(火用)效率在电站锅炉方面的分析.doc

(火用)效率在电站锅炉方面的分析 作 者 ： 刘世宏 学 号 ： 0804110017 指导老师 ： 徐桂转 院 系 ： 机电学院热动一班关键词： 电站锅炉；（火用）损失；（火用）效率；热量平衡析。摘 要：通过对电站锅炉进行（火用）分析，得出了锅炉的（火用）效率及其各部位、各过程的（火用）损失大小，并把所得到的结果与锅炉热量平衡分析得到的结果进行了对比，发现锅炉的（火用）损失主要包括燃烧过程的（火用）损失和传热过程的损失，这就为进一步提高锅炉的效率指明了方向，即主要从燃烧、传热过程人手，通过富氧燃烧、提高蒸汽初参数等方法来减小锅炉的煤耗。 正 文前言众所周知，能源问题已是当今世界瞩目的重要课题，能源的短缺促使人们的节能意识迅速提高，除了认真研究和大力开发各种新的能源资料外，还把合理用能即节能工作放在了重要的地位，而做好耗能设备的节能工作显然是非常重要的。电站锅炉是火力发电厂的主要耗能设备，因此，对电站锅炉进行节能分析，具有十分重要的意义。 目前，热平衡方法被广泛应用于电站锅炉，它从能量的数量方面分析能量的利用情况。随着科学技术的发展，一种更准确揭示锅炉热利用的方法一一（火用）分析方法开始应用于电站锅炉。它从能量的量和质两个方面分析能量的利用情况。与热平衡分析方法相比较，（火用）平衡分析方法不但能反映电站锅炉的外部损失如排烟、散热等损失，而且能揭示能量转换利用过程的内部损失，即不可逆过程损失。此外，（火用）平衡分析法可以较为完善的分析电站锅炉中各受热面的能量利用情况。因此。采用（火用）分析方法可以更完善、更具体的衡量电站锅炉的热力学完善程度，准确的揭示系统中损失最大的环节或过程，为节约能源提供目标及对策。1 电厂锅炉（火用）效率的计算方法 在用（火用）方法分析锅炉效率时把锅炉的（火用）损失分为外部（火用）损失和内部（火用）损失，其中外部（火用）损失是指系统工质排离系统时所损失的（火用），包括：排烟（火用）损失 、化学未完全燃烧（火用）损失、物理不完全燃烧（火用）损失、散热（火用）损失 和灰渣（火用）损失；内部（火用）损失是指由于系统内部各过程不可逆所造成的（火用）损失，主要包括：燃烧过程的（火用）损失 、传热过程的（火用）损失。在进行计算时，均以1kg燃料为基础, = 100% (1)式中：表示燃烧1 kg燃料所产生的各项女用损失占燃料提供 给锅炉的（火用）的百分比。其中为1 kg燃料提供给锅炉（火用）。1.1 1 kg燃料提过给锅炉的（火用） 假定所供给的燃料和空气的温度均为环境温度，对于固体燃煤锅炉来说，l kg燃料提供给锅炉的（火用）即为lkg燃料的化学（火用） =+2438 （2） 式中: -燃料收到基的低位发热量； 2438 -水的汽化潜热； 燃料收到基的水分。1.2 锅炉有效利用的（火用）锅炉有效利用的（火用）主要是指锅炉过热蒸汽和再热蒸汽的（火用）增 =（-）+（-）/B (3)式中:锅炉的过热蒸汽流量； 锅炉的再热蒸汽流量； B锅炉的燃煤量； 过热器出口处过热蒸汽的（火用） ； 给水的（火用）； 再热器出口处再热蒸汽的（火用）； 再热器入口处蒸汽的（火用） =（-）-（-） （4）式中：过热蒸汽的比焓； 工质在环境温度下的比焓； 过热蒸汽的比熵； 工质在环境温度下的比熵。 = （ - ）-（-） （5）式中：给水的比焓； 给水的比熵。 =（-）-（-） （6）式中：给水的比熵。 再热器出口处蒸汽的比熵。 =（-）-（-） （7）式中：再热器入口处蒸汽的比焓； 再热器人口处蒸汽的比熵。1.3 排烟（火用）损失 排烟（火用）损失是指排人大气的烟气的物理（火用）。排烟的主要成分包含：RO、N 、H O及飞灰。 燃料燃烧所需的理论空气量以及燃烧形成理论烟气中的理论氮气体积、RO 体积、水蒸汽体积分别为 =0.0889（+0.375）+0.265-0.0333（8） =0.8+0.79 (9) =1.86 + 0.7 (10) =11.+1.24+0.0161 （11）理论烟气的焓为 =(ct+(ct)+(ct) (12)式中：（ct）、（ct）、（ct）分别为三原子气体、氮气、水蒸气在t 时的焓值，其中由于，且两者的比热容比较接近，所以取（ct）=（ct） 。理论空气的焓的为 =(ct） （13）式中：(ct）1 m。干空气连同其携带的水蒸气在温度t 时 的焓。飞灰的焓为 = （ct） （14）式中：（ct） 1kg灰在f 时的焓值； 飞灰中灰分的份额。则实际烟气的焓为 =+（ - 1） + （15）由上可得烟气的物理（火用）为 =（）-（）（1-ln） （16） =100% （17）1.4 化学未完全燃烧（火用）损失 化学未完全燃烧用损失是由于燃料在燃烧过程中所生成的一部分残留在烟气中的可燃气体未完全燃烧所造成的，即损失了这部分可燃气体的化学（火用），它与这部分可燃气体燃烧产生的热量相等，即等于锅炉的化学未完全燃烧热损失 = （18）式中：1 kg燃料输入锅炉的热量，为燃料收到基的低位发 热量； 锅炉化学未完全燃烧热损失占锅炉 输入热量的百分比。由已知的数据，即可得出和 。1.5 物理未完全燃烧 用损失 物理未完全燃烧*用损失是由残余的可燃固体，主要是残余的固体碳造成的，即损失了这部分碳的化学用，它与这部分碳燃烧产成的热量相等，即等于锅炉的物理未完全燃烧热损失。 = （19）式中：锅炉物理未完全燃烧热损失占锅炉输入热量的百分 比。由已知的数据，即可得出 和。1.6 散热（火用）损失 散热（火用）损失是由于锅炉运行中锅炉表面炉墙温度高于周围环境温度，以辐射、对流的传热方式传给周围环境热量而损失的热量（火用） =() （20）式中：锅炉的散热热量，； 锅炉散热热损失占锅炉输人热量的百分比； 锅炉壁面的平均温度。 = （21）式中：、锅炉内外壁的温度。 =100% （22）1.7 灰渣的（火用）损失 灰渣的（火用）损失是指排出炉膛的灰渣所具有的物理（火用）。灰渣损失的热量为 = （23）式中：锅炉灰渣热损失占锅炉输入热量的百分比。灰渣的熵变为 s-= （24）则灰渣损失的（火用)为 = (25) 100% (26)1.8 燃烧过程的（火用）损失， 燃烧过程的（火用）损失是指由于燃烧过程的不可逆性所引起的（火用）损失。锅炉中燃料的燃烧并不是绝热燃烧即燃料的化学能并没有全部转换为烟气的热能，而是有一部分因为物理未完全燃烧、化学未完全燃烧、散热和灰渣而损失掉了，同样，燃料的化学（火用）除了转换为烟气的物理用和因燃烧的不可逆而损失的（火用）外也有一部分被物理未完全燃烧、化学未完全燃烧、散热和灰渣损失掉了，因此燃烧过程的（火用）损失可记为 = （27）式中：燃烧温度下烟气的物理（火用）。 = (28)式中：，燃烧温度和环境温度下烟气的焓。 100% （29）1.9 传热过程的（火用）损失 锅炉传热过程的甩损失是由于传热过程的不可逆性所引起的（火用）损失=- （30） 100% （31）1.10 锅炉的（火用）效率 锅炉的（火用）效率为锅炉有效利用的（火用）与燃料提供给锅炉的（火用）的比值 =100% （32）2 实例分析 应用以上所得出的（火用）分析方法，分别对200MW、3()()Mw、6O0 Mw 、1 OO0 Mw 机组的锅炉进行实例计算分析。表1为分别用（火用）平衡法和热量平衡法计算不同容量锅炉的效率时，锅炉各项（火用）损失、热损失及效率的比较。表1用不同计算方法计算锅炉效率时的各项热损失百分数和（火用）损失百分数 按（火用）平衡法损失项200MW300 MW600MW1000MW物理未完全燃烧损失1.482.490.451.02化学末完全燃烧损失0.490.300.810.31排烟损失1.050.731.040.69散热损失0.160.100.090.09灰渣损失0.061.100.460.19燃烧过程损失38.8237.0741.9841.48传热过程损失11.139.275.633.01锅炉效率46.8148.9449.5453.21 按平衡热量法 损失项200MW300 MW600MW1000MW物理未完全燃烧损失1.502.500.821.03化学末完全燃烧损失0.500.300.460.13排烟损失6.164.884.974.31散热损失0.300.190.170.17灰渣损失0.081.540.650.26燃烧过程损失传热过程损失锅炉效率91.4690.5992.9393.92 通过表1可以看出： (1)锅炉的 用效率一般都在5O左右，锅炉的（火用）损失主要是锅炉的内部用损失，而外部（火用）损失较小，这是因为锅炉外部各项损失的热量质量较差，做功能力不强。(2)锅炉的热效率一般都达到了90以上，从表面上看其效率已经很高了，但是它只考虑了热量转换的数量，并没有考虑到热量质量的高低以及由于锅炉内部各项过程的不可逆所造成的热量质量的下降。(3)随着锅炉容量和蒸汽初参数的增大，其（火用）效率也增大。3 结论 通过对锅炉的（火用）效率进行分析发现，锅炉主要的（火用）损失是锅炉燃烧过程的甩损失和传热过程的（火用）损失，因此，要想进一步提高锅炉的效率，减小锅炉的煤耗，就必须主要从燃烧、传热这两过程人手，尽量减少其（火用）损失。减小燃烧过程的（火用）损失可通过提高燃烧温度来实现，具体措施有： (1)增加空气预热器的换热面积，提高预热空气的温度，同时也减小了排烟（火用）损失。但换热面积愈大，金属耗量就愈大，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置，因此在提高预热空气的温度时要尽量达到机组的最佳经济性； (2)尽可能减小过量空气系数，向10靠近，在减小过量空气系数的同时还要注意煤粉和空气的充分昆和； (4)选择合理的燃烧器结构，减少通风阻力，避免偏烧现象； (5)进行富氧燃烧。在提高燃烧温度的同时还要注意避免炉膛的结渣。减少传热过程的用损失，即减小它的不可逆性，就是要减小传热过程的熵增，通过降低烟气的平均放热温度、增加炉水的平均吸热温度、减小传热量都可以使其熵增减小，但是降低烟气的平均放热温度会在减少传热过程的用损失的同时增加燃烧过程的用损失，所以一般应用后两种方法。增加炉水的平均吸热温度： (1)提高锅炉的给水温度，采用多级给水回热系统，对于一些大型超临界、超超临界机组要采用双列高压加热系统； (2)提高蒸汽初参数，使主蒸汽的参数向超临界、超超临界发展；(3)采用二次再热。减少传热量： (1)采用整体煤气化燃气一蒸汽联合循环(IGCC)： (2)采用磁流体一蒸汽联合循环技术也可以减少烟气与炉水的传热量进而减少传热过热的（火用）损失，而且该技术所要求的燃烧温度较高，也减少了燃烧过程的（火用）损失。参考文献：1沈维道，童钧