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    1. 循環流化床鍋爐熱效率問題探討

      發布時間:2018-09-02 12:30          

      1、概述:目前國內循環流化床鍋爐性能考核主要采用兩個標準,一個是按ASME-PTC42008性能試驗標準,另一個是按GB10184結合DL/T964-2005進行考核[1]?由于考核標準的不統一,再加上約定的邊界條件不同,導致效率指標參考性較差,甚至出現對同一臺機組按不同標準進行考核時,其效率值相差高達1%以上,對電廠的經濟性分析極其不利?

      2、幾點說明

      為了便于分析,先對以下幾個問題進行說明:

      2.1正平衡法及反平衡法

      效率考核主要有正平衡法和反平衡法兩種[1],由于正平衡法誤差較大,且不利于對影響鍋爐效率的因素進行分析,因此目前行業內普遍采用反平衡法,即:鍋爐熱效率=(1-各項損失之和/輸入量)×100%?

      本文所有分析均基于反平衡法進行的?

      2.2凈效率與毛效率

      凈效率是指將鍋爐燃料的放熱作為唯一熱輸入,將其他熱量(如燃料顯熱?霧化介質熱量等)作為整個能量循環的中間過程的一種效率算法[2-5]?毛效率是將包括燃料放熱?燃料顯熱?空氣顯熱及其他進入鍋爐的熱量均計入鍋爐熱輸入的一種算法?

      采用燃料效率非常有利于計算電廠的煤耗,即燃料輸入熱乘以鍋爐效率即為熱輸出,非常直觀簡潔,因此本文以凈效率為基準進行分析?

      2.3高位熱效率與低位熱效率

      ASME標準采用高位熱效率進行考核,即計算燃料輸入熱是含汽化潛熱的[3]?而我國標準則采用燃料的低位熱效率進行考核?眾所周知,由于鍋爐的排煙溫度通常高于水露點溫度,燃料中的汽化潛熱在現階段的電站鍋爐中是無法利用的,因此采用低位熱效率更加直觀便捷,更有利于經濟性分析,在我國即使采用ASME標準進行考核,也要折算到低位熱效率,這對鍋爐的經濟性核算影響不大?

      2.4其他

      由于ASME與國標性能考核試驗的理念基本相同,多數計算方法是相通的,因此本文不再對效率考核計算方法一一進行羅列,僅對二者的主要不同點進行對比,特此說明?

      3、由于考核標準引起的CFB熱效率的偏差

      與煤粉鍋爐不同,流化床鍋爐的一?二次風機的壓頭較高,導致進入鍋爐的冷風溫度要遠高于環境溫度,以150MW等級流化床鍋爐為例,通常一次風機溫升高達20℃,二次風機溫升約15℃左右,這一點與煤粉鍋爐是不同的,對于風機溫升問題,采用兩種標準計算出的效率損失就相差非常大了?這就主要反映在了Q2損失項了,即鍋爐排煙熱損失?

      排煙熱損失就是由燃燒產生的煙氣帶走的熱量損失[4],根據ASMEPTC42008規定,排煙損失為鍋爐排煙溫度對應的煙氣焓減去空氣預熱器入口冷風溫度對應的煙氣焓而得到Q2損失?根據我國GB10184和DL/T964-2005規定,排煙損失則采用鍋爐排煙溫度對應的煙氣焓減去環境溫度煙氣焓?

      例如當環境溫度為20℃,空預器入口冷風溫度為35℃,排煙溫度為130℃的條件,按ASME標準計算排煙損失為溫差為95℃所對應的煙氣焓,而按國標計算,則應按溫差為110℃所對應的排煙焓,二者相差15℃,效率相差接近1%左右?

      對于風機引起的溫升的問題,國標與ASME的理念是不同的,國標把風機溫升作為外熱源處理,即將其計入毛效率中的熱輸入項,相當于增大了效率的分母?而ASME把風機溫升作為熱增益處理?把該部分熱量直接從Q2損失項中扣除,相當于減少了損失項中的分子?

      對于以上兩種考核方法,筆者認為ASME方法更加科學,理由如下:

      1)風機溫升的能量來自于廠用電,而在整個電廠的能量平衡中,廠用電已經作為損失項剔除了,風機的熱增益相當于從廠用電這個損失項中撿回來的熱量,由于燃料效率算法中輸入熱僅考慮燃料放熱,因此將撿回來這部分熱量抵扣部分煙氣損失是合理的,整個電廠的能量平衡是閉環的?

      2)對于國標將這部分熱量作為輸入熱考慮的方法實際上與凈效率的算法不符,在實際考核中通常采用忽略此部分影響的處理方式,即在廠用電中將風機的能耗扣除后,其中轉化為熱能回送回鍋爐的這部分熱量是忽略的,從能量平衡角度來說該算法存在一定的漏洞?

      3)排煙損失的大小是鍋爐對煙氣的冷卻能力一個重要標志,排煙溫度的理論極限值只能是空預器入口冷風溫度,而不是環境溫度,從這點考慮,ASME計算方法更具參考性?

      4、排渣溫度選取的影響

      流化床鍋爐的底渣比率要遠高于煤粉鍋爐的10~15%,通常在50%左右,而國內流化床鍋爐以低熱值高灰分燃料為主,底渣顯熱損失所占的權重更大?底渣損失的計算方法與采用的冷渣器型式有很大關系,目前冷渣器主要有風冷型?水冷型和風水聯合冷卻型三種,國內大型流化床鍋爐主要采用水冷滾筒冷渣器,下面以水冷滾筒冷渣器為例進行分析?

      國內大型流化床鍋爐招投標及鍋爐技術協議中規定的Q6損失的考核方式主要有以下兩種:

      1)采用爐膛排渣溫度進行計算?該算法是將性能考核界限點定義在冷渣器入口,即將冷渣器部分隔離在系統外?

      2)采用冷渣器出口排渣溫度進行計算?該算法是將性能考核界限點定義在冷渣器出口,即將冷渣器劃分在系統內?

      由于約定的邊界條件不同,導致性能考核效率值相差非常大,當然該值與燃料灰分?脫硫產物及燃料熱值有很大關系,折算灰分越高,影響越大,以某300MW矸石燃料流化床鍋爐為例,燃料是低位熱值3150Kcal/kg?灰分46%的矸石,其底渣量高達67t/h,若按冷渣器出口渣溫(150℃)計算排渣損失,其Q6損失僅為0.24%,若以爐膛排渣溫度(890℃)計算,其Q6損失則高達2.14%由于兩種算法引起的效率差值接近2%?

      至于采用哪種方法更合理,我們首先看一下冷渣器冷卻水系統,通常冷卻水主要取自鍋爐冷凝水,冷卻水流經冷渣器后返回到汽輪機低加系統?由于冷渣器回收的熱量沒有直接回送到鍋爐,即沒有被鍋爐系統利用,對過熱系統及再熱系統沒有貢獻,不能直接降低鍋爐煤耗,因此采用鍋爐排渣溫度計算效率是合理的?

      之所以有將冷渣器劃在鍋爐熱力系統之內的做法,是將冷渣器送入到汽輪機回熱系統的熱量作為熱輸出考慮的,即鍋爐熱輸出包括過熱蒸汽,再熱蒸汽(如有)與冷渣器回送熱量三部分?該算法從某些方面來說是合理的,但卻不利于全廠的能量平衡計算,因為該方案除了將部分熱量回送到系統同時,還對循環效率產生了一定的影響,會使整個電廠的能量平衡計算變得非常復雜,因此不建議采用?

      除以上兩種情況外,還存在以下幾種特殊情況:

      1)將冷渣器熱量作為供熱或工業用氣等?對于該種情況,底渣熱量雖然沒有對一?二次汽產生貢獻,但該熱量的確沒有損失掉,筆者認為比較合理的算法還是將其作為全廠的熱增益考慮,即先算損失,然后再算收益的方法更合理?

      2)風冷冷渣器和風水冷冷渣?器由于風冷部分回收的熱量是直接回送到爐膛的,因此所有算法均將風冷冷渣器或風水聯合冷渣器中風回收的熱量計入鍋爐效率,該算法目前沒有爭議?

      5、結論

      由于采用標準不同及考核條件不統一,目前國內各個項目的流化床鍋爐效率考核值無法直接比對,不利于經濟性分析,對于本文談到的兩個問題,筆者更加傾向ASME標準方法結合爐膛排渣溫度計算Q6的方法進行性能考核?

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