電廠鍋爐單耗分析模型及其應(yīng)用

袁斌

摘 要：鍋爐作為電廠不可或缺的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的重要設(shè)備，但鍋爐在工作過(guò)程中也會(huì)發(fā)生熱量消耗。按照單耗分析理論，建立與電廠鍋爐單耗相適應(yīng)的模型，并將其運(yùn)用于鍋爐單耗分析中，能夠在很大程度上起到提高電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率的效果。

關(guān)鍵詞：鍋爐；單耗分析；模型；應(yīng)用；效率

引 言：電廠對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展發(fā)揮了重要的作

用，鍋爐是發(fā)電廠三大主要設(shè)備中重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。它的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并利用熱能加熱鍋?nèi)的水使之成為具有足夠數(shù)量和一定質(zhì)量（氣溫、氣壓）的過(guò)熱蒸汽，供汽輪機(jī)使用。[1] 但是，鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生能量損耗，傳統(tǒng)的損耗分析由于存在諸多不足，無(wú)法完整地將省煤器在鍋爐能源利用中所發(fā)揮的作用充分體現(xiàn)出來(lái)，難以為鍋爐與機(jī)組的參數(shù)匹配提供有益參考，已經(jīng)無(wú)法滿足我們?nèi)缃竦男枰?。這就要求我們?cè)俪浞盅芯繂魏姆治隼碚摰幕A(chǔ)上，探討電廠鍋爐的不可逆損耗和分布規(guī)律，并為發(fā)電機(jī)組節(jié)能提供有效的途徑。

一、單耗分析理論知識(shí)簡(jiǎn)介

單耗分析理論是華北電力大學(xué)的教授宋之平提出來(lái)的，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，所有的熱力學(xué)過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生熵產(chǎn)，且這一過(guò)程是不可逆的，不可逆損失與熵產(chǎn)之間呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。單耗分析是建立在火用和火用經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的一種能量系統(tǒng)分析理論和方法，以產(chǎn)品單耗作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析單耗的構(gòu)成及其分布和變化。眾所周知，不可逆損失量與附加燃料的消耗量是相互對(duì)應(yīng)的，在這一基礎(chǔ)上通過(guò)將數(shù)量關(guān)系式兩邊同除P. ef就得到了產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的單耗分析模型。事實(shí)上，在實(shí)踐中我們?nèi)绻滥骋划a(chǎn)品的實(shí)際燃料單耗，通過(guò)公式我們就能在不對(duì)能源生產(chǎn)系統(tǒng)、利用系統(tǒng)進(jìn)行深入細(xì)致分析的基礎(chǔ)上特別方便地算出某種產(chǎn)品的火用效率，這使得第二定律更好地服務(wù)于能源利用的分析統(tǒng)計(jì)之中，也使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了這一定律的內(nèi)在價(jià)值。

二、單耗分析理論在電廠鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用

對(duì)于電廠的熱力系統(tǒng)而言，也可應(yīng)用公式進(jìn)行火用效率和熱效率的計(jì)算。通過(guò)對(duì)公式進(jìn)行深入分析和變形，我們不難得出實(shí)際燃料單耗與鍋爐火用效率之間的關(guān)系，從而得出鍋爐的火用效率不僅與熱效率有關(guān)，也與熱能產(chǎn)品的品位關(guān)系密切。特別是某些再熱循環(huán)的鍋爐，如果該鍋爐與機(jī)組之間具備匹配的參數(shù)，那么對(duì)于提升鍋爐的火用效率具有十分明顯的作用。

三、電廠鍋爐的單耗分析

依據(jù)單耗分析理論，鍋爐輸出的熱產(chǎn)品為工質(zhì)吸熱量，這一數(shù)據(jù)實(shí)際上是鍋爐省煤器、過(guò)熱器、水冷壁、低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器以及低高溫再熱器各個(gè)受熱面所產(chǎn)生的熱產(chǎn)品總和。但是，我們必須強(qiáng)調(diào)一下亞臨界及以下參數(shù)的鍋爐，由于它存在汽化吸熱過(guò)程，故而需要對(duì)水冷壁吸熱過(guò)程加以修正。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，因鍋爐的熱效率不會(huì)受到空氣預(yù)熱器回?zé)釤崃康挠绊懚淖儯虼?，鍋爐的熱效率就能夠通過(guò)正反平衡核實(shí)的方式進(jìn)行滿足。在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，絕熱燃燒溫度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，它主要受燃料特性的制約，在假設(shè)鍋爐內(nèi)的燃燒環(huán)境處于最佳狀態(tài)時(shí)，所有被燃燒的燃料所釋放的熱量全部被吸收，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于絕熱燃燒的熱平衡公式，從而得出燃燒得到的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于釋放的熱量的結(jié)論。但實(shí)際上，鍋爐在燃燒的同時(shí)也在進(jìn)行放熱，且放熱的溫度較之絕熱燃燒溫度偏低，這也恰恰說(shuō)明燃燒所產(chǎn)生的絕大部分熱量都被工質(zhì)吸收了，還有一部分被空氣吸收，另一小部分熱量發(fā)生了損失。根據(jù)單耗分析理論，工質(zhì)吸熱量Qb是鍋爐的熱產(chǎn)品，空氣預(yù)熱器內(nèi)空氣吸熱量Qa只是鍋爐內(nèi)部會(huì)熱，不是鍋爐供出的熱產(chǎn)品，這與其不改變鍋爐熱效應(yīng)相對(duì)應(yīng)。

但由于鍋爐進(jìn)行燃料燃燒過(guò)程中，內(nèi)部的熱量在傳遞過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生損耗，即火用損耗。如果想得到電廠鍋爐的單耗分析結(jié)果，就需要我們對(duì)鍋爐所有受熱面的不可逆性所產(chǎn)生的燃料單耗貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析，根據(jù)單耗分析理論和第二定律，筆者針對(duì)性地得出了與電廠鍋爐單耗分析相適應(yīng)的模型，目前，單耗分析模型已經(jīng)運(yùn)用于多個(gè)1000MW發(fā)電機(jī)組鍋爐，它能夠?qū)㈠仩t不可逆損失的分布情況和不可逆損失的大小進(jìn)行提示，從而幫助電廠工作人員在節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)提供有益參考和借鑒。

結(jié)束語(yǔ)：總之，單耗分析理論的應(yīng)用和單耗分析模型的建立，更加全面、準(zhǔn)確地將省煤器尾部余熱進(jìn)行燃料分?jǐn)?，避免了傳統(tǒng)的火用分析的缺陷型。同時(shí)，通過(guò)研究分析得知，鍋爐必備的受熱面不一定包含省煤器，這樣就能在一定程度上開展更加廣泛地進(jìn)行發(fā)電機(jī)組與鍋爐參數(shù)優(yōu)化配置，是提高電廠發(fā)電機(jī)組工作效率的有力保證。此外，這一理論和模型的應(yīng)用，能夠有效杜絕鍋爐中省煤器失效事故的發(fā)生，這無(wú)疑能夠大大提高發(fā)電機(jī)組的安全性和可靠性，對(duì)于電廠的安全持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排大有裨益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何青，劉輝，張軍良，蔡悠然，劉文毅.壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)單耗分析模型及其應(yīng)用.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào).2015年9月第42卷第5期：75.