600mw超臨界燃煤鍋爐?分析

1、第45卷第1期2014年1月鍋爐技術(shù)BOILERTECHN0L0GYVo145。NO1Jan，2014600MW超臨界燃煤鍋爐炯分析熊杰(上海鍋爐廠有限公司，上海200245)摘要：煤炭一直以來(lái)都是中國(guó)最主要的一次性能源，相應(yīng)地，燃煤鍋爐也占有電力市場(chǎng)絕大部分份額。燃煤鍋爐存在諸多能量損失途徑，能量轉(zhuǎn)換效率較低。系統(tǒng)地分析燃煤鍋爐的熱力性能非常必要。炯是熱力學(xué)第二定律中的一個(gè)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)。基于煳概

2、念，對(duì)某600Mw超臨界燃煤鍋爐模型進(jìn)行了詳細(xì)的炯分析，綜合考慮物理炯和化學(xué)媚，計(jì)算了系統(tǒng)的堋損失、燜耗散等參數(shù)，對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)、優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。關(guān)鍵詞：化學(xué)燜；炯損失；iS耗散中圖分類(lèi)號(hào)：TK2292文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—4763(2014)01—0014—040前言中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占一次能源供應(yīng)總量的63，這種情況還將在未來(lái)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。我國(guó)的發(fā)電裝機(jī)容量每年都以驚人的速度在增長(zhǎng)，而以煤炭為主要燃料的火電則是其中

3、的主要部分。截至2013年3月底，我國(guó)火電總裝機(jī)容量達(dá)到825億千瓦，占總發(fā)電裝機(jī)容量的7352％左右。對(duì)于占電力市場(chǎng)份額如此龐大的燃煤鍋爐，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的熱力性能分析、優(yōu)化很有必要。分析、優(yōu)化的結(jié)果可以指導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)化系統(tǒng)換熱效率、提高經(jīng)濟(jì)效益。熱力系統(tǒng)分析總體可以分為兩類(lèi)：基于熱力學(xué)第一定律和基于熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)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(xué)第二定律則更注重于能量的品質(zhì)，與此對(duì)應(yīng)

4、的是“熵增”、“燜”、“不可逆”、“損耗”等概念，因此基于熱力學(xué)第二定律的分析(也稱為炯分析)技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中的不可逆損失進(jìn)行分析以及量化，同時(shí)辨識(shí)系統(tǒng)中不可逆損失的原因和產(chǎn)生的部位，甚至對(duì)降低系統(tǒng)中的不可逆損失、系統(tǒng)優(yōu)化給出指導(dǎo)。因此，與熱力學(xué)第一定律相比，熱力學(xué)第二定律分析在熱力系統(tǒng)節(jié)能、優(yōu)化方面更具有價(jià)值。本文選取某600MW超臨界燃煤機(jī)組的鍋爐部分進(jìn)行詳細(xì)的煳分析，尋求系統(tǒng)改進(jìn)、優(yōu)化的途徑。而詳細(xì)的熱力計(jì)算數(shù)據(jù)是進(jìn)行炯分析的

5、前提，數(shù)據(jù)來(lái)源可以是鍋爐性能計(jì)算書(shū)、鍋爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)或利用仿真軟件得到。1炯分析方法煳是因?yàn)樗紤]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，煳可以總體分為兩類(lèi)：熱機(jī)械煳和化學(xué)熘。而熱機(jī)械煳又可以進(jìn)一步細(xì)分為物理煳、動(dòng)能燜以及勢(shì)媚。對(duì)于熱力系統(tǒng)而言，例如本文考慮的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，動(dòng)能煳和勢(shì)炯是可以不作考慮的，因此需要考慮的即物理炯和化學(xué)炯。本文在進(jìn)行炯計(jì)算時(shí)，綜合考慮物理炯和化學(xué)炯，同時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)中的物流，也根據(jù)它們包含的不同相態(tài)分

6、別進(jìn)行計(jì)算以得到更精確的結(jié)果。11燜的計(jì)算方法根據(jù)炯的定義可以知道，計(jì)算炳數(shù)值的前提是對(duì)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(zhǔn)組成成分。參考環(huán)境應(yīng)該與自然環(huán)境盡量相近?？紤]到本文研究的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，所選取的環(huán)境參數(shù)。的定義如表1所示：收稿日期：2013—06—17；修回日期：2013—0718作者簡(jiǎn)介：熊杰(1984)，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(jì)學(xué)方面的研究。學(xué)兔兔www.xuetu

7、tu.com鍋爐技術(shù)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(zhǔn)點(diǎn)，而水則是以0℃，101325kPa為基準(zhǔn)點(diǎn)。表2組分的單位焓、熵、吉布斯自由能以及化學(xué)炯數(shù)值組分o／(kJ(km0So／l[K)kJ~kmOgo／(rkJekm。CH／l(一kJOOO39351O24181OO9O25OllO53O3318O29684039572OOOOOO一394370—22859OO8657O一13715O

8、51328—3OO12O一37O95O0O691O739465O11649162O1O751866746235284218888878275354265562OO33062693423741259410531O16O24428422鍋爐模型鍋爐模型的流程示意圖見(jiàn)圖1。圖1鍋爐模型的流程示意圖本文所分析的鍋爐模型為某6OOMw超臨界鍋爐，一次再熱，蒸汽物性參數(shù)如表3所示，對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)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

9、包括：省煤器、水冷壁、輻射式過(guò)熱器、對(duì)流式過(guò)熱器、再熱器以及空氣預(yù)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(guò)對(duì)流式過(guò)熱器、再熱器和省煤器，提供熱量；另一方面，從給水加熱器出來(lái)的給水流經(jīng)省煤器、水冷壁、輻射式過(guò)熱器然后進(jìn)入對(duì)流式過(guò)熱器形成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽流經(jīng)高壓汽輪機(jī)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，然后流入到中壓汽輪機(jī)中繼續(xù)做功。表

10、3鍋爐蒸汽物性參數(shù)值參數(shù)數(shù)值過(guò)熱蒸汽59889℃，2424MPa，62599kg／s再熱蒸汽62111℃，451MPa23炯值計(jì)算結(jié)果鍋爐模型中使用燃煤(神華煤)的元素分析、工業(yè)分析、低位發(fā)熱量如表4中所示。同時(shí)計(jì)算得到此煤種的單位化學(xué)煙值為246866kJ／kg(ar)。結(jié)合圖1，根據(jù)以上介紹的煳計(jì)算方法和基本熱力學(xué)參數(shù)值，本分選取的鍋爐模型的煳值計(jì)算結(jié)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炯損分

11、析基于表5中的數(shù)據(jù)，可以對(duì)鍋爐模型進(jìn)行詳細(xì)的炯損分析]。分析計(jì)算得到的結(jié)果如表6所示。堋損可以分為兩類(lèi)：炯耗散(exergyde—struction，ED)和炯損失(exergyloss，EL)l】。燜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(jì)上的局限性所造成的；而炯損失通常是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，通常是排放到環(huán)境中的熱炯損失或者副產(chǎn)品中所包含的炯。從表6中的結(jié)果可以得到如下結(jié)論：爐膛是主要炯耗散部件，占總炯耗散的62左右