某600_MW亚临界燃煤锅炉(火用)分析_焦开明.pdf

第 卷 第期 年月 ，收稿日期：；修回日期：作者简介：焦开明（），男，高级工程师，从事燃煤电厂锅炉运行工作。：某 亚临界燃煤锅炉分析焦开明（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，呼和浩特 ）摘要：基于热量分析法和分析法，分析研究某 亚临界燃煤锅炉的给水温度、排烟温度对效率的影响。结果表明：降低排烟温度或提高给水温度，有利于提高锅炉效率，可为类似燃煤锅炉节能诊断提供参考。关键词：锅炉；热效率；效率；给水温度；排烟温度中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：（，）：，：；以“双碳”目标为导向，“十四五”期间火力发电将重点进行供热改造、节能改造和灵活性改造，通过对火力发电机组进行深度节能分析，深挖其节能潜力，持续推进火力发电的节能降耗工作。因此，聚焦火力发电厂中的锅炉设备能耗评价问题进行重点论述。目前，火电机组热经济性的评价方法一般分为两类，即基于热力学第一定律的热量分析法和基于热力学第二定律的分析法。分析法于 世纪 年代开始在我国发展，并应用至今。张锐等将珲春发电厂号锅炉作为研究对象，对其效率及损失进行了分析论述。史洋等利用分析的基本原理及方法对某 燃煤锅炉进行了分析研究，揭示了 电 站 锅 炉的各种损失及其部位。周克毅等对 型锅炉进行了分析研究。以锅炉机组为研究对象分析其能耗情况时，应综合考虑能量转换的数量与质量，通过“量”与“质”的结合找到锅炉机组节能关键点，有的放矢地开展节能改造工作。以 亚临界锅炉机组典型工况为研究对象，采用基于热力学第二定律的分析法，在能流“质”方面研究锅炉机组的各项损失，深挖机组节能潜力。锅炉热效率和效率 锅炉热效率及热损失锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项损失之和的平衡，锅炉热效率是基于锅炉热平衡演化的标准锅炉热量利用率的参数。锅炉热效率基于热力学第一定律，从能量的方面表征了利用能量的能力。电站锅炉性能试验规第期焦开明：某 亚临界燃煤锅炉分析程 中锅炉热效率计算公式为：，（）（）式中：为锅炉热效率，；，为燃料收到基低位发热量；为 燃料产生的排烟损失热量；为 燃料产生的气体未完全燃烧损失热量；为 燃料产生的固体未完全燃烧损失热量；为 燃料产生的锅炉散热损失热量；为 燃料产生的灰、渣物理显热损失热量；为其他损失热量；为输入系统边界的外来热量。锅炉效率及损失损失可以表明实际过程的不可逆程度，衡量热力过程的完善程度。效率采用系统或设备的收益与代价的比。锅炉以燃料为代价，其收益是蒸汽。拟通过公式推导建立锅炉热效率与效率之间的关系函数，利用锅炉热效率及各项热损失的计算结果推导锅炉效率及各项损失，建立锅炉系统“量”与“质”的关联。锅炉效率为：（）式中：为 锅 炉效 率，；为 排 烟损 失率，；为气体未完全燃烧损失率，；为固体未完全燃烧损失率，；为散热损失率，；为灰、渣物理显热损失率，；为燃烧损失率，；为传热损失率，；为外来系数，根据系统外部损失（指系统工质排离系统时所损失的）的定义，是指外来热空气等热量源带入系统的占比，。燃料在基准温度为 的情况下，将锅炉的燃料定义为燃料燃烧的化学能，即收到基低位发热量与燃料水分的气化潜热之和。，（）（）式中：为燃料提供给锅炉系统的比，；（）为收到基水分质量分数，。排烟损失与排烟热损失排烟损 失 指 的 是 排 入 大 气 的 烟 气 的 物理。，（）（）（）式中：为排烟损失的比，；为燃料比，；为排烟热损失率，；为基准热力学温度（）；为排烟热力学温度，。气体固体未完全燃烧损失与热损失燃料在燃烧过程中残留部分可燃气体未完全燃烧造成的损失相当于该部分可燃气体的化学（与这部分可燃气体燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的气体未完全燃烧热量）。固体未完全燃烧损失主要由于存在未燃尽碳，即损失了这部分碳的化学（与未燃尽碳燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的固体未完全燃烧热量）。，（），（）式中：为气体未完全燃烧损失的比，；为气体未完全燃烧热损失率，；为气体未完全燃烧损失的比，；为气体未完全燃烧热损失率，。散热损失与散热热损失锅炉机组运行过程中表面炉墙温度高于基准温度，进而以辐射、对流等传热方式损失热量或。，（）（）（）式中：为散热损失的比，；为锅炉散热热损失率，；为锅炉外保温热力学温度，。燃烧损失燃料化学能为纯，燃烧后化学能转化为高温烟气的热能，此燃烧过程是不可逆的，进而造成损失。根据平衡原理，燃烧损失为燃料比与炉膛热烟 气放热到排烟温度时损失的差。（）（）（）式中：为燃烧不可逆过程损失的比，；为计算的理论燃烧热力学温度，。传热损失热烟气在与受热面工质发生换热的过程中，由于存在温差而引起传热损失。，（）（）第 卷 （）（）（）（）（）式中：为传热不可逆过程损失的比，；为冷流体平均热力学温度，；为热流体平均热力学温度，；为锅炉出口主蒸汽热力学温度，；为锅炉给水热力学温度，。外来系数由于空气预热器进口空气温度与基准温度存在差异，因此引入外来的概念，即进入锅炉系统边界的空气所携带的。，（）（）（）式中：为外来物质的比，；为外来热量占比，；为空气预热器进口空气的热力学温度，。附加损失与附加热量损失需要说明的是，针对此计算模型，为了与相关标准一致，设定了基准温度，而不讨论基准温度与环境温度之间发生的热量及的传递。实际生产过程中该部分能量相对较小，同时对外做功的能力很小，因此可以将其忽略。应用案例及分析锅炉为 亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、形布置、全钢构架悬吊结构、半露天布置、控制循环汽包炉。锅炉主要技术参数见表，其中：工况为锅炉最大连续蒸发量工况，工况为经济功率工况。表锅炉主要技术参数参数 工况 工况机组负荷 主蒸汽质量流量（）主蒸汽压力 主蒸汽温度 再热蒸汽质量流量（）再热蒸汽进口压力 再热蒸汽出口压力 再热蒸汽进口温度 再热蒸汽出口温度 汽包压力 省煤器出口水温 给水温度 给水压力 减温水温度 减温水压力 一级减温水质量流量（）二级减温水质量流量（）根据表所列计算所需的基础数据，计算该 机组锅炉的热效率、效率，为进一步分析锅炉机组节能关键点提供依据，详细的计算结果见表。表锅炉的计算基础数据项目数值机组负荷 主蒸汽温度 给水温度 排烟温度 空气预热器进口空气温度 基准温度 燃料低位发热量（）收到基全水分质量分数 燃料比（）表典型工况下机组热效率、效率计算结果机组负荷 热效率 机组负荷 效率 由表可得：不同负荷下热效率与效率的变化趋势相同，但效率仅为 左右，而热效率能够达到 以上。采用定量分析法，得出对于锅炉，具有做功能力的可用能损失主要发生在锅炉本体内部的燃烧过程及换热过程，并且能够清晰地将热、电不同能源的能量品质进行区分，同时为余热的梯级利用提供了理论依据。给水温度和炉膛燃烧温度变化对效率的第期焦开明：某 亚临界燃煤锅炉分析影响分别见图和图。图给水温度对效率的影响图炉膛燃烧温度对效率的影响由图可得：随着给水温度的提高，给水温度对效率的影响逐渐变小，即给水温度越高，则升高相同温度对效率的提升效果越小。因此，对于给水温度较低的机组，提升给水温度将获得更大的收益；同时，对于高压加热器未投入的机组，其高品质能量的利用率将显著下降，给水温度每提高，效率平均提升约 百分点。由图可得：在锅炉机组燃料及燃烧方式一定的情况下，炉膛温度主要受到机组负荷率的影响。虽然燃烧损失在各项损失中的占比最高，但是每 的温升仅提升效率约 百分点。因此，只通过日常的节能调整及常规的改造，很难实现大幅降低燃烧损失的目的。排烟温度对热效率及效率的影响见图。图排烟温度变化对热效率及效率的影响由图可得：排烟温度对热效率及效率的影响趋势相同。排烟温度每降低，效率平均提升约 百分点。排烟损失在各项损失中的占比明显低于在其在各项热损失中的占比，这说明排烟所携带热量的品质较低，但是数量较大。根据可利用能量梯级利用原理，可以对锅炉排烟中所携带的热量加以利用，进而实现节能的效果。结语（）排烟所携带的热量品位较低，但是数量较大，因此需要对锅炉排烟中所携带的热量加以利用进而实现节能的效果。（）对于锅炉系统，给水温度越高，给水温度对效率的影响越小。对于给水温度较低的机组，提升给水温度将获得更大的收益，同时对于高压加热器未投入的机组，其高品质能量的利用率将显著下降。（）锅炉效率较低，燃烧损失、传热损失所占比例较大。因此，针对燃烧损失可采取的措施有：通过富氧燃烧提高燃烧温度，在结焦边界允许的情况下集中燃烧，控制最佳氧量提高助燃空气温度，通过定制化优化设计燃烧器的结构及布置方式来减少通风阻力，避免偏烧等。针对传热损失可采取的措施有：降低排烟温度，增加工质的平均吸热温度等。对于 等级亚临界机组锅炉，给水温度每提高，效率平均提升约 百分点，排烟温度每降低，效率平均提升约 百分点。（）燃烧损失最大，但是通过降低燃烧损失所获得的效率的收益却不大。锅炉排烟中蕴藏着大量的低品位热能，有效利用能量对于提升机组效率有着更大的贡献。工程中可以利用热量分析法获得研究对象的用能分布，再通过分析法对能量进行能级评估，综合二者并应用“一机一策”以准确定位机组高效可实施的节能方向。参考文献：李永华，孙刚，仇元刚，等电站锅炉的效率分析锅炉技术，（）：王加璇，张树芳方法及其在火电厂中的应用北京：水利电力出版社，：张锐，任萍，黄振群电厂锅炉效率分析吉林电力，（）：，史洋，尹萍，郝青哲，等分析方法在电站锅炉中的应用节能，（）：周克毅，王泽宁，章臣樾电站锅炉分析动力工程，（）：，刘强，段远源超临界 火电机组热力系统的分析中国电机工程学报，（）：