－－北京市左家庄供热厂和方庄供热厂97年煤炉改燃气炉后的试运行情况分析 王钢 郑斌 贺平
1.天然气的主要成份
(1)方庄97年12月15日北京电力科学研究院化验(当时主要是华北油田的气)结果。
表（一）
元素
名称 | 二氧
化碳 | 甲烷 | 乙烷 | 丙烷 | 正丁烷 | 异丁烷 | 下戊烷 | 异戊烷 | 六碳
以上 | 低位发
热量 |
元素
符号 | CO2 | CH4 | C2H6 | C3H10 | C4H10 | C4H10 | C5H12 | C5H12 | C>6 | Qgdw |
含量孝子洞理发师
％ | 1.42 | 85.29 | 8.32 | 2.99 | 0.75 | 0.58 | 0.19 | 0.23 | 0.32 | 9480
kcal/Nm3 |
| | | | | | | | | | |
(2)左热98年1月12日北京市技术监督局节能监测站化验(陕甘宁气已到京)结果。
表（二）
元素
名称 | 甲烷 | 氢气 | 氧气 | 氮气 | 一氧
化碳 | 二氧
化碳 | CUTTING POINT重碳氧
化全物 | 低位发
热量 |
元素
符号 | CH4 | H2 | O2 | N2 | CO | CO2 | CmHn | Qgdw |
含量
％ | 90 | 1.2 | 0.4 | 3.4 | 0 | 1.2 | 3.8 | 8380
kcal/Nm3 |
| | | | | | | | |
由以上化验的结果可得如下结论：
a.天然气的主要成份是烷烃(在方庄化验占了98％多，左热化验占了约94％)。
b.天然气中含量最大的是甲烷(CH4)，方庄占85.29％，左热占90％。
c.今后在供天然气正常的情况下，我们主要使用的是“三北”气。故天然气在燃烧时主要化学反应式是：
CH
4＋2O2=CO2＋2H2O
2.天然气完全燃烧所需的理论空气量Vo
方庄计算为10.7819Nm3/Nm3
左热计算为9.21Nm3/Nm3
一般可认为，1Nm3的天然气完全燃烧需要的理论空气量约为10Nm3。
二、实际空气量和空气过剩系数
在实际燃烧中，由于空气和天然气的混合很难达到理想的程度，因此即使供给理论空气量仍不能使天然气完全燃烧，必须多供给一些空气才能使天然气完全燃烧。在实际燃烧过程中所供的空气量称为实际空气量，符号Vα。实际空气量与理论空气量之比称空气过剩系数，符号α=Vα/V0。
空气过剩系数α：(可根据烟气成份分析结果来计算)
式中：O2、CO和RO2分别是干烟气中氧气、一氧化碳和三原子气体(CO2＋SO2)的容积百分比。21是空气中氧的容积百分数(20.6％≈21％)
在燃气炉运行时，只要燃烧不是很坏，CO是微量的，在计算α时可以忽略，视其为零。上式可简化为：
(1)
烧煤时，一般烟气的含氧量都在10％左右，故100－(RO2＋O2＋CO) 79O2－0.5CO≈O2(CO一般为零点零几)所以α≈21/(21－O碳片2) (2)
在烧天然气时，由于烟气含氧量一般应小于4％，故不宜用此式简算。必须用α=(100－RO2－O2)/(100－RO2－4.76O2)计算。
2.左热和方庄去年热平衡测试的实例：
烟气测试数据见表三、表四。
表三
方庄
97.12.5 | RO2 | O2 | CO | α | 用（2）
计算α |
数值（%） | 10.47708 | 2.534167 | 0.11 | 1.123 | 1.137235 |
| | | | | |
表四
左热 | RO2 | O2 | CO | α | 用（2）计算
α 炼钢脱氧剂 | η |
一工况烟份 | 10 | 3.37 | 0.0025 | 1.17 | 1.19 | 90.3 |
二工况烟份 | 10 | 3.22 | 0.0031 | 1.16 | 1.18 | 92.5 |
| | | | | | |
3.烧天然气锅炉时α值的经验简算式：
从方庄97.12.5和左热98.1.12三次热平衡测试的烟气分析中用式(3)算出的数与用式(1)算出的数基本相等，可精确到0.01。
三、锅炉的热平衡分析(燃气锅炉)复旦论坛
1.正平衡公式：
式中： G——锅炉循环水量(kg/h)
ics——锅炉出水焓(kcal/h)
ijs——锅炉进水焓(kcal/h)
B——燃料耗量(Nm3/h)
Ogdw——气体燃料干燥基低位发热值(kcal/Nm3)
在左热和方热两厂锅炉的DCS系统中，G、ics、ijs、B已有瞬时值输入，只要把测定的Qgdw输入，就可以随时显示锅炉的效率。
2.反平衡公式：η=100－q2－q3－q4－q5－q6 ％
式中： q2——排烟热损失
q3——气体不完全燃烧热损失
q4——固体不完全燃烧热损失
q5——散热热损失
q6——排渣热损失
3.方庄、左热燃气锅炉反平衡测试结果及烟气含氧量：
通过方热和左热的三次反平衡测试分析，我们可以看出，只要燃气炉是在正常运行，q4和q6为零，而q3如果当参与燃烧的空气量是充分的，也就是说O2值足够大，也可视其为零。但也应看出当O2值增大时，q2也在增大，因此随时保持燃气炉的O2值适当是保证燃气炉效率的关键所在。
4.积碳问题
通过97年三台改造的燃气炉运行实践，我们发现当O2值过小时也就是在燃气炉缺氧燃烧时，碳氢化合物在高温下会产生裂解，生成氢气和碳黑，从而造成炉内管壁，特别是尾部受热面产生积碳。约在98年1月20日左右，室外气温明显升高，此时排烟温度也开始明显升高(两厂均如此)。在2月24日这天，方庄的1＃炉炉内烟气含氧量显示0.35～0.65、排烟温度210℃，2＃炉氧量显示1.35～1.80、排烟温度184℃。当事后不久分别停炉对两台炉受热面检查时，发现在炉膛内上部的受热面特别是尾部省煤器处产生积碳，而1＃炉比2＃炉积碳严重。与此同时，左热厂也发生了此类的情况。由于受热面积碳造成热传导差，从而使排烟温度升高，锅炉的燃烧效率降低。根据经验，排烟温度每升高10～25℃锅炉效率就会相应下降约1％。同时由于缺氧燃烧使气体不完全燃烧热损失q3也会增大，同样使锅炉效率下降。
表五
热损失
名称 | q2 | q3 | q4 | q5 | q6 | O2 |
方庄数值 | 4.7 | 1.89 | 无 | 1.71 | 无 | 0.534 |
左热一
工况数值 | 7.45 | 医疗器械销售模式0.0001 | 无 | 1 | 无 | 3.37 |
左热二工
况数值 | 8.05 | 忽略 | 无 | 1 | 无 | 3.22 |
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5.空气过量系数(α)、锅炉效率(η)以及排烟热损失(q2)、气体不完全燃烧热损失(q3)的关系图(α、η、q2、q3的关系图)
说明：(1)此曲线图中η、q2、q3是定性趋势分析得出的关系。
(2)α及O2与η、q2、q3对应的点是根据97年3台改造的燃气炉运行和热平衡测试结果定量趋势分析得出的关系。
(3)燃气炉正常运行时应保持α=1.1～1.5(O2=2.1～3)
(4)此曲线只针对左热和方热改造的燃气炉；双榆树的锅炉也必定遵守此曲线关系，但α值及O2值肯定会比此曲线的值要小，估计α值在1.05～1.1之间，O2值在1.1～2.1之间。
通过以上分析，可以得出结论：
a.燃气炉在运行时要保证锅炉的效率在90％左右就必须保证空气过剩系数在1.1～1.15之间，即保证含氧量是在2％～3％之间。
b.α值的计算应该用简算公式(3)，可精确到0.01。
c.特别要注意无论何时都要保证含氧量在2％以上，即α值在1.1以上，以确保燃气炉燃烧时不会产生积碳。
