火力发电厂节能新思路(火用)分析
张军科1 王新鹏2
(1.河南电力试验研究院河南郑州45005; 2.郑州市热力总公司河南郑州450052)
摘要:本文采用(火用)分析方法,对火力发电机热力系统进行了(火用)损失分析,指出造成损失的原因,并提出了相应的改进措施。
通过对各系统由(火用)损失造成的煤耗增量计算,使得造成煤耗增加的设备一目了然,为节能工作指出了方向。
关键词:热力系统节能(火用)分析
中图分类号:TM62 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2010)11(a)-0010-03
(火用)是近年来在热力学及能源科学领域中评价能量利用价值的一个重要参数,(火用)是能量可用性、可用能、有效能的统称, 它从“量”和“质”两个方面度量了能量“价值”,改变了人们对能的性质、能的损失及能的转换效率等问题的传统看法,更深刻揭示了能量转换和传递过程中能量品质退化的本质, 为能量的合理利用和节约指明了方向。
在火力发电厂节能工作中, 我们需要对火力发电机组热力系统变化过程分析,定量计算能量有效利用及损失等情况,弄清造成损失的部位和原因,提出改进措施,并预测改善后效果。
(火用)分析从“量”和“质”两方面入手能更全面的分析火力发电厂的能量系统,进而找出能量损失部位、大小及其原因。
在火力发电厂节能工作中(火用) 分析必有积极的指导意义。
本文从( 火用)这个角度出发,以某300MW机组为例,对热力系统进行分析,计算(火用)在系统中的分布, 进而找出能量损失的部位大小及原因, 为火力发电厂的节能工作提供新思路。
1 相关概念的定义
(火用):当系统由一任意状态可逆变化到与给定环境相平衡状态时, 理论上可以无限转换为任何其他能量形式那部分能量,称之为(火用)[1]。
在火力发电厂热力系统(火用)分析中,主要涉及到三种形式的(火用),即热量(火用)、开口系统的(火用)和燃料的化学(火用)。
这三种(火用)已经有大量的文献对其介绍,本文只对涉及到计算的热量(火用)简单介绍。
热量(火用):若某系统温度高于环境温度, 当系统由任意状态可逆变化到与环境状态相平衡状态(又称“死态”)时,放出热量Q,与此同时对外界作出最大有用功。
这种最大有用功称为热量(火用)ExQ。
在电厂热力系统中, 作为一种稳定流动系统, 其( 火用) 值计算表达式可以简化为:
e=(h-h0)-T0(s-s0) (1)
本文中(火用)分析基准点为:T0=288.15K p0=0.1MPa
(火用)平衡:(火用)与(火用)损失之和保持平衡。
设穿过体系边界输入(火用)为Exin,输出(火用)为Exout,系统各项内部(火用)损失为Ii,外界作功为W,则它们平衡关系为:
ΣExin＋W＝ΣExout＋ΣIi (2)
(火用)效率η:收益(火用)与供给(火用)比值。
其反映(火用)的利用程度。
(火用)损系数λ:过程中的(火用)损与供给(火用)比值。
2 热力系统(火用)分析
有了关于(火用)的一系列概念,我们就可以对发电厂热力系统建立(火用)平衡关系式,并对其进行(火用)分析。
火力发电厂的热力系统过于复杂, 为了便于分析,我们可以将其拆分成锅炉、汽轮机、除氧器、凝汽器、蒸汽管道、小汽机等若干子系统,然后对这些子系统一一分析,计算各子系统的(火用)分布,找出(火用)损并分析原因,最后,依据各子系统的(火用)损绘制出整个发电厂的(火用)损分布,根据这些数据,我们可以找出造成(火用)损失的主要设备及其原因,然后加以改进,最终达到节能降耗提高机组运行水平的目的。
以某300MW机组锅炉、汽轮机系统为例,进行(火用)分析如下。
2.1 锅炉系统
图1 中G F、G FW、G MS、G RH、G A、G G分别为燃料、给水、主蒸汽、再热蒸汽、空气及烟气的质量流量,eF、eFW、eMS、eRH、eA、eG分别表示相应各物质的比(火用),IB为锅炉的内部(火用)损失,包括散热和不可逆燃烧造成的(火用)损失。
系统的(火用)平衡方程为:
GF eF+GFW eFW+GA eA+GRH eRHin=GMSeMS+GRHeRHout+GG eG+IB (3)
锅炉有效(火用)表达式为:
EQB=GF eF-GFW eFW+GRH(eRHout-eRHin) (4)
以燃料(火用)为代价(火用)的锅炉(火用)效率表达式为:
ηB=(GMS eMS-GFW eFW+G RH(e RHout-eRHin))/GF eF=EQB/ GF eF (5)
锅炉(火用)损表达式为:
IB = GF eF+GFW eFW+GA eA+GRH eRHin-GMS eMS-GRH eRhout-GG eG (6)
锅炉(火用)损系数表达式为:
λB=IB/GF eF (7)
由(3)—(7)可得:
ηB=1-λB (8)
再由煤耗b=GF/EQB可得:
b= GF/ EQB=1/(ηB eF)=1/((1-λB)eF) (9)
显然,锅炉系统(火用)损失引起的煤耗增加量为:
Δb=1/((1-λB)eF)-1/eF=λB /((1-λB)eF) (10)
如近似认为标煤热值29309kJ/kg既燃料(火用),则:
Δb=34.1λB /ηB (μg/J) =122.8λT /(1-λB) (g/kWh) (11)
从以上分析我们可以看出, 火力发电厂热力系统(火用)损造成的煤耗增加量是各子系统( 火用) 损系数的函数, 既子系统(火用)损造成的煤耗增加量之和等于总系统(火用)损造成的煤耗增加量。
其余子系统的(火用)分析与锅炉、汽轮机系统基本相同, 按照各自系统的具体情况分析即可,这里不再具体分析。
2.3 某300MW机组额定负荷下, 各主要子系统的( 火用) 分析计算结果如下表所示( 表1 , 图3 )从以上数据可以看出,(火用)分析与传统的热平衡分析的结果差别明显,例如,锅炉系统,热平衡方法分析其效率在93%左右,基本上没有能量损失,热效率提升空间较小,但由于其燃烧、传热过程的严重不可逆性,燃料(火用)损失很大,(火用)分析得其整体效率只有51.29％,造成造成煤耗增值达到116.6 g/(kWh)。
如果,我们把锅炉再细分为: 水冷壁、屏区、过热器、再热器、上下省煤器、上下空预器、等小系统, 进行(火用)分析后,可以看出,由于传热过程的不可逆,这些设备也有大量(火用)损失,尤其是水冷壁、屏区、过热器。
因此,提高锅炉的(火用)效率,是改善整个热力系统完善性的关键,是节能的方向。
通过(火用)分析,我们可以看出提高锅炉的(火用)效率,1)降低过程的不可逆性,即:运行中尽量提高工质在锅炉中吸热的平均温度, 减小各设备的传热温差;2)强化燃烧以减少燃料(火用)损失;3)控制适当的空气过剩系数,强化对流传热, 减少排烟损失。
汽轮机系统中, 由于热平衡分析方法认为,低压缸排气带走了大量的热能,既冷源损失,故其整体热效率不高,但从(火用)的角度看,汽轮机自身造成的(火用)损失却很小,仅占供入量的
7.24％,造成造成煤耗增值4.2 g/(kWh),这部分损失主要是内部不可逆造成的, 例如: 动静叶的摩擦、叶轮鼓风、调速汽门节流、级间泄漏等, 在这些设备上采用合理的新技术, 是提高汽轮机(火用)的关键。
凝汽器在热平衡方法中, 是能量损失最多的部位, 似乎节能潜力很大, 然而从(火用)角度看,凝汽器损失的是品质很低的能量,利用程度不高,所以节能潜力有限。
通过把热力系统拆分进行(火用)分析后,整个系统(火用)损失分布如图3所示,一目了然,为我们查找问题解决问题提供了便利。
总之,在火力发电机组热力系统中,只要我们能合理的划分系统,建立正确的(火用)平衡方程,进行(火用)分析后,即可得到合理的结果,提出合理的优化建议和节能技改方案,对我们的节能工作有很大帮助。
3 结语
(火用)分析深刻地揭示出在动力装置中能量损失的确切部位、损失的数量和造成损失的原因, 为评价装置的完善程度和制定改进措施提供了可靠的依据, 总体可以帮助我们达到以下目标:
(1)定量计算能量(火用)各项收支、利用及损失情况。
(2)计算效率,确定能量转换效果和有效利用程度。
(3)分析能量利用合理性,分析各种损失大小和影响因素,提出改进可能性及改进途径,并预测改进后节能效果。
目前电厂节能降耗的任务艰巨,因此,只有深入能量利用本质,运用(火用)分析,从能量的量和质两方面入手, 建立合理的分析基础, 发现热力系统中能量利用效率低的环节,对设备进行诊断,找出各个子系统的节能潜力,才是电厂节能工作的方向。