火電廠鍋爐熱效率計(jì)算及誤差

◎李星寧

火電廠鍋爐熱效率計(jì)算及誤差

◎李星寧

近年來，國民經(jīng)濟(jì)快速增長，科學(xué)技術(shù)的革新日新月異，人們的生活水平不斷提高。各種電氣自動(dòng)化設(shè)備的使用，為人們的日常生產(chǎn)生活帶來極大便捷的同時(shí)，對(duì)電量的需求也與日俱增。所以火電廠也在近年來大力發(fā)展?；痣姀S的發(fā)電原理是利用煤在鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的燃燒最終產(chǎn)生電能，所以火電廠的鍋爐熱效率是關(guān)系到火電廠發(fā)點(diǎn)效率的關(guān)鍵。本文首先對(duì)火電鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行闡述，解析了影響鍋爐熱效率的重要因素；其次，重點(diǎn)分析火電廠鍋爐熱效率計(jì)算及誤差；最后，對(duì)火電廠鍋爐熱效率計(jì)算提出展望。

火電廠全稱為火力發(fā)電廠，主要是使用煤、天然氣、石油等作為燃料制造電能的場(chǎng)所。生產(chǎn)過程具體包括步驟：煤在鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽，將原本的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)作，熱能再次轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。本文主要結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)火電廠鍋爐熱效率計(jì)算及誤差進(jìn)行分析?？谶^量空氣系數(shù)不變時(shí)，隨著沿?zé)煔鈿饬鞒搪╋L(fēng)系數(shù)的增加，使排煙熱損失增大。

火電鍋爐燃燒系統(tǒng)

鍋爐在產(chǎn)生蒸汽期間，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了蒸汽中高溫高壓屬性的儲(chǔ)能，這一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換效率就是指鍋爐熱效率。當(dāng)前鍋爐燃燒系統(tǒng)的根本任務(wù)即保障煤粉的全面燃燒，燃料的完全燃燒需要借助一定量的空氣，事實(shí)上要想使燃料充分燃燒，必須要保證空氣的充足，空氣量與參與化學(xué)能轉(zhuǎn)換的空氣量間的比例是過量空氣系數(shù)（α），通常情況下要使過量空氣系數(shù)超過1，當(dāng)過量空氣系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，鍋爐內(nèi)的燃料將不會(huì)完全燃燒，導(dǎo)致飛灰中的含碳量不斷增加，此種的熱損失被人們稱作為機(jī)械未完全燃燒熱損失（q4），當(dāng)α的系數(shù)值過大時(shí)，煙氣量也會(huì)隨著不斷增加，煙氣帶走的熱損失也將增加，人們將此種損失稱為排煙熱損失（q2）。在轉(zhuǎn)換過程中存在一個(gè)最佳的數(shù)據(jù)值，既能保證兩者的損失量，又實(shí)現(xiàn)了最佳鍋爐熱效率，如下圖所示。煙氣中并沒有出現(xiàn)反應(yīng)的氧氣含量與α之間具有直接的聯(lián)系，因此存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的煙氣含氧量。在一定工作量的要求下，煙氣含氧量直接折射出空氣與燃料間的配比值，鍋爐內(nèi)各種風(fēng)的大小程度影響到風(fēng)與煤粉的燃燒情況，間接影響到燃燒效果。因此，提高鍋爐熱效率的根本方式是尋求最佳的含氧量與配風(fēng)模式。

在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)過程中，q3可以按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用。一般情況下，固態(tài)排渣煤粉爐，q3=0%。對(duì)于煤粉爐而言，q3一般不會(huì)超出百分之五。爐內(nèi)過量空氣系數(shù)增大時(shí)，爐膛出口的煙氣容積也會(huì)不斷增加，使排煙熱損失不斷增加。依據(jù)計(jì)算得知，當(dāng)爐膛出

圖1 最佳過量空氣系數(shù)

鍋爐熱效率的計(jì)算

一般情況下，鍋爐熱效率的計(jì)算方法包括：正平衡與反平衡，文章主要以反平衡計(jì)算方法為例，此方法又稱為熱損失法，即：η=100-(q2+q3+q4+q5+q6)(%) 。式中η代表著鍋爐熱效率，q2為排煙熱損失,q3為可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失,q4為固體不完全燃燒損失,q5為鍋爐散熱損失,q6為其他熱損失，單位皆是KJ/kg，其所占熱量的百分比即為q2：q6。在實(shí)際計(jì)算過程中只需要對(duì)應(yīng)好關(guān)系量，帶入具體數(shù)值就能求解問題。

其一，輸入熱量，具體包括以下兩個(gè)內(nèi)容：Qgy2與QyDW。Qrx代表著高位發(fā)熱量；代表著低位發(fā)熱量，單位都是KJ/kg。

其二，排煙熱損失。 當(dāng)煙氣脫離鍋爐的最后受熱面時(shí)，自身依舊有一定熱度，容易造成排煙熱損失，通常情況下占比百分之五。同時(shí)排煙問題若不斷升高，平均一個(gè)階段排煙熱損失就會(huì)對(duì)應(yīng)增加百分之一。

其三，化學(xué)未完全燃燒熱損失。排煙過程中殘留I的可燃燒的氣體如：一氧化碳、氫氣、甲烷、重碳?xì)浠衔锏炔]有完全燃燒而導(dǎo)致的熱損失。一般情況下，在計(jì)算中其作為0處理。

其四，機(jī)械未完全燃燒熱損失。q4代表著鍋爐內(nèi)由于煤粒自身沒有完全燃燒而引發(fā)的熱損失，q4是僅次于q2的第二熱損失，通?？刂圃?.5～5%這一區(qū)間。影響q4熱損失的因素有許多如：煤粉質(zhì)量、鍋爐內(nèi)部構(gòu)造、過量空氣系數(shù)等。

其五，散熱損失，主要是指鍋爐內(nèi)由于自身表面溫度超出環(huán)境的溫度，借助對(duì)流和輻射向四周環(huán)境散發(fā)出熱量，常見的影響因素為鍋爐的內(nèi)部構(gòu)造等。本項(xiàng)熱損失的占比數(shù)值較低，一般此數(shù)值都是從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取的。

其六，灰渣物理熱損失，q6實(shí)質(zhì)是爐渣物理熱損失，其是由燃煤鍋爐排除的灰渣還具有比較高的溫度造成的。對(duì)于固態(tài)排渣鍋爐而言，依據(jù)鍋爐的排渣率與排渣溫度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，其數(shù)量級(jí)約等于百分之零點(diǎn)二。由于當(dāng)前并不具備直接在線測(cè)量裝置，按照國際標(biāo)準(zhǔn)，固態(tài)排渣爐tlz通常讀取八百度這一標(biāo)準(zhǔn)值。一般鍋爐的沉降灰份額我們都取值為0，而沉降灰的溫度則可以取任意值。

火電廠鍋爐熱效率計(jì)算及誤差

計(jì)算所需量通常是采用約定值或定期解析值，無法在鍋爐內(nèi)主動(dòng)獲取，為計(jì)算鍋爐熱效率帶來了一定阻礙，工作人員必須要采取一定方法，并在計(jì)算后求證結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際測(cè)算鍋爐效率過程中，可以依據(jù)實(shí)際情況合理選擇正平衡和反平衡計(jì)算方法。在進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)時(shí)，測(cè)定的項(xiàng)目包含：鍋爐每小時(shí)的飛灰量、灰渣量及灰渣中殘余碳的含量。對(duì)于運(yùn)行中的鍋爐，機(jī)械不完全燃燒的熱損失可以通過熱平衡實(shí)驗(yàn)來獲得。對(duì)于一些無法獲取實(shí)時(shí)量的煤質(zhì)參數(shù)，工作人員可以采取定期輸入定制的手法來獲取信息。但是此種方法無法直接反映出煤質(zhì)的燃燒情況，數(shù)值會(huì)存在一定誤差。

一般情況下，q2是鍋爐燃燒過程中最大的熱損失。因此，在實(shí)際計(jì)算q2過程中，我們需要對(duì)氧氣含量進(jìn)行假定，若是數(shù)值誤差超過1%，將會(huì)影響整個(gè)計(jì)算結(jié)果。這樣一來，依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，求得最后誤差值小于0.05%，此種影響是可以忽略不計(jì)的。依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，由于排煙含氧量預(yù)估值誤差小于百分之零點(diǎn)零五，由此我們可以得出計(jì)算公式，即 QyGW=370℃ +1278° Hy-124°[Qy-Sy]。在高發(fā)熱量中刨除煙氣中水蒸氣的反應(yīng)，就可以算出低位發(fā)熱量。在計(jì)算誤差過程中，我們可以選擇忽略。按照公式計(jì)算預(yù)估產(chǎn)生百分之零點(diǎn)二五的影響。通過計(jì)算分析熱損失誤差得知，因?yàn)閝2約為5～10，我們可以將其簡化為0.02%，最大誤差不可以超過3.對(duì)比灰渣物理熱損失與散熱損失得知，誤差出現(xiàn)明確波動(dòng)。

在輸入熱量過程中，燃料物理顯熱QLX僅僅只占千分之一。在分析此物理量時(shí)，我們可以使用Qgy2與QyDW來求解q2，將影響值控制在百分之零點(diǎn)一，最大誤差不可以超過6，計(jì)算公式即

簡單的說，經(jīng)過上述計(jì)算，q2與煤質(zhì)分析參數(shù)間不存在關(guān)系，如此一來計(jì)算過程中通過輸入煤質(zhì)數(shù)據(jù)的方式造成數(shù)據(jù)失時(shí)的問題對(duì)于q2自身而言是不具備影響的。通過分析公式我們可以得知，q2主要是與過量空氣數(shù)值與溫度具有關(guān)系。在計(jì)算q4過程中，我們可以使用到AY，當(dāng)AY存在20%的誤差時(shí)，q4的誤差可以假設(shè)為0.1%。由此我們得知，煤質(zhì)參數(shù)對(duì)于q4的影響能力不強(qiáng)。

從實(shí)踐應(yīng)用效果來看，反平衡法計(jì)算熱效率是可信的。將煤質(zhì)參數(shù)固定后，雖然計(jì)算中仍舊存在誤差，但是不至于影響整體計(jì)算效果。假設(shè)煤質(zhì)參數(shù)已經(jīng)接近最大誤差，但是在實(shí)際計(jì)算中煤質(zhì)擾動(dòng)誤差小于誤差值，求得的熱效率誤差也會(huì)減少。若是煤質(zhì)突然發(fā)生巨大變化，則需要立刻更換煤種，重新輸入煤質(zhì)參數(shù)，否者將導(dǎo)致計(jì)算誤差不斷增加。

在上述解析中，所有計(jì)算誤差都是采用最大可能性的誤差值。同時(shí)，在實(shí)際計(jì)算鍋爐熱效率過程中，工作人員可以將所有誤差進(jìn)行相加。事實(shí)上，許多誤差都能夠在合成階段被抵消掉，由于鍋爐熱效率的反平衡計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，沒有嚴(yán)禁科學(xué)的誤差合成要求?？紤]到以上問題，我們可以認(rèn)定計(jì)算誤差小于0.3%即可。實(shí)際上，若是按照常用的合成方式，即誤差控制在0.28%。因此，我們?cè)谖磥淼墓ぷ髦行枰业揭环N方法，能夠?qū)崟r(shí)獲取在線煤質(zhì)參數(shù)，從而不斷提升鍋爐熱效率計(jì)算的精準(zhǔn)度。

綜上所述，要想有效降低熱效率計(jì)算誤差，工作人員需要輸入正確的煤質(zhì)參數(shù)，反之會(huì)出現(xiàn)因計(jì)算差值過大而無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期熱效率的問題。如何選取恰當(dāng)?shù)牧繉?duì)煤質(zhì)參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，盡可能規(guī)避煤質(zhì)參數(shù)波動(dòng)對(duì)計(jì)算造成的影響，我們需要不斷深入分析的問題。

（作者單位：中國水利水電第八工程局有限公司國際公司）