全厂热平衡试验锅炉部分的研究

陈晓龙，宋大勇，薛永锋，刘思彤

(国电科学技术研究院有限公司 清洁高效燃煤发电与污染物控制国家重点实验室，南京 210046)

0 引 言

近几年,国家对燃煤电厂节能工作的要求越来越高，电厂迫于政策要求，加之各机构节能量计算方法也不统一，导致相同的机组煤耗在行业生产、管理、经营、机组改造、招投标时采用的计算方法、分析手段、结论不尽相同，给项目的评估、管理造成一定程度的混乱，给节能改造的决策造成一定的难度[1]。

研究电站锅炉热平衡的目的和意义，就在于更准确、更规范地弄清燃料中的热量，有多少被锅炉有效利用，有多少变成热损失，以及热损失分别表现在哪些方面，以便判断锅炉设计和运行水平，进而寻求提高锅炉经济性的有效途径。同时，锅炉热平衡试验也是全厂热平衡的组成部分，可以作为机组节能改造工作的重要依据[2]。

1 锅炉热平衡试验要求

1.1 全厂锅炉热平衡试验的定义

以火力发电厂为对象，按照热力学第一定律，在规定的平衡期内和火力发电厂锅炉热平衡系统的边界内，对全厂锅炉热力系统总的热量输入、输出及损失之间的数量关系进行平衡。

1.2 锅炉热平衡边界

电站锅炉机组热平衡系统边界内设备包括带循环泵的汽水系统、带磨煤机的制粉系统、燃烧设备、脱硝装置、空气预热器、烟气再循环风机及冷渣器(冷渣水热量有效利用)等。暖风器、送风机、引风机、冷一次风机、高压流化风机、密封风机、冷却风机、冷却水泵、油加热器、脱硫剂供给系统、供氨系统等为系统外设备。

在特殊情况下，经协商也可更改上述系统界限，但应修改相应的测试项目和计算方法。

1.3 试验要求

电站锅炉热平衡试验主要根据GB/T 10184—2015《电站锅炉性能试验规程》[3]的规定进行测试。在此基础之上，锅炉热平衡试验要求：有分炉的电厂应先分炉测试，后统计全厂；各类数据按照标准DL/T 606—2014《火力发电厂能量平衡导则第3部分：热平衡》[4]的要求整理成平衡期的累计量和平衡期的加权平均值；在机组满负荷和最低运行负荷之间，应选择不少于3个典型负荷点，在平衡期内完成机组的锅炉热平衡试验。

2 全厂锅炉热平衡试验方法

2.1 锅炉热效率计算

在平衡期内单台锅炉热效率可分为锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率。锅炉正平衡热效率可以通过在测试过程中直接测量和计算锅炉有效利用热、燃料消耗量以及燃料低位发热量等方面确定。锅炉反平衡热效率可以通过试验测出锅炉的各项热损失得出。锅炉热效率测定试验依据GB/T 10184—2015《电站锅炉性能试验规程》中有关规定及说明进行。通常采用反平衡方法测定锅炉热效率。锅炉反平衡热效率计算式为

η=100-(q2+q3+q4+q5+q6+qoth)

(1)

式中：η为锅炉热效率，%；q2为热效率计算排烟热损失，%；q3为热效率计算可燃气体未完全燃烧热损失，%；q4为热效率计算固体未完全燃烧热损失，%；q5为热效率计算锅炉散热损失，%；q6为热效率计算灰、渣物理显热损失，%；qoth为热效率计算其他热损失，%。

2.2 平衡期内单台锅炉热效率和热损失的确定

根据单台锅炉在平衡期内出现的各种负荷，查该锅炉的特性曲线或根据锅炉实际热平衡测试数据结果按式(2)和式(3)所示计算。

(2)

(3)

式中：qdl,i为平衡期单台锅炉i项热损失，%；ql,i,n为对应第n负荷级下的i项热损失，%；Dfh,n为锅炉第n负荷级下的累计蒸发量，t；N为平衡期内出现的负荷级个数；ηgl为平衡期内单台锅炉热效率，%；ηl,n为对应第n负荷级下的锅炉热损失，%。

2.3 计算全厂锅炉热效率及各项热损失

以各台锅炉在平衡期内的累计蒸发量为权数，根据式(4)和式(5)加权计算全厂锅炉热效率和各项热损失。

(4)

(5)

式中：qcl,i为平衡期内全厂锅炉i项损失，%；qdl,i,m为平衡期第m台锅炉i项热损失，%；Dsc,m为平衡期内第m台锅炉的累计蒸发量，t；M为平衡期内全厂运行锅炉台数；ηcgl为平衡期内全厂锅炉热效率，%；ηgl,m为平衡期第m台锅炉热效率，%。

3 全厂锅炉热平衡试验结果分析

3.1 试验结果

利用上述分析计算方法,选取2019年9月为某热电厂试验热平衡期。通过试验，得到1号锅炉和2号锅炉在162.5 MW负荷、187.5 MW负荷、225 MW负荷、275 MW负荷、325 MW负荷下锅炉热效率及各项热损失,计算结果见表1、表2。

表1 1号锅炉热效率及各项热损失计算结果

表2 2号锅炉热效率及各项热损失计算结果

试验结果表明，在试验工况下，随着机组负荷下降，排烟温度下降，但受排烟氧量升高的影响，干烟气热损失随负荷降低总体呈升高趋势;另外，表面辐射和对流的热损失也随着负荷降低，呈现增加趋势。综合对比，实测锅炉热效率随负荷下降总体呈下降趋势。

3.2 锅炉热效率变化特性确定

根据2台机组在162.5 MW负荷、187.5 MW负荷、225 MW负荷、275 MW负荷、325 MW负荷时得到的锅炉热效率，拟合得到锅炉热效率与功率变化关系曲线，见图1。

图1 锅炉热效率与功率的关系

通过图1曲线(虚线)，拟合得到1号锅炉热效率与发电机端功率曲线方程式：

6.4073×10-3×Nt+92.65

(6)

式中：Nt为实测发电机功率，MW。

由式(6)计算得到1号锅炉在194.73 MW负荷(2019年9月平均负荷)时，锅炉热效率为92.25%。

通过图1曲线(实线)，拟合得到2号锅炉热效率与发电机端功率曲线方程式：

4.742×10-2×Nt+85.85

(7)

由式(7)计算得到2号锅炉在188.06 MW负荷(2019年9月平均负荷)时，锅炉热效率为91.85%。

3.3 平衡期内锅炉各项指标确定

经2019年9月对某热电厂2台锅炉的试验及统计，分别得到各项损失及锅炉热效率。平衡期内锅炉热效率见表3。

表3 平衡期内锅炉热效率汇总表

通过试验得到平衡期内1号锅炉热效率为92.29%，2号锅炉热效率为91.73%，全厂锅炉热效率为92.02%。

在计算锅炉热效率的过程中，可以通过调整锅炉主要参数来了解该参数变化对锅炉热效率的影响幅度[5]，从而为电厂提供参考。对锅炉热效率影响较大的因素包括排烟温度、收到基低位发热量、排烟处氧含量、基准温度、入炉煤质(收到基发热量、收到基碳含量等)和环境条件(基准温度、空气含湿量和大气压力)等。在锅炉运行中，电厂比较注重通过燃烧优化、设备检修和改造等手段提高锅炉热效率、降低供电煤耗。因此，对锅炉热效率有一定影响的可控因素成为电厂重点监控对象[6-10]。

3.4 全厂锅炉热平衡图的制定

根据平衡期中对各单台机组的效率试验及各项数据统计，绘制全厂的锅炉热平衡图，见图2。

图2 锅炉热平衡图

4 结 语

以某热电厂超临界锅炉典型试验为例，详细介绍了全厂锅炉热平衡试验数据的整理和计算过程。通过2台机组分别在162.5 MW、187.5 MW、225 MW、275 MW和325 MW负荷点下的热力性能试验，得到机组锅炉热效率等机组特性参数，并拟合得到2台机组锅炉热效率的特性曲线。通过2019年9月机组实际运行参数，最终得到全厂锅炉热效率，绘制出全厂锅炉热平衡图。研究表明，锅炉热平衡试验能够准确地掌握燃料中的热量利用率和损失率，有助于对锅炉设计和运行水平的判断，对火力发电厂节能改造工作有重要意义。