毕业论文（设计）锅炉内部热耗分摊方法及第二定律分析

1、锅炉内部热耗分摊方法及第二定律分析摘要：本文针对锅炉省煤器的作用及其热力学解释存在的不足，开展了锅炉系统内部热耗分摊方法的 研究，在此基础上开展了锅炉各受热面从燃料燃烧到工质吸热过程的第二定律效率分析。针对亚临界、 超临界、超超临界锅炉，进行了案例分析。结果表明，从燃料燃烧到工质吸热过程，省煤器的炯效率 最低，省煤器的概念名不副实。关键词：锅炉受热而，热耗分摊，烟效率，省煤器0引言尽管现代锅炉技术已经非常成熟了，但工质在锅炉内部各受热面的吸收热量折多少 热耗（或煤耗）却并未明确加以讨论；更重要的是，从燃料燃烧到各受热面工质吸热的第 二定律效率，更是不得而知，这对于火电机组机炉参数匹配和优化设计

2、非常的不利3。 有些疑问也不是很好解释，比如基于热力学第一定律，省煤器作为锅炉尾部受热面，其 任务是利用锅炉尾部烟气的热暈加热锅炉给水，降低排烟温度，减少排烟热损失，提高 锅炉热效率已。但事实是，随着机组参数的提高，锅炉给水温度显著提高，省煤器吸收 尾部低温热量、降低排烟温度而节能的条件越来越差，锅炉热效率不但没有降低，反而 提高了 （如表1所示），这说明针対锅炉省煤器的热力学第一定律分析存在理论上的缺陷。 再则，省煤器中烟气对工质的传热温差在锅炉各受热面中是最小的，理应由最高的第二 定律效率。而另一方面，工质在省煤器中吸热热力学平均温度是整个锅炉中最低的，即 从热能品质上讲是最差的，这对锅炉

3、第二定律效率必然产生不利影响。这些问题的出 现，缘于锅炉各受热血热耗分摊问题以及在此基础的第二定律分析不足造成的，因此本 文拟开展这一问题的研究，以期解决这一问题。表1不同参数型号锅炉给水温度和热效率5单位亚临界锅炉超临界锅炉超超临界锅锅炉给水温度°c278.3282300省煤器出口温度°c307337344锅炉热效率%929394.51锅炉热平衡分析假定为满足工质吸热量q严叫的要求，锅炉标准煤消耗量为q，则锅炉的热平衡 方程为：町 / + q = 2 + q + 工;0 =叫 + q + 绡 0（1）式中：疋为标准煤热值；多0为锅炉各种热损失之和；q为空气预热器回收的热量

4、。 则锅炉内部热平衡关系（热传递）如图1所示。图1锅炉内部热传递示意图锅炉热效率为:2锅炉热耗分摊方法工质在锅炉的吸热量就是锅炉输出的热产品g，可以分解为省煤器、水冷壁、屏 式过热器、高温过热器、低温再热器、低温再热器、高温再热器等各受热而的热产品之 和(ix)qb =工久=z di 叽,-h,n i)(3)每一个受热面的吸热量都是燃料热量的一部分。因此对应于各受热面的工质吸热量, 总有一定的燃料消耗量，可用下式计算。b、=氓=牛严)3锅炉烟平衡分析3. 1锅炉炯平衡分析锅炉炖平衡方程为：以沧=缶(1-/冗)+工：(5)式中，燃料的比炯(d)取为lkg标准煤燃料理论最大发电量，即j =疋 /

5、36(x) = 29307 / 3600 = &141 (kw h)/kg(6)q(l-%/冗)为锅炉热产品炯，其中元为工质在锅炉吸热的热力学平均温度，用 下式计算：routf out(7)qb = j n dh = £i tds=tbass工质在锅炉内吸热的嫡变为：s = db (几-味)+ d(h (吐-几)(9)其中q为锅炉主蒸汽流量，kg/h； %为锅炉主蒸汽爛值，kj/(kg.k)；抵为锅炉给 水燔值，kj/(kgk)；几为锅炉再热蒸汽流豊kg/h；心为再热蒸汽出口爛值,kj/(kg-k)； 几为再热蒸汽入口爛值，kj/(kg-k)o为实际生产过程各个环节不可逆性所

6、导炯损耗的总和。因此，锅炉畑效率可以表示为：_代余u0)显然，锅炉的烟效率不仅収认卡热效率，还収决于所生产的热能的品位。3. 2锅炉各受热面的烟效率锅炉各受热面吸热量eq,.,的热量炯可以用下式计算:eb,严他心-%/亍q因此，针对锅炉各受热面的热耗分摊所对应的燃料量，其烟效率为:c=.厂（17；/亍 bj）s,(12)(13)工质在各受热面内吸热的爛变为:s 严（仏-叽）（14）式中久为各受热面工质流量，kg/h；必血为受热面出口工质爛值，kj/（kgk）； 5inj 为受热面进口工质爛值，kj/（kg-k）03计算案例本文选取了亚临界、超临界、超超临界三种不同容量大小的电站锅炉，并对各个

7、受热面进行热耗分摊和炯效率计算。表2为这个三个锅炉机组的参数汇总。表2锅炉参数汇总表单位亚临界超临界锅炉超超临界锅过热蒸汽流量t/h202819133120过热蒸汽出口压mpa17.4825.426.15过热蒸汽出口温°c541571605再热蒸汽流量t/h1677.715842540.6再热蒸汽进口压mpa3.844.395.03再热蒸汽进口温°c323312356.3再热蒸汽出口压mpa3.664.24.83再热蒸汽出口温°c541569603给水温度°c278.3282300省煤器出口温度°c307337325排烟温度°c129

8、.5128124锅炉热效率%93.5692.9794.3烟效率%50.5451.7453.58锅炉的热力计算采用通用的计算标准和计算方法6",热耗分摊计算结果见表3、 表4和表5,各受热面的恍效率如图2所示。表3亚临界锅炉各受热面热耗分摊屏式过低温过末级过屏贰再末级再单位省煤器水冷壁热器热器热器热器热器gj/h3152189.5952.4566.6212.8437.4242.6kg/s3.1922.189.655.742.164.432.46吸热量 煤耗量001亚幅界铝炉趙临界谒炉0000000000987654321表4超临界锅炉各受热面热耗分摊单位省煤器水冷壁分隔屏 过热器末级过

9、 热器低温再热器末级再 热器吸热量gj/h536.22146.4790.2426.4682.6337.1煤耗量kg/s5.4721.888.064.356.963.44表5超超临界锅炉各受热面热耗分摊单位省煤器水冷壁屏式过 热器末级过 热器低温过 热器咼温再 热器低温再 热器吸热量gj/h372.923710.461032.00756.00524.39784.60659.50煤耗量kg/s3.7637.5210.447.645.307.936.67图2锅炉各受热面烟效率从热力学分析的角度而言，锅炉热产品品位越高，其惘效率越高。从图2看出， 除了低温再热器外，各个受热面的炯效率均随着机组参数的提

10、高呈上升趋势。对丁超临 界锅炉，低温再热器炖效率低于亚临界和超超临界锅炉，是由于锅炉内部热负荷分配中 低温再热器的进口温度较低（见表2）,造成其工质吸热平均温度较低的缘故。从图2还 可以看出，对于同一参数的锅炉，末级过热器和末级再热器的炯效率最高，其屮超超临 界锅炉末级过热器的炯效率达到了 61.02%。省煤器的畑效率最低，其中，亚临界的为 39.18%,超临界的为45.40%,超超临界为46.21%。这是市于省煤器位于锅炉烟道的末 端，其烟气平均放热温度最低，因此需重新认识省煤器的作用。表6不同参数型号锅炉省煤器参数计算表单位亚临界锅炉超临界锅炉 超超临界锅炉吸热量gj/h315523.23

11、72.92吸热量占比%6.1810.774.78吸热平均温度k565.53582.73586.57不可逆损失占比%1.082.150.64炯效率%44.2345.4046.21rfl表6可以看出，超超临界锅炉省煤器的吸热比例最小，吸热平均温度最高，不 可逆损失占比最小，烟效率最高。其次，这说明机组参数提高，省煤器可发挥的作用越 不明显。省煤器在锅炉各个受热面中炯效率最低，严重制约锅炉炯效率。因此省煤器完 全不必成为锅炉的必要受热面，去掉省煤器，使省煤器的工质吸热段进入给水回热加热 系统，让空预器吸收更多的烟气余热以维持烟温不变，进入炉膛的风温变高，锅炉燃烧 特性可因此得以改善，不完全燃烧热损失

12、和飞灰含碳量等均会随z降低，从而提高锅炉 热效率。4结论本文提岀了锅炉内部各受热面的热耗分摊方法，并针对我国电力行业广泛应用的亚 临界、超临界和超超临界锅炉进行了计算。根据热力学第二定律，开展各受热面的炯分 析，结果表明，省煤器的烟效率在锅炉各受热面屮最低，高温过热器和高温再热器最高。 因此，锅炉省煤器的作用需要重新加以认识。参考文献1 周少祥,宋之平.论能源利用的评价基准j.工程热物理学报.2008, 29(8)： 1267-1271zhou shaoxiang, song zhiping on cvaluation rcfcrcncc of energy utilizations j jo

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