王小刚
大唐韩城第二发电有限责任公司? ?陕西省韩城市??715400
摘要：锅炉热平衡是计算锅炉效率，分析影响锅炉效率的因素，提高锅炉效率的基础，也是锅炉效率试验的基础。锅炉效率可以通过两种方法计算，一种方法是测输入热量和有效利用热量来计算锅炉效率，称为正平衡求效率法。正平衡求效率法简单，对于效率低的工业锅炉比较准确。另一种方法是测量锅炉的各种热损失q2 、q3 、q4 、q5 、q6，用反平衡法求出锅炉效率：η= q1=100-（q2 +q3 +q4 +q5 +q6）%，称之为反平衡求效率法
关键词：锅炉效率;反平衡;节能
1 前言
我公司Ⅱ期工程2×600MW汽轮发电机组，锅炉采用东方锅炉厂生产的自然循环汽包炉，型号为DG2070/17.5-Ⅱ5，设计最大连续蒸发量为2070t/h，热效率92.8%；为亚临界、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢悬吊型结构、半封闭布置的自然循环锅炉。
锅炉汽包设计压力19.82MPa，额定蒸发量为1923.7t/h，额定蒸汽温度541℃；设计主燃料为韩城当地煤，低位发热量20260kJ/kg；点火用燃油为0号轻柴油，发热量41800kJ/kg。锅炉掺烧焦炉煤气，低位发热量为16720 kJ /Nm3。
炉膛燃烧方式为正压直吹式制粉系统、前后墙对冲燃烧，燃烧器采用前、后墙对冲布置；前（C、D、E磨）、后墙（A、B、F磨）上各3层，每层5只旋流式轴向低NOx煤粉燃烧器和相应的油点火器；在顶层燃烧器上方布置一层燃烬风，前、后墙各5只；同一层的5只燃烧器与一台磨煤机相连，燃烧器的投、停与磨煤机的投、停同步，25只燃烧器投运即可带满负荷。
目前电厂锅炉效率计算常采用反平衡求效率法，这一方面是因为大容量锅炉用正平衡法求效率时，燃料消耗量的测量相当困难，以及在有效利用热量的测定，常会引入较大的误差，因此不如利用反平衡法求效率更为方便和准确；另一方面是通过各项热损失的测定和分析可以找出提高锅炉效率的途径，此外，正平衡法要求比较长时间的保守锅炉工况稳定，这也是比较困难的。
2 煤质及其主要参数
2.1机组运行主要参数
锅炉负荷：550MW
主蒸汽： 温度 542℃ 压力16.4 Mpa
再热蒸汽：温度540℃ 压力3.0 Mpa 冷再：3.46 Mpa 537℃
给水及蒸汽流量 ： 1852 t/h
锅炉：氧量2.5%；空预器出口153/146℃；总风量 2130；一次风 541；二次风1571
飞灰含碳量 : 3.96%/3.95% ；锅炉炉渣含碳量： 4.2% ；空预器出口氧量: 7.6%/ 6.8%
2.2入炉煤煤质化验：
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3.1机械不完全燃烧热损失
机械不完全燃烧热损失是由于灰含有未燃尽的碳造成的热损失，运行中的煤粉锅炉机械不完全燃烧热损失，是根据锅炉的灰飞量和灰渣量以及飞灰和炉渣中可燃物含量的百分比来计算的。
对于固态排渣炉，取飞灰份额和炉渣份额分别占灰分的αf=95%、αL=5%,锅炉飞灰含碳量Cf=(3.96%+3.95%)/2=3.955% 锅炉炉渣含碳量CL=4.2%
机械不完全燃烧热损失
机械不完全燃烧热损失q4是燃煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟损失，影响机械不完全燃烧热损失的主要因素有:燃烧方式，燃料性质，煤粉细度，过量空气系数，炉膛结构以及运行工况等，不同燃烧方式的q4数值差别很大。在燃料性质相同的情况下，过锅炉炉膛结构合理，燃烧器结构性质好，布置适合，配风合理，气粉有较好的混合条件和较长的炉内停留时间，则q4较小，炉内过量空气系数要适当，运行中过量空气系数减小时，一般会导致q4增大，炉膛温度较高时q4较小，炉膛负荷过高将是煤粉来不及在炉里烧透负，负荷过低，则炉温降低，q4将增大大。
3.2化学不完全燃烧损失
化学不完全燃烧热损失是由于烟气中存在可燃气体造成的，因此，烟气中可燃气体含量越多，q3越大，影响烟气中可燃气体含量的主要因素是：炉内过量空气系数，燃料挥发份含量，炉膛温度以及炉内空气动力工况。一般来说，炉内过量空气系数过小，氧气供应量不足，会造成q3中的增加，空气系数越大，又会导致炉温降低；燃料挥发份，含量较高，q3相对较大；炉膛温度过低时，燃料的燃烧速度很慢，此时烟气中的一氧化碳来不及，燃烧就离开锅炉，会使q3增大。在大负荷固态排渣锅炉计算时可认为煤粉已经完全燃烧，q3等于0。
3.3排烟热损失
锅炉的排烟热损失是由于排烟温度高于外界空气温度所造成的热损失，在室燃炉的各项热损失中，排烟损失q2是最大的一项。
排烟热损失q 2等于排烟焓值与进入锅炉的冷空气焓值之差，计算公式如下：
q 2= (1- q4)
--- hpy 排烟焓
---αpy 烟气侧空预器出口过量空气系数
---h0lk 理论冷空气焓
理论空气量 V0=0.0889（Car+0.375 Sar）+0.265Har-0.333 Oar
=4.16(Nm3/kg)
理论烟气容积 VRO2=1.866(Car+0.375 Sar)/100=0.82 Nm3/Kg
V0N2=0.79 V0+0.8Nar/100=3.64 Nm3/Kg
V0H2O=0.111Har+0.0127 Mar +0.0161 V0ar=0.38 Nm3/Kg
VY 0= VRO2+ V0N2+ V0H2O=4.48 Nm3/Kg
实际烟气容积：Vy= VY 0+1.0161(α-1) V0=6.21 Nm3/Kg
排烟温度(153+146)/2=149.5℃≈150℃
查图表3-1得 150℃时:cco2=1.7438 KJ/（Nm3?℃）
cN2=1.2977 KJ/（Nm3?℃）
cH2O=1.5138 KJ/（Nm3?℃）
图表3-1
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理论排烟气焓： h0py= (VRO2 cco2+V0N2 cN2+ V0H2O cH2O)T=1010.59 kJ/kg
烟气焓等于理论烟气焓、过量空气焓、飞灰焓三部分之和，计算公式如下：
hpy= h0py+（α-1）h0lk+ hfl=1105.65 kJ/kg
其中 hfl=αf Aar chT=40.06 kJ/kg
查图表3-2得1Nm3空气在25℃时的理论焓(ct)k值为：
25*（266-132）/100=32kJ/kg，
图 表3-2
理论空气焓为h0lk= V 0(ct)k=147.6 kJ/kg
所以： q 2= (100- q4)
= (100- 2.35)
=4.619
影响排烟损失的主要因素是排烟焓的大小，而排烟焓又取决于烟气容积和排烟温度，排烟温度越高，排烟容积越大，则排烟热损失q2越大，一般排烟温度提高15到20摄氏度q2月增加1%。
降低锅炉的排烟温度。可以降低排烟热损失。但是要降低排烟温度就要增加锅炉尾部，受热面面积，因而增大了锅炉的金属耗量和烟气阻力，另一方面，烟气温度太低，会引起锅炉尾部受热面的低温腐蚀，因而，也不允许排烟温度。特别是在采用硫份较高的燃料时，排烟温度应该保持，高一些。
炉膛及烟道的漏风不仅会增大烟气容积，漏入烟道的冷空气，还会是漏风点处烟气温度过低，从而使漏风点以后所有受热面的传热量减小，所以漏风还会使排烟温度升高。漏风越靠近锅炉，对排烟温度升高的影响越大，因此尽量减小炉膛及烟道的漏风，也是降低排烟热损失的一个重要措施。
3.4散热损失
锅炉在运行中，汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于外界空气温度，这样就会通过自然对流和辐射向周围散热，形成锅炉的散热损失。
如下如图3-3
在额定蒸发量下按0.4%计算锅炉的热损失。当锅炉在非额定蒸发量下运行时，由于锅炉外表面的温度变化不大，锅炉中的散热量也就变化不大。但相对于1kg燃料的散热量Q5却没有明显的变化，可以近似的认为，散热损失是与锅炉运行负荷成反比的变化，即锅炉的非额定蒸发量下运行时的散热损失可按照以下公式计算：
q5= q5e=1923.7*0.4/1850=0.416
——q5e 锅炉额定蒸发量下的散热损失
—— 锅炉额定蒸发量
影响散热损失的主要因素是：锅炉额定蒸发量及锅炉容量，锅炉实际蒸发量及锅炉负荷，锅炉外表面积及水冷壁和炉墙结构，周围空气温度等。
锅炉容量增大时额定蒸发量下的散热损失减小。这是因为锅炉容量增大时，燃料消耗量大致成正比的增加，而锅炉的外表面积却增加缓慢，这样对于单位燃料消耗量的锅炉外表面积是减小的，所以锅炉容量越大，散热损失Q5就越小，对同一台锅炉来说，当锅炉运行负荷降低时，散热损失就相对增大，若水冷壁和炉墙等结构严密紧凑，炉墙及管道的保温良好，外界空气温度高且流动缓慢，则散热损失就小。
3.5 灰渣物理热损失
灰渣物理热损失是指锅炉排除炉渣、飞灰所携带的热量未被利用引起的热损失，其计算公式如下：
q 6=
---αL 灰渣份额
---Aar 收到基燃料灰分
---clz 炉渣比热容，查表800℃时 clz =0.9504 KJ/（Nm3?℃）
150℃时 Cf=0.827 KJ/（Nm3?℃）
---Tlz 灰渣温度，固态排渣时可取800℃。
带入计算q 6=1.077%
灰渣物理热损失的大小主要与燃料中灰分含量的多少，炉渣中纯灰量占燃料总量的份额以及炉渣温度的高低有关。简言之，q6的大小主要决定于排渣量和排渣温度。煤粉锅炉排渣量和排渣温度主要与排渣方式有关，固态排渣煤粉炉的渣量较小，液态排渣煤粉炉的渣量较大。
4结论
通过用反平衡法求出锅炉在90%负荷,即550MW时的效率：
η= q1=100-（q2 +q3 +q4 +q5 +q6）%
= 91.541%
汇总如下表3-5:
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通过对比，机械不完全燃烧热损失q4和灰渣损失q6较目标值差距很大，分析可以找出原因为锅炉在燃烧完成后，灰分含碳量较大。所以降低飞灰含碳量，可以大幅提高锅炉效率。
参考文献
[1]樊全魁，阎维平，王军等《锅炉原理》，中国电力出版社，2008版。
[2]张明 600MW火电机组培训教材锅炉分册 北京 中国电力出版社 2006年