電廠鍋爐單耗分析模型及其應用

袁斌

摘 要：鍋爐作為電廠不可或缺的能量轉化設備，是將燃料的化學能轉化為熱能的重要設備，但鍋爐在工作過程中也會發生熱量消耗。按照單耗分析理論，建立與電廠鍋爐單耗相適應的模型，并將其運用于鍋爐單耗分析中，能夠在很大程度上起到提高電廠發電機組發電效率的效果。

關鍵詞：鍋爐；單耗分析；模型；應用；效率

引 言：電廠對我國經濟社會的快速發展發揮了重要的作

用，鍋爐是發電廠三大主要設備中重要的能量轉換設備。它的作用是將燃料的化學能轉變為熱能，并利用熱能加熱鍋內的水使之成為具有足夠數量和一定質量（氣溫、氣壓）的過熱蒸汽，供汽輪機使用。[1] 但是，鍋爐在運行過程中會發生能量損耗，傳統的損耗分析由于存在諸多不足，無法完整地將省煤器在鍋爐能源利用中所發揮的作用充分體現出來，難以為鍋爐與機組的參數匹配提供有益參考，已經無法滿足我們如今的需要。這就要求我們再充分研究單耗分析理論的基礎上，探討電廠鍋爐的不可逆損耗和分布規律，并為發電機組節能提供有效的途徑。

一、單耗分析理論知識簡介

單耗分析理論是華北電力大學的教授宋之平提出來的，根據熱力學第二定律，所有的熱力學過程均會產生熵產，且這一過程是不可逆的，不可逆損失與熵產之間呈明顯的正相關關系。單耗分析是建立在火用和火用經濟學基礎上的一種能量系統分析理論和方法，以產品單耗作為主要評價指標，分析單耗的構成及其分布和變化。眾所周知，不可逆損失量與附加燃料的消耗量是相互對應的，在這一基礎上通過將數量關系式兩邊同除P. ef就得到了產品生產過程的單耗分析模型。事實上，在實踐中我們如果知道某一產品的實際燃料單耗，通過公式我們就能在不對能源生產系統、利用系統進行深入細致分析的基礎上特別方便地算出某種產品的火用效率，這使得第二定律更好地服務于能源利用的分析統計之中，也使人們進一步認識到了這一定律的內在價值。

二、單耗分析理論在電廠鍋爐運行中的應用

對于電廠的熱力系統而言，也可應用公式進行火用效率和熱效率的計算。通過對公式進行深入分析和變形，我們不難得出實際燃料單耗與鍋爐火用效率之間的關系，從而得出鍋爐的火用效率不僅與熱效率有關，也與熱能產品的品位關系密切。特別是某些再熱循環的鍋爐，如果該鍋爐與機組之間具備匹配的參數，那么對于提升鍋爐的火用效率具有十分明顯的作用。

三、電廠鍋爐的單耗分析

依據單耗分析理論，鍋爐輸出的熱產品為工質吸熱量，這一數據實際上是鍋爐省煤器、過熱器、水冷壁、低溫過熱器、高溫過熱器以及低高溫再熱器各個受熱面所產生的熱產品總和。但是，我們必須強調一下亞臨界及以下參數的鍋爐，由于它存在汽化吸熱過程，故而需要對水冷壁吸熱過程加以修正。在鍋爐運行過程中，因鍋爐的熱效率不會受到空氣預熱器回熱熱量的影響而改變，因此，鍋爐的熱效率就能夠通過正反平衡核實的方式進行滿足。在進行鍋爐設計時，絕熱燃燒溫度是一個十分重要的參數，它主要受燃料特性的制約，在假設鍋爐內的燃燒環境處于最佳狀態時，所有被燃燒的燃料所釋放的熱量全部被吸收，這樣就會產生一個關于絕熱燃燒的熱平衡公式，從而得出燃燒得到的熱量遠遠大于釋放的熱量的結論。但實際上，鍋爐在燃燒的同時也在進行放熱，且放熱的溫度較之絕熱燃燒溫度偏低，這也恰恰說明燃燒所產生的絕大部分熱量都被工質吸收了，還有一部分被空氣吸收，另一小部分熱量發生了損失。根據單耗分析理論，工質吸熱量Qb是鍋爐的熱產品，空氣預熱器內空氣吸熱量Qa只是鍋爐內部會熱，不是鍋爐供出的熱產品，這與其不改變鍋爐熱效應相對應。

但由于鍋爐進行燃料燃燒過程中，內部的熱量在傳遞過程中也會產生損耗，即火用損耗。如果想得到電廠鍋爐的單耗分析結果，就需要我們對鍋爐所有受熱面的不可逆性所產生的燃料單耗貢獻率進行分析，根據單耗分析理論和第二定律，筆者針對性地得出了與電廠鍋爐單耗分析相適應的模型，目前，單耗分析模型已經運用于多個1000MW發電機組鍋爐，它能夠將鍋爐不可逆損失的分布情況和不可逆損失的大小進行提示，從而幫助電廠工作人員在節能設計時提供有益參考和借鑒。

結束語：總之，單耗分析理論的應用和單耗分析模型的建立，更加全面、準確地將省煤器尾部余熱進行燃料分攤，避免了傳統的火用分析的缺陷型。同時，通過研究分析得知，鍋爐必備的受熱面不一定包含省煤器，這樣就能在一定程度上開展更加廣泛地進行發電機組與鍋爐參數優化配置，是提高電廠發電機組工作效率的有力保證。此外，這一理論和模型的應用，能夠有效杜絕鍋爐中省煤器失效事故的發生，這無疑能夠大大提高發電機組的安全性和可靠性，對于電廠的安全持續發展和節能減排大有裨益。

參考文獻：

[1] 何青，劉輝，張軍良，蔡悠然，劉文毅.壓縮空氣儲能系統單耗分析模型及其應用.華北電力大學學報.2015年9月第42卷第5期：75.