锅炉是一种能源转化设备,其给料是燃料(煤,油,气等)、空气和水,主产品是蒸汽,副产品是烟气、灰渣和污水。锅炉测试的目的主要有如下几种:
1。热效率,通常以燃料低位发热量(lower heating value, LHV)为基准(分母),测试被转化为蒸汽焓增(enthalpy increase)的百分比。
11 测量热效率的方法有正平衡和反平衡两种。正平衡法就是根据实测的蒸汽流量、温度、压力计算其焓增,再除以分母,得出热效率。反平衡法则是从热损失着手,通过测量未完全燃烧损失、排烟热损失、散热、灰渣和排污热损失等各项热损失,再以减法得出热效率:E = 100 - sigma (Losses)
12 热效率的基准有所不同,最简单的只考虑燃料总LHV。但考虑到锅炉有厂用电,这部分也应转化为给入能量,放在分母里。Den = LHV + Epl/grid_eff
主要测试项目是:给料和产品关键物流(key material streams)的质量或体积流量、成分、温度和压力。后三者决定其全部的热力学物性。
2。污染排放。这一部分又可主要分为烟气污染物排放和水污染。烟气污染主要测氮氧化物(NOx),二氧化硫(SO2),一氧化碳(CO)、烃类(HC)等。更先进的测试项目还有重金属(如汞)蒸汽(metal vapor)、二恶因(dioxin)等。水污染则有金属离子、焦油等项目。标准的烟气测试设备可以同时测出CO,CO2,O2,NOx, SO2, CH4和nmHC(non-methane hydrocarbons)等成分。具体测试方法请参照相关国家标准。在百度上键入“锅炉 测试 方法 pdf”等关键词就可以找到一些。
气体污染物主要有:一氧化碳,二氧化硫,硫化氢等。
(1)二氧化硫SO2 :形成工业烟雾, 高浓度时使人呼吸困难;进入大气层后,氧化为硫酸(SO4)在云中形成酸雨,对建筑、森林、湖泊、土壤危害大;形成悬浮颗粒物,又称气溶胶, 随着人的呼吸进入肺部,对肺有直接损伤作用。
(2)氮氧化物 Nox(如:NO、NO2、NO3):刺激人的眼, 鼻,喉和肺, 增加病毒感染的发病率,例如引起导致支气管炎和肺炎的流行性感冒, 诱发肺细胞癌变;形成城市的烟雾,影响可见度;破坏树叶的组织, 抑制植物生长;在空中形成硝酸小滴,产生酸雨。
(3)一氧化碳CO :极易与血液中运载氧的血红蛋白结合, 结合速度比氧气快250倍,因此,在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性伤害。轻者眩晕,头疼, 重者脑细胞受到永久性损伤,甚至窒息死亡;对心脏病、贫血和呼吸道疾病的患者伤害性大;引起胎儿生长受损和智力低下。
(4)重金属(如:铅、镉):重金属微粒随呼吸进入人体, 铅能伤害人的神经系统;重金属微粒可被植物叶面直接吸收, 也可在降落到土壤之后,被植物吸收, 通过食物链进入人体;降落到河流中的重金属微粒随水流移动,或沉积于池塘、湖泊, 或流入海洋,被水中生物吸收, 并在体内聚积,最终随着水产品进入人体。
(5)氯气、氨气、氟化物:对动物、植物、微生物和人体有直接危害。
(6)二氧化碳:引起气候变暖, 发生大规模的洪水、风暴或干旱;增加夏季的炎热,提高心血管病在夏季的发病和死亡率;气候变暖会促使南北两极的冰川融化, 致使海平面上升,其结果是地势较低的岛屿国家和沿海城市被淹;气候变暖会使地球上沙漠化面积继续。
污染物是指进入环境后使环境的正常组成发生变化,直接或者间接有害于生物生长、发育和繁殖的物质。气体污染物是污染物的一种,主要包括氡、甲醛和挥发性有机物。气体污染物释放到空气中,不仅造成环境污染,而且对人体健康造成威胁。
挥发性有机物是一类重要的室内空气污染物。它们各自的浓度往往不高。但若干种挥发性有机物共同存在于室内时,其共同作用是不可忽视的。由于它们单独的浓度低但种类多,故总称为VOCs,一般不予以逐个分别表示。以TVOC表示其总量。
烟气中含有HCl、HF是煤中伴生元素氟、氯燃烧生成的。
煤中伴生元素主要以与煤有机质或与中无机矿物相结合的形式存在于中的元素。目前,在煤中已查明了80多种元素,其中许多在煤中形成富集,有的可形成工业矿床,根据煤中伴生元素的性质和用途,可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。有害元素煤(或石煤)中的有害元素,现已查明的有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等10多种,除硫外,其他元素在煤中含量一般不高,但危害大。
氟、氯、均系强腐蚀性元素,对煤炭加工器械有不同程度的腐蚀作用。英国煤中含氯较高,在01~10%之间(最高可达2%)。中国也在个别矿点发现高氯煤层。氟、氯均是有害元素。煤燃烧时,煤中氟几乎完全转化为挥发性物质排放到空气中,污染环境;而氯的释放则会引起管道腐蚀等问题。
对一个典型的300MW 的火电厂来说,低硫煤的硫含量通常占08%(重量), 灰含量占29%, 锅炉烟气的组分为SOx 1550 mg/Nm3, NOx 大约850 mg/Nm3
烟 灰 成 份 含 量
名称 数量 百分比 %
SiO2 4768 4922
Ai2O3 3085 3219
Fe2O3 1043 968
CaO 291 2057
MgO 14 116
SO3 191 146
K2O 162 129
TiO2 164 118
其它 161 112
煤碳燃烧时除产生大量的So。外,还生成少量的SO3。一般烟气中S03的浓度为10~40 g/L。由于烟气中含有水(4 ~12 ),使生成的SO。瞬间内形成硫酸雾。当温度较低时,硫酸雾凝结成硫酸,附着在设备的内壁上,或溶解于洗涤液中,腐蚀吸收塔和其他有关设备。解决的办法主要有:采用耐腐蚀材料作吸收塔,如不锈钢、环氧树脂玻璃钢、硬聚氯乙烯、陶瓷等;设备内壁涂敷防腐材料,如水玻璃等;设备内衬橡胶等。含有烟尘的烟气高速穿过设备及管道,在吸收塔内同吸收液湍流搅动接触,致使设备严重磨损。
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