1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐分析

谷俊杰,譚俊龍,冀乃良

（華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,河北 保定 071003）

1 概述

分析法是以熱力學(xué)第一和第二定律為基礎(chǔ)的第二類熱力學(xué)分析法。在物料衡算和能量衡算的基礎(chǔ)上,計(jì)算各物流和能流的值,通過(guò)平衡,確定損失及其分布,找出損失或損耗的原因以及能量利用上的薄弱環(huán)節(jié),從而為節(jié)能降耗、提高能量利用率指明正確的方向。

在電力系統(tǒng)中,利用分析法能夠更加明確找到電廠中的能量損失,能夠清晰了解能量中的傳遞、轉(zhuǎn)換、利用和損失的情況。通過(guò)更具體分析電力設(shè)備的熱力學(xué)完善程度,為電廠的效率優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)。

文中采用平衡原理,推導(dǎo)電廠鍋爐的平衡方程,并應(yīng)用定壓加熱時(shí)的平均溫度來(lái)簡(jiǎn)化,從而更加容易分析損率的計(jì)算方法。通過(guò)某電廠的實(shí)際參數(shù),分析整個(gè)鍋爐的能量改變,從而計(jì)算機(jī)組實(shí)際的損率。計(jì)算多種負(fù)荷下的損率,并且相互比較,能夠看出各負(fù)荷下的能量利用率,為優(yōu)化能量利用提供了理論依據(jù)。

2 分析原理

平衡式（見(jiàn)圖1）為

損失=（流入設(shè)備的物質(zhì)+熱量）-（流出設(shè)備的物質(zhì)+與輸出功量相當(dāng)?shù)臋C(jī)械）

對(duì)于可逆過(guò)程,體系沒(méi)有損耗功,損失為零（∑Εx,D=0）,是守恒的。平衡方程為

對(duì)不可逆過(guò)程,體系有損耗功,損失大于零（∑Ex,D＞0）,是不守恒的。平衡方程為

圖1 平衡式

以下將鍋爐作為一個(gè)系統(tǒng),進(jìn)行分析。

2.1 平衡方程

鍋爐的平衡式為

式中：m為流量,下標(biāo)f,a,1,2,A分別代表燃料、空氣、入口蒸汽、出口蒸汽和出口煙氣。這里假設(shè)空氣是在t0下進(jìn)入鍋爐的,認(rèn)為ea=0,而Ev代表散熱引起的外部損失流。

入口流量和出口流量相等,即m1=m2,m1為流進(jìn)省煤器鍋爐總的給水量;m2為從末級(jí)過(guò)熱器出來(lái)的主蒸汽流量。

2.2 損率

鍋爐損率方程式為

由式（6）可知,鍋爐損率與鍋爐效率、燃料流量、溫度、低位發(fā)熱量及平均熱力學(xué)溫度有關(guān),其中最主要是求出定壓加熱時(shí)的平均溫度Tz。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 鍋爐參數(shù)

某電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐型號(hào)為DG3000/26.25-Ⅱ1。鍋爐為采用對(duì)沖燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)∏型布置的高效超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐。

鍋爐燃燒設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煙煤,校核煤種1為50%神府東勝煙煤+50%澳大利亞蒙托煤,校核煤種2為山西晉北煙煤,鍋爐除了燃燒設(shè)計(jì)煤種和校核煤種外,還能單獨(dú)燃燒蒙托煤以及蒙托煤與晉北煤各占50%的混煤。鍋爐在BRL工況下,使用設(shè)計(jì)煤種、校核煤種,保證熱效率應(yīng)不小于93.84%（按低位發(fā)熱值）。其中環(huán)境溫度為27℃時(shí),排煙溫度為119℃,額定工況下鍋爐效率為94.32%。單位時(shí)間內(nèi)燃煤質(zhì)量為375.6 t/h。單位燃料的為ef=28 410 k J/kg。

3.2 參數(shù)計(jì)算

表1為鍋爐蒸汽基本參數(shù)情況。

由表2可知,東勝煙煤的低位發(fā)熱量ΔΗ= 21 271 kJ/kg;在292℃、7.65 MPa下,省煤器入口飽和水蒸氣的焓值和熵值：h=2 764.26 kJ/kg, S=5.769 74 kJ/（kg·K）。同理在282℃、6.60 MPa下,h=2 778.26 k J/kg,S=5.845 16 kJ/（kg ·K）;在252℃、4.1 MPa下,h=2 801.10 kJ/ kg,S=6.060 7 kJ/（kg·K）。

進(jìn)入鍋爐汽水系統(tǒng)的工質(zhì)主要包括經(jīng)過(guò)高加的飽和水蒸氣,及從汽機(jī)高壓缸出來(lái)又進(jìn)入再熱器的過(guò)熱蒸汽。

通過(guò)表3和IFC程序計(jì)算表1所對(duì)應(yīng)的過(guò)熱器出口焓值和熵值,又計(jì)算出省煤器入口處飽和蒸汽的焓值和熵值,整理后見(jiàn)表4和表5。

先在BRL工況下計(jì)算定壓加熱時(shí)平均溫度：

表1 鍋爐蒸汽基本參數(shù)

表2 煤種的低位發(fā)熱量

表3 過(guò)熱蒸汽參數(shù)

表4 過(guò)熱器的焓熵值

表5 省煤器的焓熵值

環(huán)境溫度為

同理,應(yīng)用以上方法,可以得到：在75%BMCR工況下η′GB=55.00%;在50%BMCR工況下η′GB=55.13%。

4 結(jié)束語(yǔ)

由計(jì)算可知,此鍋爐機(jī)組在BRL工況下的損率ηGB=53.89%,相比75%BMCR和50%BMCR負(fù)荷下的鍋爐損率55%和55.13%有一定的減少,能夠利用更多的能量,這主要是因?yàn)檫^(guò)熱器和再熱器出口溫度及壓力提高,使平均溫度Tz增加所致;此外,鍋爐效率達(dá)到94.32%,減少了能量損失,提高能量的利用率,從而提高了效率。

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