吴永科
大唐彬长发电有限责任公司 陕西 咸阳 712000
摘要：目前国内的火力发电企业，都在积极寻找各种切实可行的节能减排方式。为了提高蒸汽参数数据分析的准确性，有必要采用一个相对符合实际工况的热力学参数“㶲值”（英文名称为exergy），对技术改造中蒸汽参数㶲值的数据变化，进行相对客观的分析核算，以期能更加准确直观的阐述节能减排的真实效果。
关键词：节能减排；㶲值；热力计算
一、㶲值的定义
㶲值的定义，当热力系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为㶲（Ex），又叫有效能。㶲作为一种评价能量价值的参数，从“量”和“质”两个方面规定了能量的“价值”，解决了热力学中长期以来没有一个参数可以单独评价能量价值转换的问题，改变了人们对能的性质、能的损失和能的转换效率等问题的传统看法，提供了热力学分析的科学基础。
二、㶲值分析实例
我们通过一例某台火力发电厂在锅炉本体吹灰系统节能改造前后的㶲值转换情况，进行蒸汽参数的分析核算，验算能否通过对㶲值的变化转移，来准确的反映改造前后节能减排的效果。
2.1基本情况：
某超临界火力发电厂装设2×630MW燃煤汽轮发电机组（B-MCR状态下，主蒸汽参数：蒸发量2084T/h，压力25.4MPa，温度571℃），锅炉选用上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压直流炉。锅炉侧吹灰器全部采用蒸汽式吹灰器，吹灰汽源取自锅炉后屏过热器出口管道上，满足锅炉本体（42支长伸缩、16支半伸缩以及96支炉膛吹灰器）及空预器（4支）吹灰用汽的需求。
原设计后屏过热器出口管道取汽，此处蒸汽（压力25.88Mpa，温度516°）相对于吹灰系统运行的蒸汽压力（2.0～2.2MPa之间，过热度30℃～50℃）就特别高，吹灰系统的减压阀前后有将近12倍之高的压差！高压差的蒸汽不但导致吹灰减压阀和隔离阀频繁损坏，而且也浪费了大量的高品质蒸汽，明显降低了锅炉蒸汽的热经济性。
2.2节能改造方案：
针对上述问题，经过反复调研和计算，本着利旧和便利的原则，将锅炉原设计的吹灰系统汽源点移接至低温再热器（蒸汽参数压力4.65Mpa，温度470°）的出口连接管道上，即在低温再热器出口集箱去高温再热器入口集箱之间的两根￠711.2x23.8，材质P12的连接管道上各取一路汽源，连接汇交一条抽汽母管平衡汽流后，送到吹灰操作平台。考虑此处再热蒸汽参数减压后温度方面的因素，另外增加配套了一路减温水系统。其余原设备利旧保持不变，原设计后屏过热器取汽管道保留，关闭隔离阀，只在锅炉负荷低于30%的工况或者其他紧急情况下相互切换运行。
2.3数据分析对比：
经过这样的改造，不但明显降低了设备维护量和材料等级，也节约了大量的高品质蒸汽。下面表格是节能改造后，分别在机组负荷600 MW、450 MW以及300 MW时，不同工况下减压阀后的减压阀后蒸汽焓值（KJ/kg）和减压阀后比容（m3/kg），完全可以满足锅炉吹灰需求。
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表格抽取的数据可以证明改造是能满足锅炉吹灰系统的要求。为了精准的反映吹灰系统升级改造后，实际的节能效果，就要选用热力学参数㶲值，来解析在这个转换过程中能量的变化情况。
㶲值E的计算方法：E=（h1－h0）－T0(s1－s0)
其中：h1-给定环境下蒸汽的焓值； h0-环境温度下饱和水的焓值；T0-环境温度；s1-给定环境下蒸汽的熵值；s0-环境温度下饱和水的熵值
2.3.1、依据原系统在后屏过热器汽源点的参数，计算出后屏出口处过热蒸汽的㶲值E1=（h1-h0）-T0(s1-s0)
=(3211.9-83.9)-(20+273.15)x(6.0105-0.2957)
≈1452.7KJ/Kg
（其中h1=3211.9 KJ/Kg 25.88Mpa下过热蒸汽焓值；h0=83.9 KJ/Kg 环境温度下饱和水焓值；T0=20+273.15K环境温度；S1=6.0105 KJ/（Kg.K）过热蒸汽熵；S0=0.2957 KJ/（Kg.K）饱和水熵）。
2.3.2、同理，根据低温再热器汽源点的参数，计算出低温再热器出口处再热蒸汽的㶲值E2=（h2－h0）－T0(s2－s0)
=(3368-83.9)-(20+273.15)x(6.921－0.2957)≈1341.9KJ/Kg
（其中：h2=3368KJ/Kg 4.61Mpa下再热蒸汽焓值； h0=83.9 KJ/Kg环境温度下饱和水焓值；T0=20+273.15K环境温度； S2=6.921 KJ/（Kg.K）再热蒸汽熵；S0=0.2957 KJ/（Kg.K） 饱和水熵）。
2.3.3、汽源点由过热蒸汽更换到再热蒸汽后节约㶲的数值：
E=E1-E2=1452.7-1341.9=110.8KJ/Kg
2.3.4、蒸汽㶲损失的折算电量
W1=E/3600=（110.8×103）/（3.6×106）=0.0308KW.h
2.3.5、影响的供电煤耗：
参照锅炉在正常情况下每天所消耗的蒸汽量，一般2天进行一个吹灰周期（一天进行炉膛吹灰器及1～5号长伸缩式吹灰器，隔天进行剩余部分）。每天消耗蒸汽量计算如下：（不考虑锅炉吹灰暖管消耗蒸汽量与机组负荷不具备所少消耗蒸汽量）
炉膛短型吹灰器每台吹灰一次需要3分钟左右，总共96台吹灰器共计用时大约4.8小时（96×3/60=4.8）,那么消耗的蒸汽量为4.8×6.6=31.68吨。
长伸缩式吹灰器每台吹灰一次需要9分钟左右，总共42台吹灰器共计用时大约6.3小时（42×9/60=6.3），消耗的蒸汽量为6.3×9=56.7吨。
半伸缩式吹灰器每台吹灰一次需要12分钟左右，总共16台吹灰器共计用时大约3.2小时（12×16/60=3.2）,消耗蒸汽量为3.2×9=28.8吨。
以上锅炉本体吹灰器吹灰过程中空预器吹灰器全部投入，每次投入两个，大约消耗的蒸汽量为9×2×（4.8+6.3+3.2）=257.4吨。现场每个后夜班空预器吹灰三遍，两天共计6遍，每次消耗蒸汽量为=9×2×6=108吨,两天空预器吹灰消耗蒸汽量为257.4+108=365.4吨。
两天共计消耗蒸汽总量：31.68+56.7+28.8+365.4=482.58吨，即：平均每天消耗482.58/2=241.29 吨蒸汽
以此，参照前面的㶲损失数据和每天消耗的吹灰蒸汽量，吹灰系统节能改造后每天节约的发电量：
W=241.29×103×W1=241290×0.0308≈7431.732 KW.h
折算成供电煤耗为（取同类火电行业600MW时供电煤耗323g）
(323×7431.732×103)/(600×106×24)= 0.1615g/(KW.h)
三、核算结论
通过热力学参数㶲值在火力发电厂节能改造中分析计算的应用，可以更加直观的展示蒸汽参数由任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，能量转换守恒的情况，并依据此㶲值进行节能改造前后的数据对比，得到比较客观和科学的节能降耗结果。
参考文献
[1]魏浩. 基于数据挖掘的火电厂运行参数优化研究[D].东北电力大学,2016.
[2]刘燕,李玉林.新疆伊犁南台子煤热力学参数的实验测定[J].神华科技,2018,16(03):63-69.