火電廠鍋爐熱效率計算及誤差

◎李星寧

火電廠鍋爐熱效率計算及誤差

◎李星寧

近年來，國民經濟快速增長，科學技術的革新日新月異，人們的生活水平不斷提高。各種電氣自動化設備的使用，為人們的日常生產生活帶來極大便捷的同時，對電量的需求也與日俱增。所以火電廠也在近年來大力發展。火電廠的發電原理是利用煤在鍋爐系統內的燃燒最終產生電能，所以火電廠的鍋爐熱效率是關系到火電廠發點效率的關鍵。本文首先對火電鍋爐燃燒系統進行闡述，解析了影響鍋爐熱效率的重要因素；其次，重點分析火電廠鍋爐熱效率計算及誤差；最后，對火電廠鍋爐熱效率計算提出展望。

火電廠全稱為火力發電廠，主要是使用煤、天然氣、石油等作為燃料制造電能的場所。生產過程具體包括步驟：煤在鍋爐內燃燒產生蒸汽，將原本的化學能轉換成熱能，蒸汽帶動汽輪機運作，熱能再次轉換成機械能，最后汽輪機帶動發電機運作，將機械能轉換成電能。本文主要結合工作經驗，對火電廠鍋爐熱效率計算及誤差進行分析。口過量空氣系數不變時，隨著沿煙氣氣流程漏風系數的增加，使排煙熱損失增大。

火電鍋爐燃燒系統

鍋爐在產生蒸汽期間，將煤的化學能轉變成了蒸汽中高溫高壓屬性的儲能，這一環節的轉換效率就是指鍋爐熱效率。當前鍋爐燃燒系統的根本任務即保障煤粉的全面燃燒，燃料的完全燃燒需要借助一定量的空氣，事實上要想使燃料充分燃燒，必須要保證空氣的充足，空氣量與參與化學能轉換的空氣量間的比例是過量空氣系數（α），通常情況下要使過量空氣系數超過1，當過量空氣系數小于標準值時，鍋爐內的燃料將不會完全燃燒，導致飛灰中的含碳量不斷增加，此種的熱損失被人們稱作為機械未完全燃燒熱損失（q4），當α的系數值過大時，煙氣量也會隨著不斷增加，煙氣帶走的熱損失也將增加，人們將此種損失稱為排煙熱損失（q2）。在轉換過程中存在一個最佳的數據值，既能保證兩者的損失量，又實現了最佳鍋爐熱效率，如下圖所示。煙氣中并沒有出現反應的氧氣含量與α之間具有直接的聯系，因此存在一個標準的煙氣含氧量。在一定工作量的要求下，煙氣含氧量直接折射出空氣與燃料間的配比值，鍋爐內各種風的大小程度影響到風與煤粉的燃燒情況，間接影響到燃燒效果。因此，提高鍋爐熱效率的根本方式是尋求最佳的含氧量與配風模式。

在進行鍋爐設計過程中，q3可以按照經驗數據選用。一般情況下，固態排渣煤粉爐，q3=0%。對于煤粉爐而言，q3一般不會超出百分之五。爐內過量空氣系數增大時，爐膛出口的煙氣容積也會不斷增加，使排煙熱損失不斷增加。依據計算得知，當爐膛出

圖1 最佳過量空氣系數

鍋爐熱效率的計算

一般情況下，鍋爐熱效率的計算方法包括：正平衡與反平衡，文章主要以反平衡計算方法為例，此方法又稱為熱損失法，即：η=100-(q2+q3+q4+q5+q6)(%) 。式中η代表著鍋爐熱效率，q2為排煙熱損失,q3為可燃氣體不完全燃燒熱損失,q4為固體不完全燃燒損失,q5為鍋爐散熱損失,q6為其他熱損失，單位皆是KJ/kg，其所占熱量的百分比即為q2：q6。在實際計算過程中只需要對應好關系量，帶入具體數值就能求解問題。

其一，輸入熱量，具體包括以下兩個內容：Qgy2與QyDW。Qrx代表著高位發熱量；代表著低位發熱量，單位都是KJ/kg。

其二，排煙熱損失。 當煙氣脫離鍋爐的最后受熱面時，自身依舊有一定熱度，容易造成排煙熱損失，通常情況下占比百分之五。同時排煙問題若不斷升高，平均一個階段排煙熱損失就會對應增加百分之一。

其三，化學未完全燃燒熱損失。排煙過程中殘留I的可燃燒的氣體如：一氧化碳、氫氣、甲烷、重碳氫化合物等并沒有完全燃燒而導致的熱損失。一般情況下，在計算中其作為0處理。

其四，機械未完全燃燒熱損失。q4代表著鍋爐內由于煤粒自身沒有完全燃燒而引發的熱損失，q4是僅次于q2的第二熱損失，通常控制在0.5～5%這一區間。影響q4熱損失的因素有許多如：煤粉質量、鍋爐內部構造、過量空氣系數等。

其五，散熱損失，主要是指鍋爐內由于自身表面溫度超出環境的溫度，借助對流和輻射向四周環境散發出熱量，常見的影響因素為鍋爐的內部構造等。本項熱損失的占比數值較低，一般此數值都是從現場實時獲取的。

其六，灰渣物理熱損失，q6實質是爐渣物理熱損失，其是由燃煤鍋爐排除的灰渣還具有比較高的溫度造成的。對于固態排渣鍋爐而言，依據鍋爐的排渣率與排渣溫度進行科學計算，其數量級約等于百分之零點二。由于當前并不具備直接在線測量裝置，按照國際標準，固態排渣爐tlz通常讀取八百度這一標準值。一般鍋爐的沉降灰份額我們都取值為0，而沉降灰的溫度則可以取任意值。

火電廠鍋爐熱效率計算及誤差

計算所需量通常是采用約定值或定期解析值，無法在鍋爐內主動獲取，為計算鍋爐熱效率帶來了一定阻礙，工作人員必須要采取一定方法，并在計算后求證結果的準確性。在實際測算鍋爐效率過程中，可以依據實際情況合理選擇正平衡和反平衡計算方法。在進行熱平衡試驗時，測定的項目包含：鍋爐每小時的飛灰量、灰渣量及灰渣中殘余碳的含量。對于運行中的鍋爐，機械不完全燃燒的熱損失可以通過熱平衡實驗來獲得。對于一些無法獲取實時量的煤質參數，工作人員可以采取定期輸入定制的手法來獲取信息。但是此種方法無法直接反映出煤質的燃燒情況，數值會存在一定誤差。

一般情況下，q2是鍋爐燃燒過程中最大的熱損失。因此，在實際計算q2過程中，我們需要對氧氣含量進行假定，若是數值誤差超過1%，將會影響整個計算結果。這樣一來，依據工作經驗，求得最后誤差值小于0.05%，此種影響是可以忽略不計的。依據工作經驗，由于排煙含氧量預估值誤差小于百分之零點零五，由此我們可以得出計算公式，即 QyGW=370℃ +1278° Hy-124°[Qy-Sy]。在高發熱量中刨除煙氣中水蒸氣的反應，就可以算出低位發熱量。在計算誤差過程中，我們可以選擇忽略。按照公式計算預估產生百分之零點二五的影響。通過計算分析熱損失誤差得知，因為q2約為5～10，我們可以將其簡化為0.02%，最大誤差不可以超過3.對比灰渣物理熱損失與散熱損失得知，誤差出現明確波動。

在輸入熱量過程中，燃料物理顯熱QLX僅僅只占千分之一。在分析此物理量時，我們可以使用Qgy2與QyDW來求解q2，將影響值控制在百分之零點一，最大誤差不可以超過6，計算公式即

簡單的說，經過上述計算，q2與煤質分析參數間不存在關系，如此一來計算過程中通過輸入煤質數據的方式造成數據失時的問題對于q2自身而言是不具備影響的。通過分析公式我們可以得知，q2主要是與過量空氣數值與溫度具有關系。在計算q4過程中，我們可以使用到AY，當AY存在20%的誤差時，q4的誤差可以假設為0.1%。由此我們得知，煤質參數對于q4的影響能力不強。

從實踐應用效果來看，反平衡法計算熱效率是可信的。將煤質參數固定后，雖然計算中仍舊存在誤差，但是不至于影響整體計算效果。假設煤質參數已經接近最大誤差，但是在實際計算中煤質擾動誤差小于誤差值，求得的熱效率誤差也會減少。若是煤質突然發生巨大變化，則需要立刻更換煤種，重新輸入煤質參數，否者將導致計算誤差不斷增加。

在上述解析中，所有計算誤差都是采用最大可能性的誤差值。同時，在實際計算鍋爐熱效率過程中，工作人員可以將所有誤差進行相加。事實上，許多誤差都能夠在合成階段被抵消掉，由于鍋爐熱效率的反平衡計算相對復雜，沒有嚴禁科學的誤差合成要求。考慮到以上問題，我們可以認定計算誤差小于0.3%即可。實際上，若是按照常用的合成方式，即誤差控制在0.28%。因此，我們在未來的工作中需要找到一種方法，能夠實時獲取在線煤質參數，從而不斷提升鍋爐熱效率計算的精準度。

綜上所述，要想有效降低熱效率計算誤差，工作人員需要輸入正確的煤質參數，反之會出現因計算差值過大而無法實現預期熱效率的問題。如何選取恰當的量對煤質參數進行預估，盡可能規避煤質參數波動對計算造成的影響，我們需要不斷深入分析的問題。

（作者單位：中國水利水電第八工程局有限公司國際公司）