600 MW機(jī)組鍋爐性能試驗(yàn)效率計(jì)算方法分析及應(yīng)用

陳鵬飛，冷 杰，徐紹宗，鄒天舒，史俊瑞

（1.沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

600 MW機(jī)組鍋爐性能試驗(yàn)效率計(jì)算方法分析及應(yīng)用

陳鵬飛1，冷 杰2，徐紹宗2，鄒天舒2，史俊瑞1

（1.沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

某600 MW機(jī)組鍋爐于2014年4月完成大修并投入運(yùn)行，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鍋爐性能試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行鍋爐試驗(yàn)時(shí)采用ASME PTC 4.1《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》和GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)鍋爐效率進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析2種標(biāo)準(zhǔn)中的若干重要區(qū)別，以期為技術(shù)人員更好地理解鍋爐效率的計(jì)算方法提供一定參考。

600 MW機(jī)組；性能試驗(yàn)；鍋爐效率計(jì)算；熱損失

某600 MW機(jī)組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，其型號(hào)為HG－1795／26.15－YM1，三菱重工業(yè)株式會(huì)社為其提供技術(shù)支持。對(duì)于采用國(guó)外技術(shù)制造的機(jī)組鍋爐，進(jìn)行鍋爐試驗(yàn)時(shí)需采用ASME PTC 4.1《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》來(lái)進(jìn)行效率計(jì)算，而電廠在實(shí)際工作中，習(xí)慣采用GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》。本文結(jié)合性能試驗(yàn)考核結(jié)果，分別以2種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該電廠600 MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行效率計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、討論［1］。

1 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988計(jì)算方法比較

由于國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)合同中規(guī)定鍋爐效率的計(jì)算需采用ASME標(biāo)準(zhǔn)，并且用低位發(fā)熱量作為輸入熱量計(jì)算出的鍋爐效率作為合同保證值。因此本文在選用ASME標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算鍋爐熱效率時(shí)，將高位發(fā)熱量換算成低位發(fā)熱量作為輸入熱量，飽和水焓換算為同溫度下飽和汽焓，即將燃料中水分和氫在基準(zhǔn)溫度下燃燒變?yōu)樗魵馑璧恼舭l(fā)熱不計(jì)為熱損失。

鍋爐效率按ASME標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式如下：

式中：ηg為鍋爐效率，%；Hf為收到基低位發(fā)熱量，kJ／kg；L為鍋爐每kg入爐燃料總的熱損失，kJ／kg；B為每kg入爐燃料總的輸入物理熱，kJ／kg。

按GB標(biāo)準(zhǔn)選用反平衡方法計(jì)算鍋爐效率公式如下：

式中：q2為排煙熱損失百分率，%；q3為可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失百分率，%；q4為固體未完全燃燒熱損失百分率，%；q5為散熱損失百分率，%；q6為灰渣物理熱損失百分率，%。

ASME標(biāo)準(zhǔn)的熱損失項(xiàng)目詳盡，共定義了14項(xiàng)熱損失，5項(xiàng)外來(lái)熱源。有些項(xiàng)目在試驗(yàn)中難以計(jì)算或測(cè)量，通常引入不可計(jì)算損失項(xiàng)目來(lái)代替。GB標(biāo)準(zhǔn)共定義了5項(xiàng)熱損失、3項(xiàng)外來(lái)熱源。相比ASME標(biāo)準(zhǔn)，GB標(biāo)準(zhǔn)更容易被國(guó)內(nèi)技術(shù)人員理解和掌握，ASME標(biāo)準(zhǔn)更像是將GB標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)各項(xiàng)損失細(xì)化。兩者主要熱損失項(xiàng)目對(duì)比見(jiàn)表1［2］。

表1 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988主要熱損失項(xiàng)目對(duì)比

2 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988鍋爐熱效率計(jì)算及對(duì)比

某600 MW機(jī)組性能試驗(yàn)測(cè)試原始數(shù)據(jù)：空氣溫度7℃，實(shí)測(cè)基準(zhǔn)溫度14.86℃，空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度371.1℃，設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)溫度24℃，省煤器進(jìn)口煙氣溫度480℃，爐渣可燃物含量2.57%，飛灰可燃物含量1.17%，爐渣比例選10%，飛灰比例選90%，排煙溫度130.4℃，大氣壓力100.5 kPa，空氣相對(duì)濕度60%。

出口煙氣成分：［CO2］＝14.8%、［O2］＝4.07%、［CO］＝0.027 6%。

試驗(yàn)煤種與設(shè)計(jì)煤種成分對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)煤種與設(shè)計(jì)煤種成分對(duì)比

對(duì)檢修后的600 MW機(jī)組鍋爐按2種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鍋爐效率計(jì)算［3］，主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4。

表3 ASME PTC 4.1標(biāo)準(zhǔn)鍋爐效率計(jì)算主要數(shù)據(jù)

表4 GB 10184—1988標(biāo)準(zhǔn)鍋爐效率計(jì)算主要數(shù)據(jù)

2.1 干煙氣熱損失

干煙氣熱損失是各項(xiàng)損失中占比例最大的一項(xiàng)［4］。2種標(biāo)準(zhǔn)的干煙氣熱損失計(jì)算時(shí)形式相同，定義類似。

ASME標(biāo)準(zhǔn)中：

式中：LG′為修正后干煙氣熱損失，%；WG′為修正后每kg燃料產(chǎn)生的干煙氣量，kg／kg；CPG″為干煙氣平均比熱，kJ／（kg·℃）；tG15δ為修正后排煙溫度，℃；tRAC為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度，℃，Q為試驗(yàn)煤收到基低位發(fā)熱量，kJ／kg。

GB標(biāo)準(zhǔn)中：

在性能試驗(yàn)中，計(jì)算干煙氣量時(shí)，ASME標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)煙氣中的CO2、O2、CO、N2等所占體積百分?jǐn)?shù)來(lái)反算所取干煙氣量，公式如下：

式中：［CO2］、［O2］、［CO］為排煙中CO2、O2、CO的體積百分含量，%；［N2］的量由100減去［CO2］、［O2］、［CO］三者總和確定，%；Cb為單位燃料實(shí)際燃燒C的質(zhì)量，%；［S］為試驗(yàn)煤的收到基S含量，%。

GB標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算干煙氣量公式如下：

式中：V0gy為理論干煙氣量，為理論空氣量，αpy為排煙過(guò)量空氣系數(shù)，αpy＝21／（21－（［O2］－0.5［CO2］））；上述［C］表示試驗(yàn)煤收到基實(shí)際燃燒的C含量，%。

本例中GB標(biāo)準(zhǔn)得到的修正前干煙氣熱損失為1 124.190 7 kJ／kg，而ASME標(biāo)準(zhǔn)得到的值為1 086.740 5 kJ／kg，即GB標(biāo)準(zhǔn)得到的干煙氣熱損失要比ASME標(biāo)準(zhǔn)得到的大。主要原因：GB標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算各種氣體容積時(shí)，均將氣體看做理想氣體，這種滿足工程計(jì)算精度要求的假設(shè)，在三原子比重較大的干煙氣中，和實(shí)際氣體存在偏差；而ASME標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)實(shí)際煙氣測(cè)量及相關(guān)元素分析計(jì)算氣體容積，排除了煙氣實(shí)際狀況是否符合理想氣體對(duì)計(jì)算造成的影響。

ASME標(biāo)準(zhǔn)將空預(yù)器入口溫度選為基準(zhǔn)溫度，而GB標(biāo)準(zhǔn)選取的是送風(fēng)機(jī)入口處大氣溫度，本例中前者溫度14.8℃高于后者7℃，會(huì)引起輸入的物理熱不同，由此得到的煙氣平均比熱存在偏差，導(dǎo)致干煙氣熱損失也有偏差。

2.2 煙氣中含水蒸氣的顯熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，將燃料中水分、空氣中水分、燃料中氫燃燒生成水引起的熱損失分列成主要的熱損失項(xiàng)目；在GB標(biāo)準(zhǔn)中，將煙氣中含水蒸氣的顯熱損失與干煙氣熱損失共同組成排煙熱損失。

2.2.1 燃料中水分引起的熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，入爐燃料中水分引起的熱損失計(jì)算公式如下：

式中：M為試驗(yàn)煤收到基水分，%；h12．14．15為排煙中水蒸氣焓，kJ／kg；hRW為基準(zhǔn)溫度下飽和汽焓，kJ／kg。

2.2.2 空氣中水分引起的熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，空氣中水分引起的熱損失計(jì)算公式如下：

本例中，ASME標(biāo)準(zhǔn)中的4項(xiàng)損失：LG＋Lmf＋LH＋LmA＝5.612 2%；GB標(biāo)準(zhǔn)中的排煙熱損失q2＝5.457 2%，兩者都是修正后的值。2種標(biāo)準(zhǔn)下的計(jì)算值相差不大。

2.3 可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，生成CO造成的熱損失：

GB標(biāo)準(zhǔn)中，可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失通常只考慮CO的損失量，公式如下：

2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都做了理想氣體的假設(shè)，本例中ASME標(biāo)準(zhǔn)為L(zhǎng)CO＝0.115 4%；GB標(biāo)準(zhǔn)為q3＝0.111 7%（修正前），q3c＝0.107 5%（修正后）。2種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果基本相似。

2.4 灰渣中未燃盡碳損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，首先測(cè)定試驗(yàn)煤種中的收到基碳含量，然后測(cè)定飛灰和爐渣中的碳含量，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爐渣碳含量，再用總的碳含量減去爐渣中碳含量；GB標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)定飛灰和爐渣中的碳含量［5］，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爐渣碳含量，結(jié)果即是灰渣未燃碳含量。

在碳的發(fā)熱量選取上稍有不同，GB標(biāo)準(zhǔn)選取33 727 kJ／kg，而ASME標(biāo)準(zhǔn)選取33 730 kJ／kg，最后得到灰渣中未燃盡碳熱損失。GB標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)灰渣中未燃盡碳損失做了相應(yīng)的修正。

本例中ASME標(biāo)準(zhǔn)為L(zhǎng)uc＝0.356 9%；GB標(biāo)準(zhǔn)為q4＝0.356 9%（修正前），q4c＝0.448 3%（修正后）。兩者試驗(yàn)值基本相似，GB修正值與ASME標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)值相差較大，主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)煤種與試驗(yàn)煤種收到基灰分相差較大。

2.5 散熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際鍋爐性能試驗(yàn)中，散熱損失往往取自廠家給定值，或者根據(jù)機(jī)組容量和試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；GB標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為散熱損失大體上只與鍋爐機(jī)組的熱負(fù)荷有關(guān)，在非額定工況下運(yùn)行時(shí)的散熱損失，通常需要乘以負(fù)荷修正系數(shù)，基本能反映我國(guó)目前機(jī)組的實(shí)際狀況，即：

式中：Ded、D分別為額定蒸發(fā)量和實(shí)際蒸發(fā)量，t／h；q5，ed、q5分別為鍋爐在額定蒸發(fā)量和實(shí)際蒸發(fā)量運(yùn)行時(shí)的散熱損失，%。

本例中，ASME標(biāo)準(zhǔn)為取自廠家給定值Lβ＝0.185%；GB標(biāo)準(zhǔn)為通過(guò)計(jì)算得實(shí)際蒸發(fā)量下的散熱損失q5c＝0.338 3%（修正后）。

2.6 灰渣物理熱損失

ASME標(biāo)準(zhǔn)中，往往局限于實(shí)際試驗(yàn)，各參數(shù)數(shù)值極小，測(cè)量十分不易，一般將灰渣物理熱損失劃為不可測(cè)量熱損失范圍內(nèi)，由電廠用戶和設(shè)備制造方商定。

GB標(biāo)準(zhǔn)中，通過(guò)計(jì)算爐渣、飛灰與沉降灰含量，排除鍋爐設(shè)備帶走的顯熱，來(lái)確定灰渣物理熱損失。

本文中，ASME標(biāo)準(zhǔn)為取廠家給定值Lum＝0.3%；GB標(biāo)準(zhǔn)為q6c＝0.168%（修正后），兩者看似相差很大，但將灰渣物理熱損失與散熱損失相加后，如Lβ＋Lum＝0.485%，q5c＋q6c＝0.506 3%，2種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果相差不大。

3 結(jié)論

a.ASME標(biāo)準(zhǔn)和GB標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的試驗(yàn)鍋爐熱效率分別為93.299 2%和92.778 6%，修正后的效率分別為93.430 4%和93.228 5%，均低于設(shè)計(jì)值93.84%。原因?yàn)樵囼?yàn)煤質(zhì)的低位發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)值且排煙溫度高于設(shè)計(jì)值。

b.2種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的排煙損失、固體未完全燃燒熱損失、機(jī)械未完全燃燒熱損失等在數(shù)值上相近，并且散熱損失與灰渣物理熱損失之和也相差無(wú)幾。灰渣中未燃盡碳損失試驗(yàn)值相差不大，但GB標(biāo)準(zhǔn)修正后，結(jié)果明顯大于ASME標(biāo)準(zhǔn)值，主要是因?yàn)樵囼?yàn)煤種和設(shè)計(jì)煤種收到基灰分相差較大。

c.ASME標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的熱效率比GB標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的熱效率要高，主要是因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)外界環(huán)境溫度為7℃，而暖風(fēng)機(jī)出口溫度為14.8℃。選取的基準(zhǔn)溫度不同，干煙氣熱損失有偏差，導(dǎo)致最后結(jié)果存在偏差。

［1］ 趙 斌，孫樹(shù)翁.鍋爐效率2種計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模型的比較［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（2）：17－19.

［2］ 魏 星，閆衛(wèi)東，蔣 翀.鍋爐主要參數(shù)對(duì)機(jī)組煤耗影響的分析和計(jì)算［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（6）：1－6.

［3］ 趙振寧，張清峰，趙振宙.電站鍋爐性能試驗(yàn)原理、方法及計(jì)算［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［4］ 綦明明，劉 武，肖 靜，等.鍋爐本體漏風(fēng)對(duì)鍋爐熱效率的影響［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（1）：47－48.

［5］ 王鶯歌.大型電站鍋爐飛灰含碳量的調(diào)節(jié)與控制［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（11）：25－28.

Analysis and Application on Calculation Method of Performance Test Efficiency for the Boiler of 600 MW

CHEN Peng?fei1，LENG Jie2，XU Shao?zong2，ZOU Tian?shu2，SHI Jun?rui1
（1.Shenyang Institute of Engineering，Energy and Power College，Shenyang，Liaoning 110136，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

A given 600 MW unit boiler completes overhaul and put into operation in April 2014.Combined the boiler performance test data，boiler thermal efficiency are calculated by mechanical engineers boiler performance test with code ASME PTC 4.1 and the power plant boiler performance test procedures in China（GB 10184—1988）.On the basis of calculation results，two kinds of standards with some important differences are analyzed and introduced.In order to better understanding for technical personnel，this paper is to pro?vide some reference to the calculation method of boiler efficiency.

600 MW unit；Performance test；Boiler efficiency calculation；Heat loss

TM621

A

1004－7913（2015）10－0049－04

陳鵬飛（1987—），男，碩士，主要從事電站鍋爐燃燒調(diào)整、性能試驗(yàn)研究工作。

2015－06－30）