陳鵬飛，冷 杰，徐紹宗，鄒天舒，史俊瑞

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

600 MW機組鍋爐性能試驗效率計算方法分析及應(yīng)用

陳鵬飛1，冷 杰2，徐紹宗2，鄒天舒2，史俊瑞1

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

某600 MW機組鍋爐于2014年4月完成大修并投入運行，結(jié)合現(xiàn)場鍋爐性能試驗相關(guān)數(shù)據(jù)，進行鍋爐試驗時采用ASME PTC 4.1《鍋爐機組性能試驗規(guī)程》和GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》對鍋爐效率進行計算，在計算結(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算方法提供一定參考。

600 MW機組；性能試驗；鍋爐效率計算；熱損失

某600 MW機組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計、生產(chǎn)，其型號為HG－1795／26.15－YM1，三菱重工業(yè)株式會社為其提供技術(shù)支持。對于采用國外技術(shù)制造的機組鍋爐，進行鍋爐試驗時需采用ASME PTC 4.1《鍋爐機組性能試驗規(guī)程》來進行效率計算，而電廠在實際工作中，習(xí)慣采用GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》。本文結(jié)合性能試驗考核結(jié)果，分別以2種標(biāo)準(zhǔn)對該電廠600 MW機組鍋爐進行效率計算，并對計算結(jié)果進行分析、討論［1］。

1 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988計算方法比較

由于國內(nèi)絕大多數(shù)合同中規(guī)定鍋爐效率的計算需采用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)計算鍋爐熱效率時，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)熱不計為熱損失。

鍋爐效率按ASME標(biāo)準(zhǔn)計算公式如下：

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)的熱損失項目詳盡，共定義了14項熱損失，5項外來熱源。有些項目在試驗中難以計算或測量，通常引入不可計算損失項目來代替。GB標(biāo)準(zhǔn)共定義了5項熱損失、3項外來熱源。相比ASME標(biāo)準(zhǔn)，GB標(biāo)準(zhǔn)更容易被國內(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)各項損失細(xì)化。兩者主要熱損失項目對比見表1［2］。

表1 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988主要熱損失項目對比

2 ASME PTC 4.1和GB 10184—1988鍋爐熱效率計算及對比

某600 MW機組性能試驗測試原始數(shù)據(jù)：空氣溫度7℃，實測基準(zhǔn)溫度14.86℃，空預(yù)器進口煙氣溫度371.1℃，設(shè)計進風(fēng)溫度24℃，省煤器進口煙氣溫度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，空氣相對濕度60%。

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

試驗煤種與設(shè)計煤種成分對比見表2。

表2 試驗煤種與設(shè)計煤種成分對比

對檢修后的600 MW機組鍋爐按2種標(biāo)準(zhǔn)進行鍋爐效率計算［3］，主要數(shù)據(jù)見表3和表4。

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

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

2.1 干煙氣熱損失

干煙氣熱損失是各項損失中占比例最大的一項［4］。2種標(biāo)準(zhǔn)的干煙氣熱損失計算時形式相同，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)計基準(zhǔn)溫度，℃，Q為試驗煤收到基低位發(fā)熱量，kJ／kg。

GB標(biāo)準(zhǔn)中：

在性能試驗中，計算干煙氣量時，ASME標(biāo)準(zhǔn)通過煙氣中的CO2、O2、CO、N2等所占體積百分?jǐn)?shù)來反算所取干煙氣量，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為單位燃料實際燃燒C的質(zhì)量，%；［S］為試驗煤的收到基S含量，%。

GB標(biāo)準(zhǔn)計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為排煙過量空氣系數(shù)，αpy＝21／（21－（［O2］－0.5［CO2］））；上述［C］表示試驗煤收到基實際燃燒的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)在計算各種氣體容積時，均將氣體看做理想氣體，這種滿足工程計算精度要求的假設(shè)，在三原子比重較大的干煙氣中，和實際氣體存在偏差；而ASME標(biāo)準(zhǔn)通過實際煙氣測量及相關(guān)元素分析計算氣體容積，排除了煙氣實際狀況是否符合理想氣體對計算造成的影響。

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)機入口處大氣溫度，本例中前者溫度14.8℃高于后者7℃，會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算公式如下：

式中：M為試驗煤收到基水分，%；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算公式如下：

本例中，ASME標(biāo)準(zhǔn)中的4項損失：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個標(biāo)準(zhǔn)都做了理想氣體的假設(shè)，本例中ASME標(biāo)準(zhǔn)為LCO＝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，首先測定試驗煤種中的收到基碳含量，然后測定飛灰和爐渣中的碳含量，用經(jīng)驗公式計算爐渣碳含量，再用總的碳含量減去爐渣中碳含量；GB標(biāo)準(zhǔn)中，測定飛灰和爐渣中的碳含量［5］，用經(jīng)驗公式計算爐渣碳含量，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Luc＝0.356 9%；GB標(biāo)準(zhǔn)為q4＝0.356 9%（修正前），q4c＝0.448 3%（修正后）。兩者試驗值基本相似，GB修正值與ASME標(biāo)準(zhǔn)試驗值相差較大，主要是因為設(shè)計煤種與試驗煤種收到基灰分相差較大。

2.5 散熱損失

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

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

本例中，ASME標(biāo)準(zhǔn)為取自廠家給定值Lβ＝0.185%；GB標(biāo)準(zhǔn)為通過計算得實際蒸發(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，往往局限于實際試驗，各參數(shù)數(shù)值極小，測量十分不易，一般將灰渣物理熱損失劃為不可測量熱損失范圍內(nèi)，由電廠用戶和設(shè)備制造方商定。

GB標(biāo)準(zhǔn)中，通過計算爐渣、飛灰與沉降灰含量，排除鍋爐設(shè)備帶走的顯熱，來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)計算的試驗鍋爐熱效率分別為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)計值93.84%。原因為試驗煤質(zhì)的低位發(fā)熱量低于設(shè)計值且排煙溫度高于設(shè)計值。

b.2種標(biāo)準(zhǔn)計算的排煙損失、固體未完全燃燒熱損失、機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幾。灰渣中未燃盡碳損失試驗值相差不大，但GB標(biāo)準(zhǔn)修正后，結(jié)果明顯大于ASME標(biāo)準(zhǔn)值，主要是因為試驗煤種和設(shè)計煤種收到基灰分相差較大。

c.ASME標(biāo)準(zhǔn)計算的熱效率比GB標(biāo)準(zhǔn)計算的熱效率要高，主要是因為試驗時外界環(huán)境溫度為7℃，而暖風(fēng)機出口溫度為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，孫樹翁.鍋爐效率2種計算標(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)對機組煤耗影響的分析和計算［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（6）：1－6.

［3］ 趙振寧，張清峰，趙振宙.電站鍋爐性能試驗原理、方法及計算［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［4］ 綦明明，劉 武，肖 靜，等.鍋爐本體漏風(fēng)對鍋爐熱效率的影響［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、性能試驗研究工作。

2015－06－30）