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第 4 4卷第 4期 2 0 1 3年 7月 锅 炉 技 术 B0I LER TECH N0L0GY V0 1 . 4 4.NO . 4 J u 1 .,2 O1 3 6 0 0 MW 超 临界火 力发 电机组锅炉 能效诊 断 李建锋 ,李 斌 ,朱 超。 ,尧 国富 ,盛建 华 ,王廖 星 1 .中国电力企业联合会科技开发服务中心 ,北京1 0 0 7 6 1 ; 2 .华北电力大学 能源动力与机械工程学院,北京 1 0 2 2 0 6 3 .国核 工 程 有 限 公 司 ,上 海 2 0 0 2 3 3 摘要 为了进一步降低火 力发 电机组 的能耗 , 以某 6 0 0 MW 超临界火力发 电机组的锅炉设计参数 为依据 , 对其进行 了热效率和煳效 率分析 。分析结果表明 , 燃烧和传热则是锅炉煳损失较大 的 2个环 节。降低炯 损失 的方法有 提高蒸汽参数 、 降低排烟温度 、 提高 电厂辅助设备的效率以及 降低蒸汽管道 的长度等 。 关键词 6 0 0 Mw 火力发电机组 ;超 临界 ;能效诊断 ;热效率分析 ;炯 效率分析 中图分类号 l TK 2 2 9 . 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 3 0 4 ~ 0 0 1 4 0 5 0 前言 1 炯计算 目前 , 煤炭仍是 我 国发 电的主要 能 源E 1 - 3 3 。大 量煤炭 的燃 烧 不仅 产 生 了大 量 的 S O 。 、 NO 等污 染物 , 同时也产 生 了巨量 的 C O , 大 大加剧 了地球 温室效应 。就我 国的火力 发 电机 组 的容 量构 成现 状来看 , 6 0 0 MW 超 临界火电机组 已经逐渐成 为发 电 的主流机组 , 因此 , 有效 降低 6 0 0 MW 火力 发 电 机组 的能效对 于整个行业 的节 能降耗意义重大 。 为 了降 低 6 0 0 Mw 火 电 机 组 的 能 耗 , 以 某 6 0 0 Mw 纯凝火 力发 电机 组 的锅 炉设计 参数 为 目 标 , 通过计 算 各 项 损 失 以及 节 能潜 力 , 为 提 出更 优化的设计方案提供参考 。同时, 计算结果对于 锅 炉机组 的运 行 与 技 术 改 造 也 具 有 较 大 的参 考 价值 。 目前 , 对 大容 量火 电机 组 的能 效 诊 断 多采 用 热效率 法 ] , 但 很 多 时 候 热 效 率 并 不 能 反 映 出节 电潜 力 , 所 以 为 了使 结 算 结 果 更 具 有 直 观 性 , 在计算 了 6 0 0 Mw 火 电机组 锅 炉热 效 率 的基 础 上 , 对 6 0 0 Mw 火 电机 组 锅 炉 的焖 效 率 _ 6 ] 也 进行 了计 算 , 因 为按 照能 量 品 质 的 角 度 来 看 , 焖 能 与 电能 是相 同 品质 的能量 。 目标机组的锅炉为 国产超 临界 、 变压运行 、 螺 旋 管 圈 直 流 锅 炉 , 型 号 为 S G1 9 1 3 / 2 5 . 4 0一 M9 5 5 , 采用单 炉膛 、 一次 再 热 、 平 衡 通 风 、 露 天 布 置 。机 组配 置 2 5 O B MC R调 速 汽动 给 水泵 、 1台 3 0 的电动调 速给水 泵 。 1 . 1燃 料炯 假 定燃料 的低 位 发 热量 为 Q 那 么单 位 质 量 燃料炯 可 以采 用式 1 计 算l 7 ] e 一 Q 1 . o 0 6 4 0 . 1 5 1 9 罢 O- 06 1 6 O o . 0 4 2 9 1 式 中 H、 O、 N、 C 分别 是燃 料 中的氢 、 氧 、 氮 、 碳含 量 , % ; Q 燃料 热值 , k J / k g 。 1 . 2 热炯 与 焓焖 如果假定物体 的比热保持不变 , 单位质量热 炯 可 以统一采 用式 2 计算 c [ T T o 一 T ] 2 式 中 c 物体 比热 , k J / k g K ; T 其温 度 , K; T 环境 温度 , K。 对 于气体 来说 , 焓焖 的计算 采用式 3 RT0 l n 3 式 中 P 气 体压力 , P a ; 声 。 环 境压 力 , P a 。 但是对于蒸汽来说, 其焓焖 可 以采用式 4 计算 收 稿 日期 2 0 1 3 0 2 1 0 作者简介 李建锋 1 9 7 5 , 男 , 主要从事能源清洁利用的研究与管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 李 建锋 , 等 6 0 0 Mw 超临界火力发 电机组锅炉能效诊 断 1 5 e 一hh 0 4 式 中 h 蒸 汽 的 比焓 , k J / k g ; h 。 蒸 汽定熵 膨 胀至 环境 温 度下 的 比焓 , k J / k g 。 1 . 3 管道效 率 管 道热 效 率可 以用 式 5 表示 一 f o 5 式 中 h 。 管道 出 口比焓 , k J / k g ; h 管道 人 口比焓 , k J / k g 。 同样 的 , 管 道炯 效率 可 以表示 为 一 6 e 一 式 中 。 管道 出 口蒸汽 在 定 熵 条件 下 膨 胀 到 环境 温度 下 的 比焓 , k J / k g ; 矗 。 管道 入 口蒸 汽 在定 熵 条 件下 膨 胀 到 环境 温度 下 的 比焓 , k J / k g 。 2 计 算参数的选取 在计算过程 中, 假定环境温度为 2 O℃, 压力 为 1 0 1 3 2 5 P a , 因为 给水 泵 以及 风 机 均 与 锅 炉密 切 相关 , 所 以也对 给水 泵 和风 机 的能 效 也 进 行 了 计算 , 机 组 的具体 设计 参数 见 表 1 ~表 7 。 表 1 锅 炉 主要设 计 参数 项 目 数值 主蒸汽流量/ t h _ _ 主蒸 汽温度/ ℃ 主蒸 汽压 力/ MPa 过热器减温水温度/ ℃ 过热器喷水量 一级 / t h 过热器喷水量 二级 / t h 再热 蒸汽进 口压力/ MP a 再 热蒸汽进 口温度/ c 再 热 蒸 汽 出 口压 力 / MP a 再 热蒸汽出 口温度/ c 给水温度/ ℃ 给水流量/ t h 一 次风流量/ t h 二次 风流量/ t h 烟气 总流量/ t h _ 。 排 烟温度/ ℃ 锅 炉效 率/ 锅炉保证 效率/ % 燃料消耗量/ t h 再热 蒸汽流量/ t h 表 2锅炉 主 要性能 指标 项 目 数值 空气预热器人 口冷一次风温度/ ℃ 空气 预热器人 口冷二次风温度/ C 空气预热器出 口一次风温度/ ℃ 空气预热器出 口二次风温度/ ℃ 空气预热器 出口烟气修正前温度/ C 省煤器 出 口过剩 空气 系数 排烟热损失/ 气体不完全燃烧热损失/ 未燃尽碳热损失/ 辐射及对流热损失/ 灰 渣物理热损失/ 炉膛出 口过剩空气系数 表 3煤质 分析 项 目 设计煤种 神府煤校核煤种 神府煤 表 4 6 0 0 MW 汽轮机 部分 参数 项 目 数值 主汽门前额定压力/ MP a 主汽 门前额定温度/ C 再 热 汽 压 力 / MP a 再热汽 门前额定 温度 / C 额定功率主蒸汽流量/ t h 再热汽流量/ t h 1 5 1 4 . 1 6 7 铭牌 功率/ k w 设计效 率/ % 出 口压力/ k P a A/ B 出 口温度 / ℃ A/ B 空气流量/ t h 电动机功率/ k W 电机 电 流 / A A/ B 电机 电压/ V A / B 电动机 效率/ 挡板开度/ A/ B 机械传动效率/ 环境压力/ k P a 2 00 0 83 1 2 . 1 2 / 1 2 . 3 6 3 4 . 5 1 / 3 4 . 2 4 3 3 5 / 3 3 4 . 1 1 7 7 7 / 1 7 6 0 2 O 1 . 2 / 1 9 9 . 3 6 00 0 9 6 6 0 . 7 1 / 6 3 . 4 1 1 OO 1 O1 掰 m 2 6 ∞6 %啪 一 一 啪 啪 ~ 姒 一 m 一 一 ~ 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技术 第 4 4 卷 表 6二次风 机参 数 项 目 数值 铭 牌 功 率 / k W 设计效率/ 出 口压 力 / k P a A/ B 出 口温 度 / ℃ A/ B 空气流量/ t h 电 动 机 功率 / k W 电机 电流 / A 电机 电压 / V 电动机效率/ 挡 板 开度 / A/ B 机械传动效率/ 1 5 OO 8 8. O9 4 . 0 / 4 . 0 1 2 5 . 0 7 / 2 5 . 8 1 67 3/ 69 l 1 3 2 O / 1 3 3 5 1 4 9 . 4 5 / 1 5 3 . 8 6 6 00 0 9 4. 3 4 7 . 1 2 / 5 2 . 9 8 1 O0 环 境 压 力 / k P a 1 0 1 铭 牌 功 率 / k W 设计效率/ 出 口压 力 / MP a A/ B 出 口水温 / ℃ A/ B 人 口压 力 / MPa A/ B 人 口水 温 / ℃ A/ B 流 量 / t h A/ B 挡 板 开度 / A/ B 8 9 62 83 2 8 . 2 8 / 2 8 . 2 8 1 8 0 . 4 / 1 8 0 . 2 2 . 2 6 / 2 . 2 6 1 7 5 . 9 / 1 7 5 . 3 8 9 9 . 0 2 / 9 2 2 . 3 1 5 5 / 5 8 以上述 表 1 ~ 表 7中 的数 据 为 基 础 , 对 整 个 发 电机 组 的效能进 行 了计 算 。 3 计算结果与分析 3 . 1锅 炉能 效计算 结果 与分 析 锅 炉本体 的计 算结果 见表 8 、 表 9 。 表 8锅炉 本体 的热分 析 续 表 8 项 目 数值 散热热损失量/ k W 给水焓/ k J k g 气体不完全燃烧热损失/ k W 给水熵 / E k J k g ℃ ] 灰渣物理热损失量/ k W 给水携带热/ k w 燃 烧 温度 / C 主蒸汽净输出热/ k w 灰渣 比热/ E k J k g ℃ ] 锅炉净输 出热/ k w 烟气 比热/ E k J k g ℃ _ 1 ] 2 77 6. 3 1 22 4. 9 3 2l 4. 7 2 63 O. 2 6l 9 493 . 2 1 5 O O 1 1 01 71 6 1 .2 1 3 67 O1 5 1. 0 7 表 9锅 炉本体 的焖 分析 项 目 数值 主汽I堋 / k J k g 燃烧媚 损失/ k W 主汽输出媚总量/ k W 燃烧煳效率/ 给水炯 / k J k g 排烟媚损 失量/ k W 给水煳 总量/ k W 固体不完全燃烧煳损失/ k w 主蒸汽净输出炯 / k W 散热煳损 失量/ k W 再热蒸汽进 口媚/ k J k g 气体不完全燃烧I堋损失/ k W 再 热 蒸 汽 出 口堋 / k J k g 一 灰渣物理堋损失量/ k W 再热蒸汽净输 出堋/ k W 传热堋损 失量/ k W 锅炉净输 出焖/ k W 锅炉堋 效率/ 燃料佣/ k J k g 燃烧炯损失率/ 燃料输入焖 / k W 传热焖 损失率/ 一 次 风 携 带 煳 / k J k g 排 烟炯 损失率/ 二次风携带炯/ k J k g 固体不完全燃烧焖损失率/ 空气 总煳 / k w 散热炯 损失率/ 锅炉总输人煳 / k W 气体不完全燃烧炯损失率/ 燃烧放热炯/ k W 灰渣物理媚 损失率/ 1 57 2. 6 27 9 8l 8. 2 7 9 5 4 73 . 5 81 3 4 9. 9 1 1 38 4. 9 1 7 6 9 4l _ 7 1 0 7 3 5. 3 6 1 8 5 31 . 8 2 31 7. 5 1 1 O9 .5 3 4 99 .3 1 46 9. 6 1 1 5 2. 9 1 51 446 . 3 42 O 6 86 . 8 7 6 9 9 78 .1 5I _ 3 2 2 3 6 3. 6 1 8. 7 l 4 96 5 0 0 2 8.1 9 .6 7 O .7 6 3 .3 6 O .7 2 3 O7 2. 7 0. 1 5 1 49 9 57 3 O. 23 1 21 9 75 5 O. O 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 李 建锋 , 等 6 0 0 Mw 超临界火力发 电机组锅炉能效诊断 1 7 从表 8 、 表 9中可见, 锅炉的热效率尽管高达 9 3 . 5 5 , 但是媚 效 率却 只有 5 1 . 3 , 主要是 因为 燃 烧媚 损 失 和传 焖 损 失 两 项 之 和 为 4 6 . 8 。所 以就整 个 火力发 电厂 来 看 , 提 高整 个 系 统 效 率 是 要努力提高锅炉 的焖效 率 。减 少这两个大 的焖 损失的方 法更 多的应该提高蒸 汽的参数。但 是 在 目前 材 料性 能 的 限制 下 , 进 一 步提 高 蒸 汽 参 数 代 价很 大 , 所 以单 纯提 高 燃烧 温度 并 不 能 显 著 的 提高 系统 媚 效 率 。这 也 是 研 究 开 发 下 一 代 高 超 超 临界 机 组 的最 大 动力 。 另 一 方 面 , 值 得 注 意 的是 , 锅 炉 的排 烟 热 损 失 高 达 5 .1 3 %, 但 是 排 烟 的 焖 损 失 却 仅 有 0 . 7 6 % , 这 是 因为 烟 气 温 度 比较 低 , 所 以其 中 的 热 量 品质 较差 , 因 此焖 损 失 较 低 。但 这 并 不 能 说 明进~ 步 降低排 烟 温 度不 重 要 , 只是 需 要 看 采用 何 种方 式 利 用 更 为 有 效 。 目前 降 低 排 烟 温 度 的 普 遍做 法 是 增 加 低 温 省 煤 器【 8 ] , 这 一 方 法 投 资 较少。但是从节能的方面来看 , 因为烟气中的热 量 本 身品 质就 比较 低 , 所 以利 用低 压 省 煤 器 所 回 收来的热水能量 品质就更低 , 因此总体节能效果 并 不显 著 。需要 指 出 的是 , 如 果 换 热 器 回收来 的 热 量用 于供 暖或 者 制 冷 , 那 么 因为 这 两个 用途 本 身 并不 需要 太 高 品质 的 能量 , 这种 利 用 方 式 还是 可 取 的 。 相 比较来说 , 利用排烟余热加热空气 是更 为 可 取 的一 种 方 式 。该 方 法 通 过 改 造 空 气 预 热 器 或者增加前置空气预热器 的方式来 回收烟气余 热 , 达到 提 高进入 炉膛 空 气 温 度 的 目的 。提 高炉 膛 的进 风 温度 , 第 一 回 收 了 烟 气 的余 热 , 降 低 了 排烟炯损失 ; 其次也降低了空气进入炉膛 的传热 焖损 失 ; 第 三 是 提 高 了锅 炉 的 燃 烧 效 率 , 降 低 了 燃烧煳 损 失 , 可谓 一 举 多得 。但 是 因 为采 用 气 气 换热 方 式 , 所 以总 投 资 要 比较 高 , 而 且 还 有 增 加 低温腐蚀 的危险 , 因此这需要对排烟温度做综合 的经 济技 术分 析 , 或 者 开发 更 为 高 效 紧凑 的空 气 预热器 _ 1 。 提 高锅炉 焖 效 率 的 另 一 个 方 面 是 提 高 锅 炉 的燃烧温度 , 降低锅炉 的未完全 燃烧热损失 , 因 此 , 采 取合 适 的燃 料 细度 以及 提 高二 次 风 的穿 透 性 等方 式 可 以 有 效 的 降 低 未 完 全 燃 烧 炯 损 失 。 在上 面 的 计 算 中, 固体 不 完 全 燃 烧 热 损 失 为 1 0 6 6 7 k W , 但是 固体 不 完 全 燃 烧 煳 损 失 却 增 加 为 1 0 7 3 5 . 3 k W , 这 是 因为在 计算 炯损 失 的时候 , 计算方法上考虑 到了燃烧产物 的扩散 炯 。这从 入炉总热量 与总炯 量的差 异中也可 以看到这一 点 , 同样 的差 异也 存 在 于气 体 不完 全 燃烧 热损 失 与烟 损失 的计 算 中 。 3 . 2 管道 系统计算 结 果与分 析 表 1 O给 出了管道效率得计算结果 , 从 中可 以看到 , 管道的热损失以及煳损失都很 大, 超过 了 1万千 瓦 以上 。 随着 机组 容 量 的不 断增 加 , 锅 炉的高度不 断加高, 而汽轮机 的高度几 乎不变, 因此蒸 汽管 道就会 越 来 越 长 , 因此 热 损 失 与佣 损 失 均增加 。 表 1 0 管道效能计算结果 项 目 数值 主蒸汽管道热损失/ k W 主蒸汽管道媚损失/ k W 管道热损失 总计 / k W 管道媚 损失总计/ k W 再热蒸 汽冷段管道热损失/ k W 再热蒸汽冷段管道堋损失 / k W 再 热蒸 汽热段管 道热损失 / k W 再热蒸汽热段管道炯 损失/ k W 1 99 2 .9 83 3 8 89 .8 58 1 1 876 . 0 l 1 O6 4. 54 7 25 8 .7 89 4 4 62 .0 9 4 2 62 4 .2 67 2 71 2 .5 83 对于 降低 管道 的热损 失 , 可 以采取 增 加 保 温 的方 法来 予 以缓解 。但 是 对 于堋 损失 , 则 是 蒸 汽 在管 道 内流动 过程 中 因为摩 擦 、 节 流 等不 可 逆 过 程所 产生 的 , 几 乎 是 不 可 避 免 , 尤 其 是 对 于 主 蒸 汽管道 , 煽损失几乎是热损失的两倍。降低炯损 失最有效的方法是降低管道长度, 这或者需要汽 轮机抬 高[ 1 , 或者 需要 降低锅 炉顶 部高度C 1 2 3 。 不仅 如此 , 有 效 降低 蒸 汽 管 道 的 长 度 , 也 可 以较 大幅度地降低材料成本。 4 结 语 从 前 面 的分 析 中可 以看 出 , 采 用炯 分 析 的方 式更为科学合理 , 也更能分析 出系统需要节能的 环节 , 因此 , 在需 要 做进 一 步 优化 设 计 的 过程 中 , 首先应 该考 虑 系统 的炯 流 分布 。 从 煳分 析结 果 中可 以看 出 , 系统 炯 损 失 的 大 小 依次 是 传 热 堋 损 失 、 燃 烧炯 损 失 、 汽 轮机 内部 炯 损失 、 凝 汽器炯 损 失 、 发 电机 炯 损 失 、 排 烟煳 损 失 、 管道炯损失等。其中传热和燃烧炯损失是几 乎 不可 能立 即改 变 的现 状 , 减 少这 两 热 损 失有 赖 于 材料科 学 的发 展 。 因次 , 系统 的优 化 设计 应 该 遵循 这 降低其 他媚 损失 的方 向来展 开 。 降低管道 的炯 损失最有效 的方 法是降低蒸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 锅 炉 技术 第 4 4卷 汽 管道 的长 度 , 但 是 如 果 采 用 抬 高 汽 轮 机 的做 法 , 尽管 有效 , 但是 对 于汽 轮 机 的 防震 非 常 困难 , 因此从安 全性 的角 度 出发 , 将 汽 轮机 抬 高 的 方式 并 不可靠 。另一个 方 面就 是 降低 锅 炉 的 高度 , 但 是 锅炉 的炉膛 高度 需 要保 证 燃 煤 的充 分燃 烧 , 所 以炉膛 高度 不能太 低 , 因此 , 为 了解 决 这 一 问题 , 可 以考 虑采 用锅炉 下沉式 设计 的方式 _l 1 。 从 上面 的炯分 析 中看 到 , 系 统 总 的发 电效率 仅有 4 0 , 因此优化辅机系统 , 降低厂用电率也 是 降低 J堋 损 失 的另 一 个 重 要 措 施 。从 前 面 的 分 析来看 , 风 机 的效 率 较 低 , 给 水 泵 尽 管 采 用 小 汽 轮机驱 动 以后 不 影 响厂用 电率 的 大小 , 但 是 系 统 炯 效率 毕竟 不 高 , 而 且从 热 流 图 中可 以看 到 , 小 汽 轮机 也要 排 出大量 的热量 , 这 就 意 味着 增 加 了 系统 的热 耗 。所 以在 设 计 过 程 中需 要 详 细 的 比 较 和计算 。 参考 文献 [ 1 ]李斌 , 李建锋 , 吕俊复 , 等.我 国大 型循环流化床锅 炉机组运 行现状[ J ] .锅炉技术 , 2 0 1 2 , 4 3 1 2 2 2 8 . 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Th e r e s ul t s s ho w t ha t t h e e x e r g y l o s s e s o f t he c o mbu s t i on a n d he a t t r a ns f e r a r e t he l a r ge r e xe r gy l os s e s o f t wo a s p e c t s . The m e t ho ds t o r e d uc e t he e xe r g y l o s s e s of t he u ni t a r e i m p r ov i ng pa r a me t e r s o f s t e a m , r e du c i ng t e mpe r a t ur e o f e x ha u s t g a s, e nh a nc i ng t he e f f i c i e n c y o f p o we r pl a nt a ux i l i a r y e qu i p m e nt s a n d r e d uc i n g t he l e ng t h o f s t e a m p i pe s, e t c . K e y w o r ds 6 0 0 M W t he r ma l p owe r ge ne r a t o r s e t ; s u pe r c r i t i c a l ; e f f i c i e nc y d i a g no s i s; t h e r ma l e f f i c i e nc y a n a l y s i s; e xe r gy e f f i c i e nc y a na l y s i s l 欢迎来稿 欢迎订阅 ; g lj s s h a n g h a i e 1 e c t r i c . c 。 m ;、 ;、 ., 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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