1 000 MW超超临界机组锅炉分析

谷俊杰,谭俊龙,冀乃良

（华北电力大学能源与动力工程学院,河北 保定 071003）

1 概述

分析法是以热力学第一和第二定律为基础的第二类热力学分析法。在物料衡算和能量衡算的基础上,计算各物流和能流的值,通过平衡,确定损失及其分布,找出损失或损耗的原因以及能量利用上的薄弱环节,从而为节能降耗、提高能量利用率指明正确的方向。

在电力系统中,利用分析法能够更加明确找到电厂中的能量损失,能够清晰了解能量中的传递、转换、利用和损失的情况。通过更具体分析电力设备的热力学完善程度,为电厂的效率优化提供重要的理论依据。

文中采用平衡原理,推导电厂锅炉的平衡方程,并应用定压加热时的平均温度来简化,从而更加容易分析损率的计算方法。通过某电厂的实际参数,分析整个锅炉的能量改变,从而计算机组实际的损率。计算多种负荷下的损率,并且相互比较,能够看出各负荷下的能量利用率,为优化能量利用提供了理论依据。

2 分析原理

平衡式（见图1）为

损失=（流入设备的物质+热量）-（流出设备的物质+与输出功量相当的机械）

对于可逆过程,体系没有损耗功,损失为零（∑Εx,D=0）,是守恒的。平衡方程为

对不可逆过程,体系有损耗功,损失大于零（∑Ex,D＞0）,是不守恒的。平衡方程为

图1 平衡式

以下将锅炉作为一个系统,进行分析。

2.1 平衡方程

锅炉的平衡式为

式中：m为流量,下标f,a,1,2,A分别代表燃料、空气、入口蒸汽、出口蒸汽和出口烟气。这里假设空气是在t0下进入锅炉的,认为ea=0,而Ev代表散热引起的外部损失流。

入口流量和出口流量相等,即m1=m2,m1为流进省煤器锅炉总的给水量;m2为从末级过热器出来的主蒸汽流量。

2.2 损率

锅炉损率方程式为

由式（6）可知,锅炉损率与锅炉效率、燃料流量、温度、低位发热量及平均热力学温度有关,其中最主要是求出定压加热时的平均温度Tz。

3 实例应用

3.1 锅炉参数

某电厂1 000 MW超超临界机组锅炉型号为DG3000/26.25-Ⅱ1。锅炉为采用对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构∏型布置的高效超超临界参数变压直流锅炉。

锅炉燃烧设计煤种为神府东胜烟煤,校核煤种1为50%神府东胜烟煤+50%澳大利亚蒙托煤,校核煤种2为山西晋北烟煤,锅炉除了燃烧设计煤种和校核煤种外,还能单独燃烧蒙托煤以及蒙托煤与晋北煤各占50%的混煤。锅炉在BRL工况下,使用设计煤种、校核煤种,保证热效率应不小于93.84%（按低位发热值）。其中环境温度为27℃时,排烟温度为119℃,额定工况下锅炉效率为94.32%。单位时间内燃煤质量为375.6 t/h。单位燃料的为ef=28 410 k J/kg。

3.2 参数计算

表1为锅炉蒸汽基本参数情况。

由表2可知,东胜烟煤的低位发热量ΔΗ= 21 271 kJ/kg;在292℃、7.65 MPa下,省煤器入口饱和水蒸气的焓值和熵值：h=2 764.26 kJ/kg, S=5.769 74 kJ/（kg·K）。同理在282℃、6.60 MPa下,h=2 778.26 k J/kg,S=5.845 16 kJ/（kg ·K）;在252℃、4.1 MPa下,h=2 801.10 kJ/ kg,S=6.060 7 kJ/（kg·K）。

进入锅炉汽水系统的工质主要包括经过高加的饱和水蒸气,及从汽机高压缸出来又进入再热器的过热蒸汽。

通过表3和IFC程序计算表1所对应的过热器出口焓值和熵值,又计算出省煤器入口处饱和蒸汽的焓值和熵值,整理后见表4和表5。

先在BRL工况下计算定压加热时平均温度：

表1 锅炉蒸汽基本参数

表2 煤种的低位发热量

表3 过热蒸汽参数

表4 过热器的焓熵值

表5 省煤器的焓熵值

环境温度为

同理,应用以上方法,可以得到：在75%BMCR工况下η′GB=55.00%;在50%BMCR工况下η′GB=55.13%。

4 结束语

由计算可知,此锅炉机组在BRL工况下的损率ηGB=53.89%,相比75%BMCR和50%BMCR负荷下的锅炉损率55%和55.13%有一定的减少,能够利用更多的能量,这主要是因为过热器和再热器出口温度及压力提高,使平均温度Tz增加所致;此外,锅炉效率达到94.32%,减少了能量损失,提高能量的利用率,从而提高了效率。

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