天然气运行特性计算分析.doc

燃油锅炉掺烧天然气运行特性计算分析

李方远　陈　琦    黑龙江大庆石油管理局龙凤热电厂 (163711)
　李　季    黑龙江大庆石油化工总厂热电厂 (163714)
　王　霞    黑龙江大庆油田热电厂 (163314)

【摘 要】　针对龙风热电厂HG-120/3.9-10型燃油锅炉掺烧天然气实践经验，在理论上分析了燃油锅炉掺烧天然气对锅炉运行特性的影响，认为其影响是增大了锅炉送引风机耗电率、过热蒸汽温度、排烟温度，降低了锅炉效率。
【关键词】　燃油锅炉；天然气；特性；分析
中图分类号：JK229.7　　文献标识码：A　文章编号：1002－1663(2002)06-450-03
Effect of Mixed Combustion of Natural Gas on Operational Characteristics of Fuel Boiler
LI Fang-yuan1，LI Ji2，CHEN Qi1，WANC Xia3
(1．Longfeng Thermal Power Plant under Daging Oil Administration，Daqing 163711，China
2．Daging Petrochemical Head Factory Thermal Power Plant，Daqing 163714，China；
3．Daqing Oil Field Thermal Power Plant，Daqing 163314，China)
Abstract：The mixed combustion of natural gas in HG-120/3.9-10 fuel boiler at Longfeng Thermal Power Plant indicated that the effect of mixed combustion of natural gas on the operational characteristics of fuel boiler is increased power consumption of boiler blower，overheated steam temperature，and exhaust fume temperature，and lowered efficiency of boiler.
Key words：fuel boile；natural gas；characteristics；analysis
龙凤热电厂自1983年在锅炉中掺烧天然气至今，累计掺烧天然气15×108m3，折合燃料油132×104t，为夏季油田天然气的利用开辟了良好的途径。本文以HC-120/3.9-10型锅炉掺烧天然气为例，在理论上分析油气混烧状态对锅炉运行特性的影响，其目的是为油气混烧状态下锅炉运行提供理论依据。
设备主要参数
锅炉型号：HG-120/3.9-10型；
额定出力：120t/h；
饱和蒸汽压力：4.4MPa；
过热蒸汽压力：3.9MPa；
过热蒸汽温度：450℃；
给水温度：170℃；
给水压力：6.0MPa；
排烟温度：150℃；
热空气温度：180℃；
冷空气温度：30℃。
设计燃料：大庆石油化工总厂常减压渣油，燃料油低位发热量为42510.01kJ/kg，沸腾式省煤器，沸腾率为7.85%；喷燃器前墙布置，两排共8只，每排4只；单只喷燃器出力1250kg/h(燃油)；
天然气温度：20℃；
天然气密度：0.75～0.80kg/Nm3；
天然气着火温度：519℃。
表1是燃料渣油的元素分析结果，表2是天燃气的化学成分。
表1 燃料渣油的元素分析结果 /%
Cy
Hy
Oy
Ny
Sy
Ay
Wy
86.96
12.33
0.11
0.36
0.23
0.01
0

表2 天然气的化学成分 /%
甲烷
(CH4)
乙烷
(C2H6)
丙烷
(C3H8)
丁烷
(C4H10)
戊烷
(C5H12)
氮
(N2)
83.39
5.83
6.16
2.3
0.415
1.9

燃料油低位发热量为42510.01kJ/kg(1996年3月11日化学分析报告)；
天然气发热量为37112kJ/m3 (1983年9月7日取样分析值)；
燃料油及天然气的发热量比值为42510/37112，即1.145/1；要达到燃料1t油的发热量，必须燃料1145Nm3天然气；若按机械雾化油喷嘴出力1250kg/h计算，达到同样发热量，必须烧天然气1.145×1250=1431.25m3/h。选取炉膛过剩空气系数：α=1.05。
2　单只喷燃器燃油及燃气时所需空气量的计算
a.锅炉燃用纯重油时的理论空气量α

b.锅炉燃用纯天然气时的理论空气量

c.单只喷燃器在燃油及燃天然气时所需的实际空气量

因此，锅炉掺烧天然气时的单只喷燃器每小时所需空气量比烧重油时的大；在原喷燃器配风器结构不变的情况下运行时，若风量不变，将导致锅炉冒黑烟。当喷燃器烧天然气时，应增加送风量，导致风机耗电率增加。
3　烟气中三原子气体份额计算
3.1　燃用重油时
a.烟气中RO2体积

b.烟气中水蒸气体积

c.烟气体积

d.三原子气体容积份额

3.2　燃用天然气时
a.烟气中RO2体积

b.烟气中水蒸气容积

c.氮气理论容积

d.干烟气容积

e.烟气总体积

f.三原子气体容积份额

3.3　燃用天燃气与燃用重油时的三原子气体容积份额之差：

4　计算结果分析
4.1 在天然气及渣油火焰中，基本的辐射成分是三原子气体RO2、H2O以及悬浮于其中的细小炭黑粒子。若忽略炭黑粒子的辐射，燃用天然气时的三原子气体容积份额γ气=0.27957>γ油=0.25587(燃油时的三原子气体容积份额)。因此，锅炉掺烧天然气时，火焰中的辐射成分大于纯燃用重油时火焰中的辐射成分，天然气火焰的辐射能力大于重油火焰的辐射能力。
4.2　当锅炉纯燃油与掺烧天然气的负荷相同时，水循环系统内吸收的热量相同，油气混烧火焰对过热器的辐射热要大于燃油火焰对过热器的辐射热，因此，锅炉掺烧天然气将导致过热蒸汽温度升高。
4.3　如前所述，燃烧天然气时喷燃器需要的实际空气量要大于燃油时的实际空气量，因此，掺烧天然气时的烟气体积大于烧油时的烟气体积。在锅炉负荷不变的情况下，由于烟气流通截面积不变，将导致烟气流速增加，使过热蒸汽温度升高。同时吸风机耗电率也将增大，排烟温度升高，排烟热损失增大。因此，锅炉掺烧天然气时效率将低于纯燃油时的效率。
4.4　对运行操作来讲，在同样负荷情况下，油气混烧时，应加大送吸风量及减温水量，在低负荷运行时应尽量停用上排喷燃器，以确保锅炉掺烧天然气时各项参数的稳定。锅炉天然气火嘴应安装在下排。
5 结论
通过上述分析及理论计算，燃油锅炉掺烧天然气，增加了锅炉送引风机耗电率，导致过热蒸汽温度升高，排烟温度提高，锅炉效率有所下降。
来源：《黑龙江电力》