鍋爐效率課件

1鍋爐效率的深入理解華北電力科學(xué)研究院電站鍋爐技術(shù)研究所趙振寧1鍋爐效率的深入理解華北電力科學(xué)研究院電站鍋爐技術(shù)研究所一、前言與背景鍋爐效率課件電廠(chǎng)能源轉(zhuǎn)化流程輔機(jī)燃料燃燒傳熱蒸汽汽機(jī)排放發(fā)電機(jī)水空氣冷凝加熱器電能機(jī)械能廢熱電電廠(chǎng)能源轉(zhuǎn)化流程輔機(jī)燃料燃燒傳熱蒸汽汽機(jī)排放發(fā)電機(jī)水空氣冷凝空氣不要錢(qián)！水是循環(huán)用的！發(fā)電廠(chǎng)中，人們主動(dòng)輸入鍋爐系統(tǒng)的熱量?jī)H來(lái)自有燃料發(fā)熱量，其它那些熱量都是在發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)部循環(huán)！空氣不要錢(qián)！水是循環(huán)用的！轉(zhuǎn)化過(guò)程特點(diǎn)1）燃料（化學(xué)能）→熱煙氣（熱能）→蒸汽→汽機(jī)→旋轉(zhuǎn)機(jī)械能→電能2）低級(jí)轉(zhuǎn)化為高級(jí)，必須由輔機(jī)驅(qū)動(dòng)，但輔機(jī)用能源于燃料的能源3）鍋爐效率約在93%左右，汽機(jī)效率約在40~45%，因而，整個(gè)發(fā)電流程的轉(zhuǎn)化效率很低（30%~40%），關(guān)鍵是汽機(jī)效率低4）鍋爐的凈效率提高1%，差不多相當(dāng)于整體循環(huán)效率提高1%。轉(zhuǎn)化過(guò)程特點(diǎn)1）燃料（化學(xué)能）→熱煙氣（熱能）→蒸汽鍋爐的功能在保證安全的前提下：1、盡可能的提高鍋爐效率；2、保證蒸汽參數(shù)3、輔機(jī)消耗最小4、產(chǎn)生最少的污染物鍋爐的功能在保證安全的前提下：第1部分，鍋爐效率的正確理解鍋爐效率課件鍋爐效率定義1）鍋爐效率：輸出鍋爐熱量占輸入鍋爐熱量的百分比2）正反平衡效率：正平衡效率反平衡效率鍋爐效率定義1）鍋爐效率：鍋爐效率的含義正反平衡效率的比較鍋爐效率的含義正反平衡效率的比較鍋爐效率的含義不同的工況下鍋爐效率有很大差別b.反平衡效率測(cè)量精度高，但只能測(cè)量某一固定工況下的效率c.正平衡效率精度低，但對(duì)負(fù)荷要求不高，它天然就是對(duì)負(fù)荷加權(quán)平均值，適合對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的鍋爐效率d.所以，我們習(xí)慣以“正平衡效率計(jì)算供電煤耗，正平衡效率來(lái)驗(yàn)收”鍋爐效率的含義不同的工況下鍋爐效率有很大差別鍋爐效率含義3）燃燒效率、傳熱效率與保溫效率鍋爐效率含義3）燃燒效率、傳熱效率與保溫效率三個(gè)效率之間，對(duì)應(yīng)三類(lèi)損失：1）燃燒效率←→未完全燃燒損失2）傳熱效率←→顯熱損失3）保溫效率←→散熱損失其中：1）燃燒效率>98%2）傳熱效率>93%3）保溫效率>99%

三個(gè)效率之間，對(duì)應(yīng)三類(lèi)損失：鍋爐效率課件鍋爐效率課件鍋爐效率課件為什么會(huì)是這樣？傳熱效率是鍋爐效率中最主要的因素,從某種程度上說(shuō)，金屬受熱面的多少?zèng)Q定著傳熱效率的高低，考核鍋爐效率主要是考核鍋爐廠(chǎng)鍋爐設(shè)計(jì)是否足量給足，配比是否合適。為什么會(huì)是這樣？鍋爐效率的含義4）毛效率與燃料效率以鍋爐自然邊界為研究對(duì)象，所有進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的熱量都算作輸入熱量，稱(chēng)為毛效率。以鍋爐自然邊界為研究對(duì)象，所有人們主動(dòng)輸入鍋爐系統(tǒng)的熱量算作輸入熱量基礎(chǔ)上的效率，稱(chēng)為燃料效率。

鍋爐效率的含義4）毛效率與燃料效率鍋爐效率課件鍋爐效率的含義4）毛效率與燃料效率

以鍋爐自然邊界為研究對(duì)象，所有進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的熱量都算作輸入熱量，稱(chēng)為毛效率。以鍋爐自然邊界為研究對(duì)象，所有人們主動(dòng)輸入鍋爐系統(tǒng)的熱量算作輸入熱量基礎(chǔ)上的效率，稱(chēng)為燃料效率。人們主動(dòng)輸入的熱量只有燃料的發(fā)熱量。其它熱量如何辦

鍋爐效率的含義4）毛效率與燃料效率沒(méi)有帶入熱量時(shí)兩者基本相同，如夏天試驗(yàn)，但有帶入熱量時(shí)，兩者相差很大，如冬天帶暖風(fēng)器時(shí)燃料效率才是表達(dá)了能源轉(zhuǎn)化的效率毛效率表達(dá)傳熱效率時(shí)更加貼切

計(jì)算煤耗時(shí)必須用燃料效率，驗(yàn)收時(shí)可用燃料效率，也可以用毛效率，換言之，我們節(jié)能時(shí)也必須以燃料效率的提高為目的。沒(méi)有帶入熱量時(shí)兩者基本相同，如夏天試驗(yàn)，但有帶入熱量時(shí)，兩者5）入爐基和入場(chǎng)基（高位、低位發(fā)熱量）a.入廠(chǎng)基指電廠(chǎng)收到燃料的基準(zhǔn)，即買(mǎi)賣(mài)基；b.入爐基指導(dǎo)馬上進(jìn)入鍋爐燃燒基準(zhǔn)c.高位發(fā)熱量指燃料燃燒完，水分完全凝結(jié)后放出的熱量；低位發(fā)熱量指高位熱量扣除水分凝結(jié)后放熱的部分；d.鍋爐排煙溫度一般大于120℃，所以，水分凝結(jié)放熱在煙氣離開(kāi)鍋爐后的環(huán)境大氣中進(jìn)行。因而在燃料買(mǎi)賣(mài)、鍋爐設(shè)計(jì)、鍋爐的燃燒中只能放出低位熱量5）入爐基和入場(chǎng)基（高位、低位發(fā)熱量）e.由于汽化潛熱數(shù)量巨大，所以很小水分變化就會(huì)引起入廠(chǎng)煤與入爐煤很大的差別，反應(yīng)到鍋爐效率上：煤干燥會(huì)使實(shí)際的鍋爐效率升高很多；煤噴水會(huì)使實(shí)際的鍋爐效率降低很多；f.在試驗(yàn)時(shí)，取樣位于入爐煤，反應(yīng)不出水分的這個(gè)變化及其引起的熱量變化。e.由于汽化潛熱數(shù)量巨大，所以很小水分變化就會(huì)引起入廠(chǎng)煤第2部分鍋爐效率的正確計(jì)量

A.試驗(yàn)計(jì)量

B.理論基礎(chǔ)

C.在線(xiàn)計(jì)量鍋爐效率課件A.試驗(yàn)計(jì)量A.試驗(yàn)計(jì)量A.試驗(yàn)計(jì)量氣體未完全燃燒損失（化學(xué)未完全燃燒損失）A.試驗(yàn)計(jì)量氣體未完全燃燒損失（化學(xué)未完全燃燒損失）A.試驗(yàn)計(jì)量固體未完全燃燒損失（機(jī)械未完全燃燒損失）A.試驗(yàn)計(jì)量固體未完全燃燒損失（機(jī)械未完全燃燒損失）A.試驗(yàn)計(jì)量平均灰渣含碳量的計(jì)算很重要：順便就把q6顯熱損失就算了：A.試驗(yàn)計(jì)量平均灰渣含碳量的計(jì)算很重要：A.試驗(yàn)計(jì)量排煙損失的計(jì)算主要是確定煙氣量與煙氣比熱A.試驗(yàn)計(jì)量排煙損失的計(jì)算A.試驗(yàn)計(jì)量驗(yàn)收試驗(yàn)的燃料規(guī)律是精確的化學(xué)方程式利用摩爾當(dāng)量就可以求出單位質(zhì)量燃料燃燒所產(chǎn)生的氧氣量，如：A.試驗(yàn)計(jì)量驗(yàn)收試驗(yàn)的燃料規(guī)律是精確的化學(xué)方程式A.試驗(yàn)計(jì)量煙氣量與組分：

……有過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)的煙氣量與組分

……A.試驗(yàn)計(jì)量煙氣量與組分：A.試驗(yàn)計(jì)量過(guò)量空氣系數(shù)由氧量測(cè)量所得大家用得最多的簡(jiǎn)化式A.試驗(yàn)計(jì)量過(guò)量空氣系數(shù)由氧量測(cè)量所得A.試驗(yàn)計(jì)量

知道了組分，就可以用組分計(jì)算加權(quán)平均來(lái)計(jì)算單位質(zhì)量燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣的比熱。

A.試驗(yàn)計(jì)量知道了組分，就可以用組分計(jì)算加B.理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)單介紹一下如下幾個(gè)基本的基礎(chǔ)理論：

1）理想氣體

2）狀態(tài)方程與狀態(tài)參數(shù)

3）熱力過(guò)程及其路徑無(wú)關(guān)性

4）摩爾量

5）道而頓分壓原理B.理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)單介紹一下如下幾個(gè)基本的基礎(chǔ)理論：B.理論基礎(chǔ)1）理想氣體概念一種假想的理論氣體模型，其分子由一些彈性、無(wú)體積、無(wú)相互作用力的質(zhì)點(diǎn)組成。這些小質(zhì)點(diǎn)一直在不停的運(yùn)動(dòng)，相互撞來(lái)撞去，這種運(yùn)動(dòng)即為分子熱運(yùn)動(dòng)，樣就產(chǎn)生了熱量，產(chǎn)生了溫度：如果這部分氣體處在一個(gè)固定的空間之內(nèi)，就會(huì)連續(xù)不斷的對(duì)壁面產(chǎn)生撞擊力，從而就產(chǎn)生了壓力：B.理論基礎(chǔ)1）理想氣體概念B.理論基礎(chǔ)2）狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：溫度表示了單個(gè)分子運(yùn)行的劇烈程度，而壓力則表示了分子運(yùn)行的劇烈程度與這樣運(yùn)行分子個(gè)數(shù)的多少。從中可見(jiàn)，氣體壓力與溫度的本質(zhì)是相同的，當(dāng)然可以相互轉(zhuǎn)化，溫度與壓力之和為氣體總能，即焓。溫度、壓力等參數(shù)實(shí)際上都是描述分子狀態(tài)的，所以這些參數(shù)也稱(chēng)為狀態(tài)參數(shù)，除溫度壓力外，我們還常見(jiàn)的狀態(tài)參數(shù)還有密度（比容）、比熱等。B.理論基礎(chǔ)2）狀態(tài)參數(shù)B.理論基礎(chǔ)3）熱力過(guò)程路徑無(wú)關(guān)性B.理論基礎(chǔ)3）熱力過(guò)程路徑無(wú)關(guān)性B.理論基礎(chǔ)

最典型的應(yīng)用，就是我們?cè)谟?jì)算顯熱損失是所應(yīng)用的：

Q＝G×Cp×（t1-t2)Q＝V×Cp×（t1-t2)

對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，定壓比熱Cp是除溫度、壓力、密度外最為重要狀態(tài)參數(shù)，固體的定壓比熱與定容比熱相同

B.理論基礎(chǔ)最典型的應(yīng)用，就是我們?cè)谟?jì)算顯B.理論基礎(chǔ)理想氣體狀態(tài)方程：電站鍋爐中煙氣側(cè)的絕大多數(shù)氣體都可以看作理想氣體，這樣就可以應(yīng)用狀態(tài)方程來(lái)求解，如B.理論基礎(chǔ)理想氣體狀態(tài)方程：B.理論基礎(chǔ)4）摩爾量計(jì)量物質(zhì)的另外一種常見(jiàn)的方法，即不管高矮胖瘦，數(shù)個(gè)數(shù)的方法。1摩爾物理含有6.02×1023個(gè)分子。

1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量正好等于其分子量，同時(shí)1摩爾任何氣體的體積都是22.4標(biāo)升。如：1摩爾CO2具有22.4標(biāo)升體積44g重，而1摩爾O2則具有22.4標(biāo)升32g重B.理論基礎(chǔ)4）摩爾量B.理論基礎(chǔ)5）道爾頓分壓原理

1摩爾任何氣體的體積都是22.4標(biāo)升的原因是氣體中，分子與分子間的距離至少是分子的十倍造成的，即1個(gè)分子所造成的空間是其自身體積的1/1000.

因此，多種氣體混合時(shí)，其產(chǎn)生的效應(yīng)與自身分子的大小沒(méi)有什么關(guān)系，這就是道爾頓分壓原理，即混合氣體中壓力比＝摩爾比＝體積比所以，我們可以用體積比來(lái)加權(quán)平均計(jì)算混合氣體的總能B.理論基礎(chǔ)5）道爾頓分壓原理C.在線(xiàn)計(jì)量

對(duì)于電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，驗(yàn)收試驗(yàn)往往難以達(dá)到，所在更重要的是在線(xiàn)性能計(jì)算，在線(xiàn)計(jì)算出較為準(zhǔn)確的結(jié)果，才能更準(zhǔn)確的指導(dǎo)運(yùn)行人員向高效的方向調(diào)整。

C.在線(xiàn)計(jì)量C.在線(xiàn)計(jì)量1）關(guān)于在線(xiàn)性能計(jì)算q3假定為0；q4、q5、q6與驗(yàn)收試驗(yàn)完全相同由于沒(méi)有在線(xiàn)元素分析，所以q2確定難算法很多；都是近似公式；近似公式使用的不對(duì)經(jīng)常導(dǎo)致計(jì)算出結(jié)果比較令人難以接受C.在線(xiàn)計(jì)量1）關(guān)于在線(xiàn)性能計(jì)算C.在線(xiàn)計(jì)量2）使用工業(yè)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定煙氣量煤炭的主要發(fā)熱成分是其中的碳元素，氫元素?zé)嶂蹈?，但所占的比例很小，因而可以近似地把?shí)際的煤炭看作是碳元素與灰分、水分等惰性物質(zhì)的混合物，并基于這種假定建立發(fā)熱量與理論干空氣量之間的關(guān)系

C.在線(xiàn)計(jì)量2）使用工業(yè)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定煙氣量C.在線(xiàn)計(jì)量2）使用工業(yè)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定煙氣量對(duì)于大部分燃料來(lái)說(shuō)，理論空氣量與理論煙氣量的體積是相差很小實(shí)際煙氣中的氧量來(lái)確定過(guò)量空氣系數(shù)實(shí)際煙氣量為理論煙氣量與過(guò)量空氣之和C.在線(xiàn)計(jì)量2）使用工業(yè)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定煙氣量C.在線(xiàn)計(jì)量3）煙氣組分：

ASME認(rèn)為：燃料為煤時(shí)，干煙氣中的主要成分是N2，約為81%左右，O2與RO2之和為19%左右。德國(guó)很多的煙氣分析儀廠(chǎng)家則認(rèn)為O2與RO2之和為19.6%，并把它們集成到儀器里，用19.6減去O2方法給出CO2測(cè)量值。

C.在線(xiàn)計(jì)量3）煙氣組分：C.在線(xiàn)計(jì)量4）排煙損失算法C.在線(xiàn)計(jì)量4）排煙損失算法C.在線(xiàn)計(jì)量5）常見(jiàn)錯(cuò)誤

a.用氧化鋯所測(cè)的氧量進(jìn)行直接計(jì)算，其本質(zhì)是用濕基氧量代替干基氧量

b.用空預(yù)器前的氧量進(jìn)行直接計(jì)算，其本質(zhì)是用空預(yù)器的流量代替空預(yù)器出口的流量

c.兩者都少算，就會(huì)導(dǎo)致排煙損失減少，鍋爐效率虛高C.在線(xiàn)計(jì)量5）常見(jiàn)錯(cuò)誤C.在線(xiàn)計(jì)量6）干濕基氧量干基氧量即氧氣體積占實(shí)際煙氣CO2、N2、SO2、O2四種煙氣成分總體積的比例。濕基氧量即氧氣體積占干煙氣量與煙氣水蒸氣之和的體積比例。氧化鋯測(cè)量煙氣中的氧量時(shí)，所要求的煙氣溫度為600~700℃，而此時(shí)煙氣中的水蒸氣還以過(guò)熱蒸氣狀態(tài)存在，因而其測(cè)量出的氧量為濕基氧量C.在線(xiàn)計(jì)量6）干濕基氧量C.在線(xiàn)計(jì)量7）空預(yù)器前后氧量的差別由于爐膛出口到空預(yù)器，鍋爐都采用包覆管，與外界的縫隙僅有少量穿墻管，所以幾乎沒(méi)有什么漏風(fēng)，且此處煙氣流程長(zhǎng)，氧量測(cè)量穩(wěn)定，該處氧量測(cè)量實(shí)際代表爐膛出口的過(guò)量空氣大小，用于控制燃燒總風(fēng)量，入口氧量所有鍋爐都有?？疹A(yù)器煙風(fēng)道實(shí)際上連通的，由空氣側(cè)向煙氣側(cè)的漏風(fēng)不可忽視，漏入空氣成為排煙的一部分，所以空預(yù)器出口氧量明顯大于空預(yù)前氧量實(shí)際表示排煙體積大了。出口氧量很多鍋爐都沒(méi)有。C.在線(xiàn)計(jì)量7）空預(yù)器前后氧量的差別8）8）2.4.1基于濕基氧量的計(jì)算模型１）干煙氣體積計(jì)算公式：２）水蒸氣體積來(lái)源于燃料中的氫燃燒、水分蒸發(fā)及由燃燒空氣帶入的水分三部分。假定空氣中的濕度為0.01kg/kg，則水蒸氣總體積由下式計(jì)算：３）整理可得干濕基氧量轉(zhuǎn)化公式為：

2.4.1基于濕基氧量的計(jì)算模型１）干煙氣體積計(jì)算公式：2.4.1基于濕基氧量的計(jì)算模型４）代入過(guò)量空氣系數(shù)計(jì)算公式得到過(guò)量空氣系數(shù)與濕基氧量的關(guān)系：５）由濕基氧量直接計(jì)算