摘要：随着我国国民经济的发展，能源问题已成为全球关注的一个重要问题。提高能源效率，保护生态环境，是中国未来能源发展的一项长期国策。火电厂作为一种耗能较大的能源，研究如何提高能效等节能问题具有更深远的价值和意义。有能级，相同的热量，不等于相同的有效功。而热力学第一定律的热平衡分析法,只有反映出能量在转换过程中被利用多少,不能直接反映出能量的可利用性。作为一种评价能量可用性的参数,不仅将能量的数量和质量结合起来评价能量的级别,而且可以对热力过程进行全面分析,指出能量在转换过程中,由于不可逆性所引起的能量级别的减小,不可逆程度越大,损失越大,可以说明能量转换过程中的热力学完善程度。
关键词：热效率;效率;损失；
基于热效率和?效率的分析方法,对某发电有限责任公司600 MW亚临界机组锅炉的额定工况进行了热力学能量平衡分析,结果显示电厂锅炉?效率大大低于热效率,其原因是存在大量的不可逆性损失,表明电厂锅炉减少?损失的方法是减少不可逆性。
一、锅炉热力学分析
分别对锅炉进行热平衡和?平衡热力学分析。列出能量的热平衡方程为G3Qd+G1 h1=G2 h2+Gzr(hz2-hz1)+Q4+Q5式中:Qd为所选用燃料的低位发热量;G3为燃料的消耗量;G1为锅炉给水流量;h1为给水进入锅炉时的单位质量焓;G2为过热蒸汽出口流量;h2为过热蒸汽出口单位质量焓;Gzr为再热蒸汽流量;hz1、hz2分别为再热蒸汽进、出口的单位质量焓;Q4为排烟热损失;Q5为散热热损失(空气在空气预热器中所吸收的热量同样为锅炉所放出的热)。这里考虑进入锅炉燃烧的空气和燃料都是未经外界预热的,没有热量带入热力系统中。系统的平衡模型如图1所示。
由图1可列出平衡方程为；
E1+E3=Ez2-Ez1+E2+E4+E5+Ein
∑Es=Ein+Eout
Ein=E′+E″
Eout=E4+E5
式中:E3为燃料?;E1为给水?;E2为过热蒸汽?;E4为排烟?;E5为散热?;Ez1、Ez2分别为再热蒸汽进、出口?;E′为传热?损失;E″为燃烧?损失;∑Es为系统的总?损失;Ein为内部?损失;Eout为外部?损失。
二、制粉系统优化
1.优化煤场配煤。考虑煤质发热量、全水、硫分的搭配，同时考虑负荷调峰变化，采用分煤场存煤，同一煤场混合调整煤质均匀，两煤场同时上煤调整上煤水分、硫分的匹配两次混合，按照机组负荷计划调整人炉煤热值，保证高峰煤质相对较好。
2.磨煤机风环改造。由于运行中一次风管和磨煤机部件磨损严重、石子煤量大、灰重输灰系统堵管频繁，参照磨煤机出厂说明书的设计决定进行磨煤机风环间隙改造，将风环间隙由原来的65r a m改为9 0m m，使风环面积增加38％，一次风量一定的条件下磨煤机人口一次风压降低约1kPa，石子煤排放量由原来的2．5％左右增加至4％左右，输灰空压机由原先的六台运行变为四运两备，设备磨损漏粉睛况明显改善。
3.优化制粉系统出力。首先在炉四角一次风速调平的基础上，严格控制一次风速在30m／s以内，保证飞灰炉渣可燃物的前提下适当放宽煤粉细度，增加制粉系统出力同时降低制粉电耗。
三、锅炉系统热效率与效率的计算
某发电有限责任公司600 MW亚临界机组锅炉额定工况基本参数如表1所示。
表1锅炉基本参数
环境条件:P=101.17 kPa,T=294.8 K,相对湿度为79%。查湿空气焓得h=55 kJ/kg。可利用表1数据查水和过热蒸汽热力性质表得到h1=1 248.65 kJ/kg;过热蒸汽出口焓h2=3 394.65 kJ/kg,再热蒸汽进口焓hz1=3 042 kJ/kg,再热蒸汽出口焓hz2=3 537.2 kJ/kg
1.锅炉热效率计算。（1）锅炉有效利用热Q1利用表1数据得到:
Q1=[G2(h2-h1)+Gzr(hz2-hz1]/G3=16 854.94(kJ/kg)
（2）锅炉热效率η，
η=Q1/Qd=16 854.94/18 260×100%=92.31%
实际运行中约有±2%的波动。
2.锅炉效率计算。（1）给水?。
E1=G1(h1-h0)[1-T0/(T1-T0)Ln(T1/T0)]=194 130.93(kJ)
（2）蒸汽?。
E2=G2(h2-h0)[1-T0/(T2-T0)Ln(T2/T0)]=812 128.27(kJ)
（3）再热蒸汽进口?。
Ez1=Gzr(hz1-h0)[1-T0/(Tz1-T0)Ln(Tz1/T0)]=465 022.80(kJ)
（4）再热蒸汽出口?。
Ez2=Gzr(hz2-h0)[1-T0/(Tz2-T0)Ln(Tz2/T0)]=723 350.68(kJ)
（5）效率?。
η=[(E2-E1)+(Ez2-Ez1)]/E3=53.41%
通过以上计算可见,?效率大大低于热效率。造成这种现象的原因是锅炉不仅存在着散热和排烟等外部损失,还存在着由于不可逆性造成的内部损失。内部损失主要有燃烧不可逆损失和传热不可逆损失,只有通过效率分析才能体现出来。由于外部损失较小(约占损失的10%),而又包括很多方面,可以通过降低排烟温度、排烟压力、加强保温和降低排渣温度等方法进一步降低外部损失。对于内部损失,燃烧不可逆损失是燃料将高质量化学能转变为热能,然后加热低温燃料和空气而产生的可用能量的减少,可通过提高燃烧温度和降低过量空气系数来改善,但是提高燃烧温度会使锅炉炉膛结渣严重,增加运行危险;降低过量空气系数会导致燃烧不充分等问题。因为热力过程的不可逆性越大,的损失越大,如果可以找到一种使煤粉不可逆程度低的非燃烧放热的反应,会使这一项损失减少。传热不可逆损失是高品位热传到低品位热而引发可用能量的减少。如果传热温差减小,可以减小传热不可逆损失。如果可以将煤气化使气化后的煤燃烧膨胀,直接推动活塞作功,像内燃机直接带动发电机发电,就可以完全使传热不可逆损失消失。现已有等离子体煤气化技术,可以实现此目标。
四、锅炉本体系统优化
1.严格控制燃烧风量。二次风量调整，控制过量空气系数在1．15～1．25之间，氧量维持过大，增加受热面磨损和风机耗电，氧量维持太小又会带来高温腐蚀，优化后控制在3．0％--4．2％之间运行。
2.喷燃器改造减少结渣。喷燃器结构由垂直浓淡改为水平浓淡方式，利用炉膛切圆转向减少火焰贴墙燃烧，更好地实现风包粉燃烧，从而有效地减少了水冷壁结渣，提高了换热效率，改造后炉膛掉焦明显减少，没有出现掉大焦情况，飞灰、炉渣取样化验也得到明显改善。
3.优化反切燃尽风的调整。通过优化燃尽风的调整，OFA 1、O FA 2两层燃尽风在设计随负荷升降开大、关小的基础上，参照两侧烟温变化和煤质变化调整，低负荷时适当关，高负荷适当增大；煤质变好适当开大，煤质差时根据炉膛温度适当关小。燃尽风的调整同时使得再热壁温和过热壁温最大值有不同程度的减小。
4.想尽办法减少锅炉漏风。减少锅炉漏风，主要是定期维护炉底水封和捞渣机水封的严密性，保证炉膛负压不冒正前提下适当降低炉膛负压减少漏风；空预漏风通过间隙调整、密封片修复、降低一次风母管风压、定期高压水冲洗空气预热器，减少漏风使空预漏风维持在6％左右。
5.减少工质损耗。利用机组检修对系统内漏阀门进行研磨和更换，尽可能减少系统工质损失；运行中根据燃用煤种的灰分、结焦性能等情况，以及烟气阻力、减温水大小、各部积灰情况，将每班多次吹灰次数，减少吹灰频率，炉膛次数加多，再热器和过热器区域次数较少。
6.优化机组启停机操作。优化机组启停，减少燃油、除盐水、厂用电、辅助蒸汽的消耗，主要有：采用辅汽提高启动给水温度减少启动用油；串联系统综合冲洗满足水质要求前提下尽量减少用水；单侧风机、单台泵启动点火节约厂用电；合理安排启动操作缩短启动时间，控制燃烧率、升温升压速度、启动期间合理安排系统冲洗换水等。
7.开展日常对标管理，优化机组效率通过对标管理，查找降低锅炉效率的各种因素，一一制定措施进行调整。每日进行能耗分析，找出不足之处立即加以改进。如减温水偏大分析低温过热器受热面吸热太多，准备改造方案；低负荷再热汽温偏低，采取停运下层喷燃器调节；厂用电率偏高采用低负荷单电泵运行、优化机组负荷分配等措施节能降耗。
总之，目前电厂的热效率计算还是以能量分析为主,但它只反映能量在量上的变化,而?分析是建立在热力学第一、二定律基础上的,能够反映能量质的变化,不过?理论目前还不是很完善,应用到实际生产中还很不成熟,特别是在电力系统能量分析方面,但随着科学进步,?分析一定会有很好的应用前景。
参考文献：
[1]赵维平.热力学分析.2018.
[2]朱芳.浅谈600MW亚临界机组锅炉效率分析.2017.