陳曉龍，宋大勇，薛永鋒，劉思彤

(國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 清潔高效燃煤發(fā)電與污染物控制國家重點實驗室，南京 210046)

0 引 言

近幾年,國家對燃煤電廠節(jié)能工作的要求越來越高，電廠迫于政策要求，加之各機構(gòu)節(jié)能量計算方法也不統(tǒng)一，導(dǎo)致相同的機組煤耗在行業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營、機組改造、招投標時采用的計算方法、分析手段、結(jié)論不盡相同，給項目的評估、管理造成一定程度的混亂，給節(jié)能改造的決策造成一定的難度[1]。

研究電站鍋爐熱平衡的目的和意義，就在于更準確、更規(guī)范地弄清燃料中的熱量，有多少被鍋爐有效利用，有多少變成熱損失，以及熱損失分別表現(xiàn)在哪些方面，以便判斷鍋爐設(shè)計和運行水平，進而尋求提高鍋爐經(jīng)濟性的有效途徑。同時，鍋爐熱平衡試驗也是全廠熱平衡的組成部分，可以作為機組節(jié)能改造工作的重要依據(jù)[2]。

1 鍋爐熱平衡試驗要求

1.1 全廠鍋爐熱平衡試驗的定義

以火力發(fā)電廠為對象，按照熱力學(xué)第一定律，在規(guī)定的平衡期內(nèi)和火力發(fā)電廠鍋爐熱平衡系統(tǒng)的邊界內(nèi)，對全廠鍋爐熱力系統(tǒng)總的熱量輸入、輸出及損失之間的數(shù)量關(guān)系進行平衡。

1.2 鍋爐熱平衡邊界

電站鍋爐機組熱平衡系統(tǒng)邊界內(nèi)設(shè)備包括帶循環(huán)泵的汽水系統(tǒng)、帶磨煤機的制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備、脫硝裝置、空氣預(yù)熱器、煙氣再循環(huán)風(fēng)機及冷渣器(冷渣水熱量有效利用)等。暖風(fēng)器、送風(fēng)機、引風(fēng)機、冷一次風(fēng)機、高壓流化風(fēng)機、密封風(fēng)機、冷卻風(fēng)機、冷卻水泵、油加熱器、脫硫劑供給系統(tǒng)、供氨系統(tǒng)等為系統(tǒng)外設(shè)備。

在特殊情況下，經(jīng)協(xié)商也可更改上述系統(tǒng)界限，但應(yīng)修改相應(yīng)的測試項目和計算方法。

1.3 試驗要求

電站鍋爐熱平衡試驗主要根據(jù)GB/T 10184—2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》[3]的規(guī)定進行測試。在此基礎(chǔ)之上，鍋爐熱平衡試驗要求：有分爐的電廠應(yīng)先分爐測試，后統(tǒng)計全廠；各類數(shù)據(jù)按照標準DL/T 606—2014《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則第3部分：熱平衡》[4]的要求整理成平衡期的累計量和平衡期的加權(quán)平均值；在機組滿負荷和最低運行負荷之間，應(yīng)選擇不少于3個典型負荷點，在平衡期內(nèi)完成機組的鍋爐熱平衡試驗。

2 全廠鍋爐熱平衡試驗方法

2.1 鍋爐熱效率計算

在平衡期內(nèi)單臺鍋爐熱效率可分為鍋爐正平衡熱效率和鍋爐反平衡熱效率。鍋爐正平衡熱效率可以通過在測試過程中直接測量和計算鍋爐有效利用熱、燃料消耗量以及燃料低位發(fā)熱量等方面確定。鍋爐反平衡熱效率可以通過試驗測出鍋爐的各項熱損失得出。鍋爐熱效率測定試驗依據(jù)GB/T 10184—2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中有關(guān)規(guī)定及說明進行。通常采用反平衡方法測定鍋爐熱效率。鍋爐反平衡熱效率計算式為

η=100-(q2+q3+q4+q5+q6+qoth)

(1)

式中：η為鍋爐熱效率，%；q2為熱效率計算排煙熱損失，%；q3為熱效率計算可燃氣體未完全燃燒熱損失，%；q4為熱效率計算固體未完全燃燒熱損失，%；q5為熱效率計算鍋爐散熱損失，%；q6為熱效率計算灰、渣物理顯熱損失，%；qoth為熱效率計算其他熱損失，%。

2.2 平衡期內(nèi)單臺鍋爐熱效率和熱損失的確定

根據(jù)單臺鍋爐在平衡期內(nèi)出現(xiàn)的各種負荷，查該鍋爐的特性曲線或根據(jù)鍋爐實際熱平衡測試數(shù)據(jù)結(jié)果按式(2)和式(3)所示計算。

(2)

(3)

式中：qdl,i為平衡期單臺鍋爐i項熱損失，%；ql,i,n為對應(yīng)第n負荷級下的i項熱損失，%；Dfh,n為鍋爐第n負荷級下的累計蒸發(fā)量，t；N為平衡期內(nèi)出現(xiàn)的負荷級個數(shù)；ηgl為平衡期內(nèi)單臺鍋爐熱效率，%；ηl,n為對應(yīng)第n負荷級下的鍋爐熱損失，%。

2.3 計算全廠鍋爐熱效率及各項熱損失

以各臺鍋爐在平衡期內(nèi)的累計蒸發(fā)量為權(quán)數(shù)，根據(jù)式(4)和式(5)加權(quán)計算全廠鍋爐熱效率和各項熱損失。

(4)

(5)

式中：qcl,i為平衡期內(nèi)全廠鍋爐i項損失，%；qdl,i,m為平衡期第m臺鍋爐i項熱損失，%；Dsc,m為平衡期內(nèi)第m臺鍋爐的累計蒸發(fā)量，t；M為平衡期內(nèi)全廠運行鍋爐臺數(shù)；ηcgl為平衡期內(nèi)全廠鍋爐熱效率，%；ηgl,m為平衡期第m臺鍋爐熱效率，%。

3 全廠鍋爐熱平衡試驗結(jié)果分析

3.1 試驗結(jié)果

利用上述分析計算方法,選取2019年9月為某熱電廠試驗熱平衡期。通過試驗，得到1號鍋爐和2號鍋爐在162.5 MW負荷、187.5 MW負荷、225 MW負荷、275 MW負荷、325 MW負荷下鍋爐熱效率及各項熱損失,計算結(jié)果見表1、表2。

表1 1號鍋爐熱效率及各項熱損失計算結(jié)果

表2 2號鍋爐熱效率及各項熱損失計算結(jié)果

試驗結(jié)果表明，在試驗工況下，隨著機組負荷下降，排煙溫度下降，但受排煙氧量升高的影響，干煙氣熱損失隨負荷降低總體呈升高趨勢;另外，表面輻射和對流的熱損失也隨著負荷降低，呈現(xiàn)增加趨勢。綜合對比，實測鍋爐熱效率隨負荷下降總體呈下降趨勢。

3.2 鍋爐熱效率變化特性確定

根據(jù)2臺機組在162.5 MW負荷、187.5 MW負荷、225 MW負荷、275 MW負荷、325 MW負荷時得到的鍋爐熱效率，擬合得到鍋爐熱效率與功率變化關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 鍋爐熱效率與功率的關(guān)系

通過圖1曲線(虛線)，擬合得到1號鍋爐熱效率與發(fā)電機端功率曲線方程式：

6.4073×10-3×Nt+92.65

(6)

式中：Nt為實測發(fā)電機功率，MW。

由式(6)計算得到1號鍋爐在194.73 MW負荷(2019年9月平均負荷)時，鍋爐熱效率為92.25%。

通過圖1曲線(實線)，擬合得到2號鍋爐熱效率與發(fā)電機端功率曲線方程式：

4.742×10-2×Nt+85.85

(7)

由式(7)計算得到2號鍋爐在188.06 MW負荷(2019年9月平均負荷)時，鍋爐熱效率為91.85%。

3.3 平衡期內(nèi)鍋爐各項指標確定

經(jīng)2019年9月對某熱電廠2臺鍋爐的試驗及統(tǒng)計，分別得到各項損失及鍋爐熱效率。平衡期內(nèi)鍋爐熱效率見表3。

表3 平衡期內(nèi)鍋爐熱效率匯總表

通過試驗得到平衡期內(nèi)1號鍋爐熱效率為92.29%，2號鍋爐熱效率為91.73%，全廠鍋爐熱效率為92.02%。

在計算鍋爐熱效率的過程中，可以通過調(diào)整鍋爐主要參數(shù)來了解該參數(shù)變化對鍋爐熱效率的影響幅度[5]，從而為電廠提供參考。對鍋爐熱效率影響較大的因素包括排煙溫度、收到基低位發(fā)熱量、排煙處氧含量、基準溫度、入爐煤質(zhì)(收到基發(fā)熱量、收到基碳含量等)和環(huán)境條件(基準溫度、空氣含濕量和大氣壓力)等。在鍋爐運行中，電廠比較注重通過燃燒優(yōu)化、設(shè)備檢修和改造等手段提高鍋爐熱效率、降低供電煤耗。因此，對鍋爐熱效率有一定影響的可控因素成為電廠重點監(jiān)控對象[6-10]。

3.4 全廠鍋爐熱平衡圖的制定

根據(jù)平衡期中對各單臺機組的效率試驗及各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計，繪制全廠的鍋爐熱平衡圖，見圖2。

圖2 鍋爐熱平衡圖

4 結(jié) 語

以某熱電廠超臨界鍋爐典型試驗為例，詳細介紹了全廠鍋爐熱平衡試驗數(shù)據(jù)的整理和計算過程。通過2臺機組分別在162.5 MW、187.5 MW、225 MW、275 MW和325 MW負荷點下的熱力性能試驗，得到機組鍋爐熱效率等機組特性參數(shù)，并擬合得到2臺機組鍋爐熱效率的特性曲線。通過2019年9月機組實際運行參數(shù)，最終得到全廠鍋爐熱效率，繪制出全廠鍋爐熱平衡圖。研究表明，鍋爐熱平衡試驗?zāi)軌驕蚀_地掌握燃料中的熱量利用率和損失率，有助于對鍋爐設(shè)計和運行水平的判斷，對火力發(fā)電廠節(jié)能改造工作有重要意義。