600 mw超臨界燃煤鍋爐(火用)分析

1、第45卷第1期2014年1月鍋爐技術V0145。No1BOILERTECHNoLOGYJan2014600MW超臨界燃煤鍋爐燜分析熊杰(上海鍋爐廠有限公司，上海200245)摘要：煤炭一直以來都是中國最主要的一次性能源，相應地，燃煤鍋爐也占有電力市場絕大部分份額。燃煤鍋爐存在諸多能量損失途徑，能量轉換效率較低。系統(tǒng)地分析燃煤鍋爐的熱力性能非常必要。堋是熱力學第二定律中的一個重要概念，它不僅能反映能量的數(shù)量，更能反映能量的品質(zhì)?；诰几拍?/p>

2、，對某600MW超臨界燃煤鍋爐模型進行了詳細的燜分析，綜合考慮物理炯和化學燜，計算了系統(tǒng)的炯損失、炯耗散等參數(shù)，對鍋爐的設計、優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。關鍵詞：化學炯；炯損失；媚耗散中圖分類號：TK2292文獻標識碼：A文章編號：1672—4763(2014)01—0014—040前言中國的能源結構中，煤炭占一次能源供應總量的63％，這種情況還將在未來持續(xù)很長時間。我國的發(fā)電裝機容量每年都以驚人的速度在增長，而以煤炭為主要燃料的火電則是其中的

3、主要部分。截至2013年3月底，我國火電總裝機容量達到825億千瓦，占總發(fā)電裝機容量的7352％左右。對于占電力市場份額如此龐大的燃煤鍋爐，對其進行詳細的熱力性能分析、優(yōu)化很有必要。分析、優(yōu)化的結果可以指導系統(tǒng)的設計、強化系統(tǒng)換熱效率、提高經(jīng)濟效益。熱力系統(tǒng)分析總體可以分為兩類：基于熱力學第一定律和基于熱力學第二定律。熱力學第一定律基于能量和質(zhì)量的守恒，僅考慮了能量的數(shù)量而忽視了能量的品質(zhì)。熱力學第二定律則更注重于能量的品質(zhì)，與此對應的

4、是“熵增”、“煳”、“不可逆”、“損耗”等概念，因此基于熱力學第二定律的分析(也稱為燜分析)技術能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的不可逆損失進行分析以及量化，同時辨識系統(tǒng)中不可逆損失的原因和產(chǎn)生的部位，甚至對降低系統(tǒng)中的不可逆損失、系統(tǒng)優(yōu)化給出指導。因此，與熱力學第一定律相比，熱力學第二定律分析在熱力系統(tǒng)節(jié)能、優(yōu)化方面更具有價值。本文選取某600MW超臨界燃煤機組的鍋爐部分進行詳細的燜分析，尋求系統(tǒng)改進、優(yōu)化的途徑。而詳細的熱力計算數(shù)據(jù)是進行堋分析的前

5、提，數(shù)據(jù)來源可以是鍋爐性能計算書、鍋爐實際運行數(shù)據(jù)或利用仿真軟件得到。1燜分析方法堋是因為所考慮的系統(tǒng)與環(huán)境存在不平衡造成的，而根據(jù)不平衡的方式，煙可以總體分為兩類：熱機械媚和化學燜。而熱機械燜又可以進一步細分為物理炯、動能J堋以及勢煳口]。對于熱力系統(tǒng)而言，例如本文考慮的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，動能炯和勢燜是可以不作考慮的，因此需要考慮的即物理燜和化學炯。本文在進行堋計算時，綜合考慮物理煳和化學燜，同時，對于系統(tǒng)中的物流，也根據(jù)它們包含的不同相

6、態(tài)分別進行計算以得到更精確的結果。11炯的計算方法根據(jù)燜的定義可以知道，計算J堋數(shù)值的前提是對參考環(huán)境的定義，不僅是環(huán)境的溫度、壓力等，還包括環(huán)境的基準組成成分。參考環(huán)境應該與自然環(huán)境盡量相近。考慮到本文研究的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的特點，所選取的環(huán)境參數(shù)[z]的定義如表1所示：收稿日期：2013—06—17；修回日期：2013—07—18作者簡介：熊杰(1984一)，男，主要從事熱力系統(tǒng)流程仿真、熱力性能分析、環(huán)境熱經(jīng)濟學方面的研究。萬方數(shù)據(jù)鍋

7、爐技術第45卷及吉布斯自由能的數(shù)值參考值。氣態(tài)和固態(tài)物質(zhì)是以25℃，101325kPa為基準點，而水則是以0℃，101325kPa為基準點。表2組分的單位焓、熵、吉布斯自由能以及化學炯數(shù)值組分：moIo／(kfl)J(kmso。／lEK)kJ_1]kgmo／。(1k_1)J“ekCmH／。l(_1)MOOO一393510一241810O90250一11053033180一296840—395720OOO00—394370一228590O

8、86570—13715051328—300120——3709500022鍋爐模型鍋爐模型的流程示意圖見圖1。一◆棼一本文所分析的鍋爐模型為某600Mw超臨界鍋爐，一次再熱，蒸汽物性參數(shù)如表3所示，對應的簡易流程圖如圖1所示。鍋爐模型主要分為爐膛和換熱部件。換熱部件包括：省煤器、水冷壁、輻射式過熱器、對流式過熱器、再熱器以及空氣預熱器。燃煤在氧氣的助燃下，在爐膛里面燃燒，燃燒產(chǎn)生大量的輻射熱和煙氣，煙氣從爐膛里流出，依次經(jīng)過對流式過熱器、

9、再熱器和省煤器，提供熱量；另一方面，從給水加熱器出來的給水流經(jīng)省煤器、水冷壁、輻射式過熱器然后進入對流式過熱器形成高溫高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽流經(jīng)高壓汽輪機做功后(有部分抽氣到給水加熱器中加熱給水)返回到再熱器中被加熱成再熱蒸汽，然后流人到中壓汽輪機中繼續(xù)做功。表3鍋爐蒸汽物性參數(shù)值參數(shù)數(shù)值過熱蒸汽59889℃，2424MPa，62599kg／s再熱蒸汽62111℃，451MPa23燜值計算結果鍋爐模型中使用燃煤(神華煤)的元素分析、工

10、業(yè)分析、低位發(fā)熱量如表4中所示。同時計算得到此煤種的單位化學媚值為246866kJ／kg(ar)。結合圖1，根據(jù)以上介紹的煳計算方法和基本熱力學參數(shù)值，本分選取的鍋爐模型的煳值計算結果綜合在表4中。表4神華煤種工業(yè)分析，元素分析以及低位發(fā)熱量值(收到基)24燜損分析基于表5中的數(shù)據(jù)，可以對鍋爐模型進行詳細的煳損分析口7]。分析計算得到的結果如表6所示。炯損可以分為兩類：熘耗散(exergyde—struction，ED)和炯損失(exe

11、rgyloss，EL)Llj。炯耗散是部件或者系統(tǒng)中存在的不可逆所引起的，也是由于熱力或經(jīng)濟上的局限性所造成的；而炯損失通常是針對整個系統(tǒng)而言，通常是排放到環(huán)境中的熱燜損失或者副產(chǎn)品中所包含的炯。從表6中的結果可以得到如下結論：爐膛是主要堋耗散部件，占總炯耗散的62％左右，換熱器占35％左右，其余部件的燜耗散所占比率較小。而換熱部件中，水冷壁和輻射式過熱器是主要的炯耗散部件。整個鍋爐系統(tǒng)的炯效率為4793％。汀∞托蟠Ⅲ他m∞m瑚塒州燦善