燃煤電站鍋爐系統能效評價方法研究

薛勇

摘 要：燃煤電站鍋爐系統的能效直接決定了火電站供電效率，提高燃煤電站鍋爐系統的燃煤效率不僅能夠增加電廠的收益而且對環境的保護也有很大的幫助。煤炭的充分燃燒降低了空氣中二氧化硫和一氧化碳等有毒氣體的排放，而且能夠提高燃燒熱，因此，對煤炭的燃燒效率進行分析是熱電廠工作的重要內容之一。本文通過對燃煤電站鍋爐系統能效從數學方法上進行評價，希望能夠建立統一的鍋爐能效評價方法，促進熱電廠效益的提高。

關鍵詞：燃煤電站；鍋爐系統；能效評價方法

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0165-02

Abstract：coal-fired power plant boiler system energy efficiency directly determines the efficiency of power supply of power station， improve coal-fired boiler system of power plant coal-fired power plant can not only increase the efficiency of the revenue and the protection of the environment is also a great help. Coal combustion reduces two of air oxygen sulfur and carbon monoxide and other toxic gases， but also can to improve the heat of combustion， so the combustion efficiency of coal analysis is an important part of power plant work. Through the evaluation of energy efficiency of coal-fired power plant boiler system from mathematical method on boiler efficiency evaluation method to establish a unified， to promote the benefit of thermal power plant is improved.

Key Words：coal fired power plant； boiler system； energy efficiency evaluation method

熱力學第一定律的建立和應用對于能源資源的消耗產能評估提供了有效的手段，對于燃煤電站鍋爐系統的能效評價來說，其效率的認定是依托熱力學第一定律來進行的。但是熱力學第一定律并不能夠完整的體現燃煤電站鍋爐能源利用的本質，因此，在本文中，我們通過對鍋爐系統進行全面的分析和評價，結合實際情況，構建了新的高效的鍋爐系統能效評價方式和模型。

1能效的概念

能效的概念是在上世紀九十年代WEC（世界能源委員會）發布的《應用高技術提高能效》中首次提出的，在書中將能效定義為減少提供同等能源服務的能源投入。從物理學上來看，能源效率指的是在從開采過程到能源應用終端所有效利用的能源量與實際消費的能源量的比值。

隨著環境問題的日益嚴重和資源能源的短缺，人們對資源的開采和應用也越來越重視，能效也逐漸進入到人們的視野之中。火力發電企業是當前我國主要的污染企業之一，其在燃煤發電的過程中由于煤炭的不完全燃燒向空氣中排放大量的有害氣體，是導致北方冬季霧霾天氣最主要原因之一。但是經濟的發展又需要充足的電力支撐，因此，簡單的將火力發電廠關閉是不可行的，這就要求技術人員嚴格把控火力發電燃煤的過程，減少污染物排放的同時提高燃煤電站鍋爐系統的能效，保障電站的發電效率。建立科學有效的燃煤電站鍋爐系統能效評價方案，是在當前環境保護形式越來越嚴峻環境下的必由之路，對于燃煤電站效率的控制和環境污染程度具有十分關鍵的作用[1]。

就目前情況分析來看，主要存在兩種能效分析方法，其中一種是以熱力學第二定律為指導的熵分析法；另一種是以熱力學第一定律為指導的等效熱降法和熱平衡法。傳統的鍋爐系統能效評價方法主要以熱平衡法為主，但是熱平衡法隨著時間的發展其制約性越來越明顯，首先熱平衡法并不能透過鍋爐內部去分析系統內的燃燒損失，其次對于鍋爐運轉過程中的傳熱損失也沒有考慮到，而依托于熱力學第二定律的熵分析法的概念復雜難懂，且應用困難，因此，該方法也沒有廣泛的推廣開來。在本文中，我們根據平衡理論，構建了新的能源評價模式，對燃煤電站鍋爐系統的能效進行系統而科學的評價[2]。

2燃煤電站鍋爐系統能效模型的構建

平衡理論簡單來說指的是離開一個系統的與進入一個系統的是有相等的數值的，在此基礎上可以建立燃煤鍋爐系統能效評價的平衡模型。在鍋爐系統中，鍋爐主要通過利用燃料的燃燒來給鍋爐中的水進行加熱，從而使水產生大量的水蒸氣來帶動汽輪機的運轉，鍋爐需要在燃料燃燒的過程中具有供給空氣的裝置而且能進行尾氣的排放，燃料燃燒產生的化學能經過鍋爐進行傳遞，這一過程中的平衡的表達式如式2-1所示。

式2-1

在上式中，mBeB代表的是燃料的，mLeL表示熱空氣，e表示比，m1e1、m2e2、m3e3、m4e4分別為給水、再熱器入口蒸汽、過熱器出口蒸汽以及再熱器出口蒸汽，Ir表示鍋爐的損失量。

一般情況下鍋爐系統在實際工作中空氣的入口溫度等于環境溫度，此時可以將熱空氣忽略，鍋爐的效率可以表示為下式。

從式2-1中可以看出，鍋爐系統的傳熱損失、散熱損失、固體不完全燃燒損失、燃料化學不完全燃燒損失、排煙損失以及燃燒損失這六部分能量損失主要構成了鍋爐燃燒過程中的主要損失。通過對于鍋爐系統損失的比例進行計算并畫出相關的損失分布圖可以看出，鍋爐的損失主要產生在燃料燃燒放出化學能以及熱量的傳遞兩個過程，即鍋爐損失的最主要內容為傳熱損失和燃燒損失。從損失的量可以得到，當傳熱過程中鍋爐溫差越大的話會造成損失也越來，而燃料燃燒是一個不可逆的過程能夠造成產，從而導致很大的損失量[3]。

在燃煤電站鍋爐系統中各個環節都會造成損失，損失的相對含量通過引入損系數來進行評價，損系數是一個相對量，從系數的大小能夠對鍋爐設備的損失的情況進行有效的判斷，從而能夠找出鍋爐系統的節能的潛力環節，進而能夠進行鍋爐系統的優化和改進，對鍋爐系統能效進行高效的評價。

3燃煤電站鍋爐系統能效評價指標體系的建立

在燃煤電站鍋爐系統中，由于鍋爐系統所包含的設備多且設備運行復雜，所以對燃煤電站鍋爐系統能效評價指標體系的建立工作是復雜而精細的。在體系建立的過程中我們不僅要對鍋爐系統的實際能效做出良好的評價，而且還要評估其環境友好性。就當前情況而言，在電廠的節能管理中對燃料的管理已經成為最重要的一部分，對燃料進行有效的管理對于提高電廠的效率，降低對環境的污染具有至關重要的作用[4]。

在燃料管理中，我們將爐煤質合格率和爐煤熱值差作為評價燃料管理的指標，并制定基準值，并將基準值與實際值的偏差系數作為對體系的具體評價指標值，從而可以通過指標值對各個不同機組的工作進行評價。

4電站鍋爐系統能效評價模型的構建

4.1 評價集的建立

建立鍋爐能效評價指標值并將其分為三個一級指標，分別為燃料管理指標、環境指標和效率指標。在每個一級指標下有若干個二級指標，構成評價的因素集[5]。

4.2 評語集的確定

將評價指標的評語分為差、中下、中、良好以及優秀五個部分。

4.3 隸屬度函數的確定

在對鍋爐系統進行評價和研究的過程中，涉及到定量指標的計算，我們通過等腰三角形來進行隸屬度的確定。[6]

在上式中，wij指的是第i個因素的第j個指標值，rij（vk）指的是第i個因素集第j個指標對比于評語vk的隸屬度，vk對應的常數分別為sk，qk和pk。

4.4權重的確定

為了更好的對鍋爐系統的能效進行評價，通過引入偏好系數來進行系統的評估工作。利用專家評議法與熵權法組合的方式對上文中的指標進行賦權。熵權法的優點主要體現在其對新的測量指標變異狀況的值進行了重新的定義，但是缺點表現在會造成分配的指標權重偏向于均衡化發展。在本文中我們通過兩種方法進行組合利用組合賦權法能夠很好的彌補傳統的賦權方法的不足，克服其固有的缺點，并可以通過加權平均的方法進行定量的計算，從而能夠很好的進行權重的比較和確定，并能夠對其定量值的大小進行確定，提高鍋爐的效率。

5結語

在本文中，通過對燃煤電站鍋爐系統運行過程中的損失進行了詳細的介紹和分析，從而能夠確定鍋爐系統中的潛在節能環節，可以針對性的對鍋爐系統進行改造，提高鍋爐運轉效率。在文中通過詳細的數據分析和實例考察建立了新的燃煤電站鍋爐系統能效評價模型和方法，利用專家評議法和熵權法構成的組合賦權法來確定指標的權重，使得鍋爐能夠更高效的工作，并找出了燃煤電站鍋爐運轉中的薄弱環節和需改進環節，促進鍋爐燃煤效率更高更徹底。

參考文獻

[1]楊勇平，楊志平，徐鋼，等.中國電力發電能耗狀況及展望[J].中國電機工程學報，2015，33（23）：1-11.

[2]閆麗濤. 300 MW 火力發電機組熱力系統（火用） 分析及優化研究[D].保定：華北電力大學，2009.

[3]崔亞明.基于 Aspen Plus 的電站燃煤鍋爐（ 火用） 分布特性研究[D].北京：華北電力大學，2009.

[4]王曉亮.工業鍋爐能效測試不確定度分析及軟件編制[D].南昌航空大學，2012.

[5]劉林.鍋爐的能效評價與影響因素分析[D].山東大學，2012.