第３４卷第６期 青岛科技大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３ ２０１３年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）文章编号：１６７２—６９８７（２０１３）０６—０６１８—０４ 一种新的锅炉热效率在线计算模型 刘 磊 ，张 杨 （１．中冶东方工程技术有限公司自动化设计研究所，山东青岛２６６５５５； ２．石家庄良村热电有限公司，河北石家庄０５２１６５） 摘 要：在已有用反平衡法计算锅炉热效率的方法基础上，建立了一种新的在线计算锅 炉热效率的模型。该模型只需测出汽水流量、温度、烟气成份等常规仪表所测数据，从而 实现在线计算，对锅炉的安全运行和节约能耗都具有重要意义。 关键词：反平衡法；锅炉热效率；在线计算 中图分类号：ＴＫ １１ 文献标志码：Ａ Ａ Ｎｅｗ Ｏｎ—ｌｉｎｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｂｏｉｌｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＬＩＵ Ｌｅｉ ．ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ （１．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｒｉｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｌｉａｎｇｃｕｎ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｉｃ Ｃｏ．，ＬＴＤ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５２１６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｂａｌａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎ— ｃｙ，ａ ｎｅｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｇａｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄａｔａ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｔｈｅｒｍａＩ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃａｎ ｂｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｔ ｉＳ ｓｉｇｎｉｆｉ— ｃａｎｃｅ ｔｏ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒｓ ａｎｄ ｓａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉ—ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｂｏｉｌｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｏｎ—ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 锅炉热效率是表征锅炉经济运行的主要综合 技术指标［１］。为了实现锅炉的最佳调节以节省燃 料，往往还需要知道运行时锅炉的实时热效率。 献进行研究的基础上［４ ］，建立了一个不需要测定 燃煤量和发热量，也不需要借助元素成分和飞灰、 炉渣可燃物含量就能计算锅炉热效率的计算公 式，进而得出了一种新的锅炉热效率计算模型。 但在锅炉运行过程中，受运行条件的，不可能 测得如此多的运行参数，这样就会给准确计算锅 炉的热效率带来相当大的困难，因此如何在减少 １锅炉热效率计算模型 反平衡法［６ 计算锅炉热效率ｒ／时，以单位燃 料带人锅炉的热量为１００ ，然后求出各项热损 失所占的百分比，即常用以下公式： 一检测量的前提下，精确的计算出锅炉的热效率就 成为了一个新的研究方向。 计算锅炉热效率最常用的标准有国标标 准＿２］、美国机械工程师协会（ＡＳＭＥ）标准 等，还 有国内外相关文献提出的一些锅炉效率的计算方 法。然而这些计算模型过程都很复杂，所需测量 参数较多，且需测定入炉煤的元素成分，在电场 中，很难用于在线性能监测。本研究在对相关文 收稿日期：２０１３ ０３—１３ 作者简介：刘 磊（１９８５一），男，工程师 Ｑ 一（Ｑｚ＋Ｑｓ＋Ｑ ＋Ｑ ＋Ｑ ）、， ——————— —————一＾ １００ ９／６， 刀一１００ 一ｑｚ—ｑ３一ｑ４一ｑ５一ｑ６。 （１） （２） 式中：Ｑ，一输入炉内的热量（主要是燃料的发热 第６期 刘 磊等：一种新的锅炉热效率在线计算模型 量），ｋＪ・ｋｇ＿。；Ｑｚ，ｑ 一排烟热损失及其所占的 百分比；Ｑ３，ｑ。一气体可燃物未完全燃烧损失及 其所占的百分比；Ｑ ，ｑ 一固体可燃物未完全燃 Ｊ 一 ｐｙ ；Ｊ 有效热量，Ｊ。排烟热损失，Ｊ。气体未 完全燃烧热损失，Ｉ 固体未完全燃烧热损失， 。 烧损失及其所占的百分比；Ｑ， 一散热损失（由 于炉墙、锅筒、集箱、汽水管道、烟风管道等部件的外 其他热损失，单位均为ｋ３・ｍ一。则式（６）变为 壁温度高于周围大气温度而向周围环境所散失的热 量）及其所占的百分比； ，ｑ６一其它热损失（如飞 一 一了『 丽『千 Ｘ １００。。 （¨ ７） ２．１有效热量的计算 灰、炉渣等物流热损失）及其所占的百分比。 ２一种新的计算模型 式（１）因各项损失计算都需要用燃料带入炉 内的热量，所以仍需要测量燃料的发热量；此外如 计算ｑ 时，还需要测量飞灰和炉渣中的可燃物含 量，计算ｑ。、ｑ。需要知道燃料的含碳量和含硫 量，而这些量目前还都无法比较准确的在线测量， 所以在燃料多变的情况下，计算锅炉热效率的反 平衡法无法实现在线应用。 为了在锅炉效率的计算公式中，消去不易测 量的参量，对效率公式做如下改变： ｎ ７一 Ｑ ＋Ｑ＋Ｑ。＋Ｑ ＋Ｑ ＋Ｑ。 …。。 ，～一 。（３） 式（３）中Ｑ 为锅炉有效利用热量，ｋＪ・ｋｇ＿。。将 分子分母都乘以保热系数 （把某段烟道中烟气 放出的被受热面吸收的程度，用保热系数来考虑， 等于受热面工质吸收的热量与烟气放出的热量之 比），则： 一 ×（Ｑ ＋Ｑｚ＋Ｑ。＋Ｑ ＋Ｑｓ＋Ｑｓ）翌 × １００％， （４） 由电站锅炉的保热系数 ： 一 一。 ， 一Ｑ 一Ｑ５一Ｑ ＋Ｑｚ＋Ｑ。＋Ｑ ＋Ｑｅ代 入式（４），得： 叩竹， 一一一 ＦＱ１＋Ｑ＋Ｑ＋Ｑ＋ －Ｆｇ＿ｌ 一×（＾ ～ｌ １ｌＯＩＩ０ 一ｑＪ ｎ一，， ５）●，． （５） 将式（５）分子分母同除以Ｖ ，则 叩一 Ｑ／ｖ ＋Ｑ２ ／ｖ ４－ｐｙ Ｑ３ ｐ／ｖ ｌ ｐｙｙ＋Ｑ４／Ｖｐｙ＋Ｑ６／Ｖｐｙ一 × （１００ 一ｑ５）， （６） 式（６）中， 是每１ ｋｇ实际燃料量缩短的实际排 烟体积，ｍ ｋｇ一。令 一 ， ｚ一 ，…， 锅炉燃烧产生最终带动汽轮机发电的一部分 热量，成为有效热量Ｊ ： Ｔ—Ｑ１ 一 。 （８） 其中有效利用热量Ｑ 包括过热蒸汽、自用饱和 蒸汽、再热蒸汽、再热器减温水、排污水等在锅炉 中的吸热量。其表达式为： Ｑ１一ＥＤ （ 一ｉ ）＋Ｄｂｈ（ ｂｈ—ｉ ）＋ Ｄ （ ｚｒ—ｉ ）＋Ｄｊ （ 一ｉ 。）＋ Ｄ （ 一 ）］／Ｂ。 （９） 式（９）中：Ｄ 过热蒸汽流量，ｋｇ・ｈ＿。；ｉ ｇｒ过热 蒸汽出口焓，ｋＪ・ｋｇ一；ｉ 给水焓，ｋＪ・ｋｇ＿。；Ｄｂｈ 自用饱和蒸汽流量，ｋｇ・ｈｆ。；ｉ 饱和蒸汽焓，ｋＪ・ ｋｇ＿。；Ｄ。 再热器进口蒸汽流量，ｋｇ・ｈ～；ｉ 再 热器出口蒸汽焓，ｋＪ・ｋｇ＿。；ｉ 再热器进口蒸汽 焓，ｋＪ・ｋｇ＿。；Ｄｊ 用给水作为再热器减温水时喷 入再热器的给水量，ｋｇ・ｈ～；Ｄ。 排污水流量， ｋｇ・ｈ一 ；ｉ ｊｊＦ污水焓，ｋＪ・ｋｇ一 。 以Ｑ ＝＝＝ Ｄ・Ａｉ／Ｂ代入式（９）得： Ｄ．△ １：专｝— 一 ＝『＿’， （１０） 式（１０）中ＢＶ 总排烟量可以由以下方法求得。 通过一级省煤器烟道热平衡可得到如下表达式： Ｂ （ 一 ＋△ｄ， ）一Ｇ（ 一 ）， （１１） 式（１１）中 是保热系数； ：＝：１一ｑ ，ｑ 一ｑ ・ ；ｇ 是额定蒸发量下的散热损失百分数，可 根据锅炉容量查得；Ｄｎ是锅炉额定蒸发量，ｋｇ・ ｈ；Ｄ是实际蒸发量，ｋｇ・ｈ一； ， 是一级省 煤烟道进出口的烟气焓，ｋＪ・ｋｇ＿。；△ａ是该级省 煤器烟道的漏风系数；Ｇ是流过该级省煤器的给 水量，ｋｇ・ｈ～；ｉ ， 是该级省煤器进出口的积水 焓，ｋＪ・ｋｇ＿。；碾是冷空气焓，ｋＪ・ｋｇ。 焓用体积、比热容、温度的乘积（即Ｊ—ＶｃＯ） 代人式（１１）得： Ｂ．。 ｃ 售一Ｖ 一Ｖ 、 、一 Ｇ（ 一ｉ ）。 （１２） ６２Ｏ 青岛科技大学学报（自然科学版） 第３４卷 式（１２）中： ， 是该级省煤器烟道进出口处的 烟气量，ｉｎ。・ｋｇ；Ｃ ，Ｃｔｔ是该级省煤器烟道进出 口处的烟气比热容，ｋＪ・ｋｇ＿。，缺乏烟气中各成分 含量时，可用Ｃ一１．３５８＋０．０００ １８０＿７ 近似计算； ０ ， 是该级省煤器烟道进出口处烟气温度，℃；ｃ 是冷空气比热容，ｋＪ・ｋｇ～；Ｔ是冷空气温度，一 般可以取３０℃。 由于全烟气等于理论烟气量加过剩空气量 Ｖ—Ｖ；＋１．０１６ １・（口一１）・ｖｏ， （１３） 将式（１３）代入式（１２）可得 Ｂ・Ｖ 一Ｇ（ｉ 一ｉ ）／ Ｉｃ＇Ｏ 一ｄ＇ｏ 一 １．０１６ １［（ａ 一ａ ）ｃ ０ 一（ａ 一 ） 一 （１４） 式（１４）中：ａ ，ａ ， 省煤器进出口及排烟处 过量空气系数；Ｋ 是理论烟气与理论空气量的 比值，此值对于煤来说变化范围很小（Ｏ．９７～ ０．９８５），它主要取决于含氧量，其对计算结果不会 影响很大，可取固定值０．９７０； （Ｈ Ｏ）是排烟处 水蒸气体积分数，实际上，水蒸气份额对总烟量的 影响较小，故也可以选用经验值，对于不同的煤可 取不同值（０．０５～Ｏ．２０）。 ２．２排烟热损失的计算 当烟气由烟囱排放到大气中时，还有相当高 的温度，因此在烟气中还有很大一部分热量，这部 分热量随着烟气直接排放到大气中，不能被利用， 形成了排烟热损失ｊ 。这项热损失是电站锅炉 各项热损失中最大的一项，一般在５ 左右，而且 排烟温度每上升１２～１５℃，排烟热损失就会增加 约１ 。本研究计算的时候将排烟中的飞灰焓计 算在其他热损失中。 ｒ— ｐｙＣｐｙ０ｐｙ—ＧｐｙＶ￣ＣＴ一 一 — ｐｙ Ｃｐｙ０ｐｙ－－Ｉ￣ｐｙｃＴ 。 ） 式（１５）中０ 是排烟处温度；Ｃ 是排烟处烟 气比热。 ２．３化学不完全燃烧热损失的计算 化学不完全燃烧包括一氧化碳，氢气，甲烷这 ３种气体。 Ｊ 一（１２６．４・ｚ（ＣＯ）＋１０７．９・ （Ｈ２）＋ ３５８．２ｘ（ＣＨ ）・（１一ｚ（Ｈ２Ｏ））。 （１６） 其中：ｚ（ｃＯ）、ｚ（Ｈ ）、ｘ（ＣＨ ）都指干烟气中 各气体的体积分数。 ２．４机械不完全燃烧热损失的计算 机械不完全燃烧热损失Ｉ 是由于煤粉颗粒 在炉膛中没有充分燃烧所造成的损失。 Ｑ４ 一 。 （１７） 设 为没有燃烧的碳占应用基燃料的质量 分数，则： 一 Ｑ４：一 ＝＝ ，’ （１８） 式（１８）中Ｍ为１ ｋｇ纯碳完全燃烧放出的热量， ３２ ６８２ ｋＪ・ｋｇ。 以Ｖｇｋ表示过剩空气量，它可由烟气中的氧 来换算，即剩在烟气中的氧减去由于不完全燃烧 而没有消耗的氧，就应该等于过剩空气中的氧。 假设烟气中除ＣＯ之外，无其他可燃气体且 ｌ ｋｇ煤中没有燃烧的碳的质量分数为 ，则 ｇｋ＝ Ｖｐｙ（ｚ（ｏｚ）一Ｏ．５ｚ（ｃｏ）－－１．８６６ ），（１９） ｚｌ从而得到 ｏ２） ・ （Ｃｏ）＿ 盟 旦）／１．’ ８６６。 。 （２Ｏ） ｐｙ 将式（２０）代入式（１８）经公式变换推导得： ４—３２６．８２（ｚ（０２）一０．５ｘ（ＣＯ）一 ２ １） ）・ 一 、 １７５．１４［ｘ（０２）一０．５ｘ（ＣＯ）一 ２１（１一ｚ（Ｈ ｚｏ））． ］。 （２１） ａ一２１／（２１—７９× —１００ 一ｚ（ ２ＲＯ ）一ｚ（２熹０ ）一ｚ（ ／ＣＯ））。 … 式（２１）中的ａ 不能用式（２２）来计算，因常规 的公式都是在机械不完全燃烧热损失为零时导 出，因此如用常规公式求出ａ 代人式（２１）中Ｊ 必然为零。因此先要导出机械不完全燃烧热损失 不为零时的过剩空气系数０／的计算公式。 ２．５其他热损失的计算 其他热损失包括灰渣和飞灰的热损失，则： ６一 ［ ．Ｈｈ：＋Ｈｆｈ］， （２３） 第６期 刘 磊等：一种新的锅炉热效率在线计算模型 式（２３）中： 是排烟中的飞灰质量分数，对于固体 排渣煤粉炉可以去０．０３～０．０５；‰是飞灰质量 分数大致值，Ｈｎ。是１ ｋｇ灰渣的焓值（固体排渣 煤粉炉灰渣温度６００ ｏＣ，焓值５５４ ｋＪ・ｋｇ ）； Ｈ 是１ ｋｇ飞灰焓值。 ３计算实例和误差分析 以某电厂３３０ ＭＷ机组１ ０００ ｔ・ｈ 煤粉锅 炉为研究对象，根据锅炉现场所测定的数据（表 １），采用不同的计算模型，对锅炉的热效率进行计 算，并将结果进行比较和分析见表２。 表１锅炉现场所测原始数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄａｔａ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔ ｂｏｉｌｅｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｉｔｅｓ 本研究所提出公式与标准方法的计算结果比 较发现，２种公式的计算结果很接近。在本研究 所提公式中，由于使用了烟气焓近似公式，没有考 虑飞灰项，对效率值略有影响。本研究所提公式 中的ｑ 高于标准公式计算结果，但ｑｚ、ｑ。、ｑ 均 低于标准公式的计算结果，这是由于将排烟损失 中的飞灰项移到了其他热损失中，当然也有引入 统计量的部分原因。但从整体来看，本研究所提 出的锅炉热效率计算模型，能获得比标准计算公 式相对较高的热效率，且可以实现在线计算。 表２不同公式的计算结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ４ 结 语 在反平衡法的基础上，通过引入一些统计量， 建立了一种新的锅炉热效率模型，避免了在线检 测燃煤量、煤的发热量、飞灰和炉渣的含碳量等难 以在线检测的量，为在线测量锅炉热效率提供了 很好的理论依据。 通过实例分析，证明所提出的锅炉热效率模 型的计算结果与锅炉性能考核时计算的标准结果 相比，误差较小，且能获得较好的热效率。电厂人 员可以对电厂设备能进行在线监控，进而对资源进 行优化配置，提高电厂的经济效率，节约能耗，且在 任何工况下，对于任何煤种都可使用所提出的模 型对其进行计算，可以广泛应用于实际电厂中。 参 考 文 献 ［１］沈芳平，周克毅，胥建群，等．锅炉效率计算模型的分析与比 较［Ｊ］．锅炉技术，２００４，３５（１）：４８—５２ ［２］金旭英，王培红．锅炉效率计算模型的比较和简化［Ｊ］．能源 研究与利用，２００１（１）：１６－１８． ［３］张小桃，王墙红．一种新的锅炉效率的计算模型［Ｊ］．电站系 统工程，Ｉ９９９，１５（４）：１６－１８． ［４］李智，蔡九菊，曹福毅，等．电站锅炉效率在线计算方法［Ｊ］． 节能，２００５（３）：２８—２９． ［５］江文豪，韦红旗．电站锅炉效率在线计算模型的比较与分析 ［Ｊ］．发电设备，２０１１（３）：７３—７６． ［６］方向．ＴＥＬＥＰＥＲＭ ＸＰ中性能计算的应用一锅炉效率计算反 平衡迭代法［Ｊ］．电力自动化设备，１９９９，１９（５）：３０—３３． ［７］Ｈｅｒｒｅｒａ Ｌ Ｊ，Ｐｏｍａｒｅｓ Ｈ，Ｒｏｊａｓ Ｉ，ｅｔ ａ１．Ｇｌｏｂａｌ ａｎｄ ｌｏｃａｌ ｍｏｄ— ｅｌｌｉｎｇ ｉｎ ＲＢＦ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｎｅｕｒｏｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２０１１，７４ （１６）：２５９４—２６０２． （责任编辑孙丽莉）
