CN111539105A - 一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，首先分析锅炉系统内热量流向，判断是否存在系统内的热量离开边界用于系统边界外设备；然后计算热风外用损失热量，进而得到热风外用损失，通过锅炉各项常规损失，计算得到锅炉效率。本发明对经空气预热器加热后的热风离开锅炉系统用于其他辅助设备的情况进行分析，将这部分损失能量定义为热风外用损失热量。对于热风外用存在的两种流程分别建立冷风回收热风外用损失和冷风不回收热风外用损失的计算方法。利用在线监测系统中的历史或实时数据，可计算存在热风外用损失的锅炉效率，该方法适用于运行人员及试验人员，可更准确的了解锅炉的的实际性能。

Description

一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法

【技术领域】

本发明属于电力及动力工程技术领域，涉及一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法。

【背景技术】

锅炉效率是对锅炉设备性能和运行经济性的一项重要评价指标，测试锅炉效率需要通过锅炉性能试验。在大容量电站锅炉性能考核、运行状态评估、锅炉检修评价、燃烧优化调整、大型设备改造等情形下，均需要对电站锅炉进行效率试验。

GB/T 10184—2015《电站锅炉性能试验规程》中规定锅炉尾部烟气系统出口边界设备为空气预热器，具体位置为空气预热器本体与空气预热器出口烟道交界处。空气预热器是高温烟气与低温空气进行换热的设备，高温烟气释放热量温度降低，低温空气吸收热量温度升高。高温烟气所释放的热量全部用于加热低温空气，温度升高后的空气将热量用于锅炉系统内部，热一次风在制粉系统用于加热煤粉，热二次风进入炉膛参与燃烧。

常规空气预热器是锅炉机组热平衡系统边界内设备，能量的转换均在系统边界内完成，不存在能量外溢的情况。目前锅炉效率的研究基本都在锅炉系统的边界范围内进行，能量传递只在锅炉内部各设备之间进行。

然而目前部分科研院所和电力生产企业在对锅炉设备进行跨边界改造，经空气预热器加热后的热风离开系统边界，属于锅炉系统内的能量离开系统边界用于系统边界外设备加热或使用的情况。在这种情况下，实际的锅炉效率及机组煤耗不能用现有标准试验测量。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1，分析锅炉系统内热量流向，判断是否存在系统内的热量离开边界用于系统边界外设备；

步骤2，判断系统内热量用于系统边界外设备后的流程，若流程为冷风回收系统，则执行步骤3；若流程为冷风不回收系统，则执行步骤5；

步骤3，根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度以及冷风返回系统温度，计算得到冷风回收系统的热风外用损失热量；

步骤4，根据冷风回收系统的热风外用损失热量、入炉燃料低位发热量，计算得到冷风回收系统的热风外用损失；

步骤5，根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度以及基准温度，计算得到冷风不回收系统的热风外用损失热量；

步骤6，根据冷风不回收系统的热风外用损失热量、入炉燃料低位发热量，计算得到冷风不回收系统的热风外用损失；

步骤7，计算锅炉各项常规损失，所述常规损失包括排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失和其他损失；

步骤8，根据排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失、其他损失、冷风回收系统的热风外用损失、冷风不回收的热风外用损失、输入系统边界的外来热量以及入炉燃料低位发热量，计算得到锅炉效率。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤3的具体方法如下：

根据下式计算冷风回收系统的热风外用损失热量：

式中：Q_add.1表示冷风回收系统的热风外用损失热量；q_m.aa.1表示热风流量；q_m.f表示燃料质量流量；c_p.aa.1表示定压比热容；t_aa.lv.1表示热风离开系统温度；t_aa.en.1表示冷风返回系统温度。

所述步骤4的具体方法如下：

根据下式计算冷风回收的热风外用损失：

式中：q_add.1表示冷风回收系统的热风外用损失；Q_net.ar表示入炉燃料低位发热量。

所述步骤5的具体方法如下：

根据下式计算冷风不回收的热风外用损失热量：

式中：Q_add.2表示冷风不回收系统的热风外用损失热量；q_m.aa.2表示热风流量；c_p.aa.2表示定压比热容；t_aa.lv.2表示热风离开系统温度；t_re表示基准温度。

所述步骤6的具体方法如下：

根据下式计算冷风不回收系统的热风外用损失：

式中：q_add.2表示冷风不回收系统的热风外用损失。

所述步骤8的具体方法如下：

根据下式计算存在热风外用损失的锅炉效率。

式中：η表示锅炉效率；Q_ex表示输入系统边界的外来热量，即除入炉燃料发热量以外的所有输入热量；Q₂表示排烟热损失；Q₃表示气体未完全燃烧热损失；Q₄表示固体未完全燃烧热损失；Q₅表示锅炉散热损失；Q₆表示灰渣物理显热损失；Q_oth表示其他热损失。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明对经空气预热器加热后的热风离开锅炉系统用于其他辅助设备的情况进行分析，将这部分损失能量定义为热风外用损失热量。对于热风外用存在的两种流程(一种流程是低温空气返回空气预热器入口冷风道形成循环，冷风回收。一种流程是热风在系统外设备内直接被使用，冷风不回收)分别建立冷风回收热风外用损失和冷风不回收热风外用损失的计算方法。利用在线监测系统中的历史或实时数据，可计算存在热风外用损失的锅炉效率，该方法适用于运行人员及试验人员，可更准确的了解锅炉的的实际性能。

【附图说明】

图1为本发明的方法步骤逻辑框图；

图2为热风外用冷风回收的系统图；

图3为热风外用冷风不回收的系统图；

图4为计算实例的烟气热风加热系统图；

图5为计算实例的浓缩浆液干燥系统图。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1，对锅炉系统内热量流向进行分析，判断是否存在锅炉系统内的热量离开系统边界用于系统边界外设备加热或使用的情况。主要表现为：经空气预热器加热后的热风离开系统边界，用于系统边界外设备加热或使用的情况。

步骤2：对于存在经空气预热器加热后的热风离开系统边界，用于系统边界外设备加热或使用的情况。这部分热风经系统边界外设备利用后温度降低，降温后存在两种流程，一种流程为：高温空气在系统边界外设备释放能量后降温成低温空气，低温空气返回空气预热器入口冷风道，经由空气预热器加热后，再次进入系统边界外设备换热，形成循环，此流程相当于热风外用冷风回收，图2为热风外用冷风回收的系统图。另一种流程为：高温空气在系统外部设备内直接被使用，不回收低温空气，此流程相当于热风外用冷风不回收，图3为热风外用冷风不回收的系统图。

判断热风外用后的流程属于冷风回收还是冷风不回收。

步骤3：根据下式计算冷风回收的热风外用损失热量：

式中：Q_add.1表示热风外用损失热量(冷风回收)，kJ/kg；q_m.aa.1表示热风流量，kg/h；q_m.f表示燃料质量流量，kg/h；c_p.aa.1表示定压比热容，kJ/(m³·K)；t_aa.lv.1表示热风离开系统温度，℃；t_aa.en.1表示冷风返回系统温度，℃。

步骤4：根据下式计算冷风不回收的热风外用损失热量：

式中：Q_add.2表示热风外用损失热量(冷风不回收)，kJ/kg；q_m.aa.2表示热风流量，kg/h；c_p.aa.2表示定压比热容，kJ/(m³·K)；t_aa.lv.2表示热风离开系统温度，℃；t_re表示基准温度，℃。

步骤5：根据下式计算热风外用损失(冷风回收)：

式中：q_add.1表示热风外用损失(冷风回收)，％；Q_net.ar表示入炉燃料低位发热量，kJ/kg。

步骤6：根据下式计算热风外用损失(冷风不回收)：

式中：q_add.2表示热风外用损失(冷风不回收)，％。

步骤7：根据GB/T 10184—2015《电站锅炉性能试验规程》，计算锅炉各项常规损失：排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失和其他损失。

步骤8：根据下式计算存在热风外用损失的锅炉效率。

式中：η表示锅炉效率，％；Q_ex表示输入系统边界的外来热量，也就是除入炉燃料发热量以外的所有输入热量，kJ/kg；Q₂表示排烟热损失，％；Q₃表示气体未完全燃烧热损失，％；Q₄表示固体未完全燃烧热损失，％；Q₅表示锅炉散热损失，％；Q₆表示灰渣物理显热损失，％；Q_oth表示其他热损失，％。

本发明的原理：

本发明首先分析锅炉系统内热量流向，判断是否存在系统内的热量离开边界用于系统边界外设备；判断系统内热量用于系统边界外设备后的流程属于冷风回收返回系统还是冷风不回收直接排放；系统内的能量离开边界用于系统边界外设备的情况，主要体现为：经空气预热器加热后的热风离开系统边界用于系统边界外设备。

其次，根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度、冷风返回系统温度，计算得到热风外用损失热量(冷风回收)；根据热风外用损失热量(冷风回收)、入炉燃料低位发热量，计算得到热风外用损失(冷风回收)；热风外用损失热量(冷风回收)的计算中运用的定压比热容为空气从冷风返回系统温度至热风离开系统温度的定压比热容。

根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度、基准温度，计算得到热风外用损失热量(冷风不回收)；根据热风外用损失热量(冷风不回收)、入炉燃料低位发热量，计算得到热风外用损失(冷风不回收)；热风外用损失热量(冷风不回收)的计算中运用的定压比热容为空气从基准温度至热风离开系统温度的定压比热容。热风外用损失热量(冷风不回收)的计算中运用的基准温度为进出锅炉热平衡边界的空气起算点温度。在GB/T 10184—2015《电站锅炉性能试验规程》中规定基准温度为25℃。

热风外用损失热量(冷风回收)和热风外用损失热量(冷风不回收)的计算中运用的热风流量不同，分别为冷风回收和冷风不回收两个流程的热风流量。热风外用损失热量(冷风回收)和热风外用损失热量(冷风不回收)的计算中运用的定压比热容不同。

计算锅炉各项常规损失包括：排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失和其他损失；根据排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失、其他损失、热风外用损失(冷风回收)、热风外用损失(冷风不回收)、输入系统边界的外来热量、入炉燃料低位发热量，计算得到锅炉效率。

热风离开系统温度、冷风返回系统温度、入炉燃料低位发热量在进行锅炉性能试验时应通过实际测试得到。热风流量、燃料质量流量可利用在线监测系统中的实时数据得到。

实施例：

以下对计算得到的结果进行举例说明。以某厂350MW锅炉作为实际算例，该锅炉近期完成了烟羽消白改造和脱硫废水零排放改造。烟羽消白改造中增设烟气热风加热系统。在烟气热风加热系统中，从空预器出口引出一部分热二次风经过换热器换热后，经循环风机后返回至空预器进口冷二次风道。此部分热二次风的热量并未被锅炉使用，而是经过换热器换热后加热脱硫出口净烟气，消除烟囱白色烟羽，此部分热量利用位置属于锅炉边界外，属于存在冷风回收的热风外用损失热量，烟气热风加热系统图如图4所示。脱硫废水零排放改造中增设浓缩浆液干燥系统。从空预器出口引出另一部分热二次风用于脱硫浆液干燥系统，此部分的热二次风被利用后不返回被循环利用，而是直接经由烟囱排放。此部分热量利用位置也属于锅炉边界外，属于存在冷风不回收的热风外用损失热量，浓缩浆液干燥系统图如图5所示。

在本实施例中，连续进行两个350MW满负荷工况的试验，分别为投运热风外用T01工况和停运热风外用T02工况。对每个工况燃用原煤、飞灰及炉渣取样化验，对空气预热器出口烟气成分、烟气温度测量，对各系统风温进行测量，对环境温度、湿度进行测量。依据各实测数据对T01工况和T02工况的锅炉效率进行计算，锅炉效率试验结果见表1。

表1锅炉效率试验计算结果

T01工况存在热风外用损失，采用本发明对热风外用损失进行计算；T02工况为对比工况，不存在热风外用损失，采用GB/T 10184—2015进行计算。

T01工况存在大量的外用热风，烟气热风加热系统外用热二次风量为87542.5m³/h，外用热二次风取自空气预热器出口，二次风温为323.8℃，经风风换热器利用后，返回空气预热器进口的风温为135.1℃。浓缩浆液干燥系统外用热二次风量为8984.1m³/h，外用热二次风取自空气预热器出口，二次风温为323.8℃，热二次风在干燥系统利用后不返回。T02工况停运热风外用，外用热风为0m³/h。T01工况热风外用损失(冷风回收)为0.75％，热风外用损失(冷风不回收)为0.12％，热风外用总损失为0.87％，T02工况热风外用损失为0％。T01工况实测锅炉效率为93.18％，T02工况实测锅炉效率为94.00％，由于投运热风外用系统使锅炉效率下降约0.8个百分点。

本发明为计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，具有重要的指导意义和工程应用价值。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，分析锅炉系统内热量流向，判断是否存在系统内的热量离开边界用于系统边界外设备；

步骤2，判断系统内热量用于系统边界外设备后的流程，若流程为冷风回收系统，则执行步骤3；若流程为冷风不回收系统，则执行步骤5；

步骤3，根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度以及冷风返回系统温度，计算得到冷风回收系统的热风外用损失热量；

步骤4，根据冷风回收系统的热风外用损失热量、入炉燃料低位发热量，计算得到冷风回收系统的热风外用损失；

步骤5，根据热风流量、燃料质量流量、定压比热容、热风离开系统温度以及基准温度，计算得到冷风不回收系统的热风外用损失热量；

步骤6，根据冷风不回收系统的热风外用损失热量、入炉燃料低位发热量，计算得到冷风不回收系统的热风外用损失；

步骤7，计算锅炉各项常规损失，所述常规损失包括排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失和其他损失；

步骤8，根据排烟热损失、气体未完全燃烧损失、固体未完全燃烧损、锅炉散热损失、灰渣物理显热损失、其他损失、冷风回收系统的热风外用损失、冷风不回收的热风外用损失、输入系统边界的外来热量以及入炉燃料低位发热量，计算得到锅炉效率。

2.根据权利要求1所述的计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法如下：

根据下式计算冷风回收系统的热风外用损失热量：

式中：Q_add.1表示冷风回收系统的热风外用损失热量；q_m.aa.1表示热风流量；q_m.f表示燃料质量流量；c_p.aa.1表示定压比热容；t_aa.lv.1表示热风离开系统温度；t_aa.en.1表示冷风返回系统温度。

3.根据权利要求1所述的计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，所述步骤4的具体方法如下：

根据下式计算冷风回收的热风外用损失：

式中：q_add.1表示冷风回收系统的热风外用损失；Q_net.ar表示入炉燃料低位发热量。

4.根据权利要求1所述的计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，所述步骤5的具体方法如下：

根据下式计算冷风不回收的热风外用损失热量：

式中：Q_add.2表示冷风不回收系统的热风外用损失热量；q_m.aa.2表示热风流量；c_p.aa.2表示定压比热容；t_aa.lv.2表示热风离开系统温度；t_re表示基准温度。

5.根据权利要求1所述的计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，所述步骤6的具体方法如下：

根据下式计算冷风不回收系统的热风外用损失：

式中：q_add.2表示冷风不回收系统的热风外用损失。

6.根据权利要求1所述的计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法，其特征在于，所述步骤8的具体方法如下：

根据下式计算存在热风外用损失的锅炉效率：

式中：η表示锅炉效率；Q_ex表示输入系统边界的外来热量，即除入炉燃料发热量以外的所有输入热量；Q₂表示排烟热损失；Q₃表示气体未完全燃烧热损失；Q₄表示固体未完全燃烧热损失；Q₅表示锅炉散热损失；Q₆表示灰渣物理显热损失；Q_oth表示其他热损失。

Images