电厂锅炉单耗分析模型及其应用

袁斌

摘 要：锅炉作为电厂不可或缺的能量转化设备，是将燃料的化学能转化为热能的重要设备，但锅炉在工作过程中也会发生热量消耗。按照单耗分析理论，建立与电厂锅炉单耗相适应的模型，并将其运用于锅炉单耗分析中，能够在很大程度上起到提高电厂发电机组发电效率的效果。

关键词：锅炉；单耗分析；模型；应用；效率

引 言：电厂对我国经济社会的快速发展发挥了重要的作

用，锅炉是发电厂三大主要设备中重要的能量转换设备。它的作用是将燃料的化学能转变为热能，并利用热能加热锅内的水使之成为具有足够数量和一定质量（气温、气压）的过热蒸汽，供汽轮机使用。[1] 但是，锅炉在运行过程中会发生能量损耗，传统的损耗分析由于存在诸多不足，无法完整地将省煤器在锅炉能源利用中所发挥的作用充分体现出来，难以为锅炉与机组的参数匹配提供有益参考，已经无法满足我们如今的需要。这就要求我们再充分研究单耗分析理论的基础上，探讨电厂锅炉的不可逆损耗和分布规律，并为发电机组节能提供有效的途径。

一、单耗分析理论知识简介

单耗分析理论是华北电力大学的教授宋之平提出来的，根据热力学第二定律，所有的热力学过程均会产生熵产，且这一过程是不可逆的，不可逆损失与熵产之间呈明显的正相关关系。单耗分析是建立在火用和火用经济学基础上的一种能量系统分析理论和方法，以产品单耗作为主要评价指标，分析单耗的构成及其分布和变化。众所周知，不可逆损失量与附加燃料的消耗量是相互对应的，在这一基础上通过将数量关系式两边同除P. ef就得到了产品生产过程的单耗分析模型。事实上，在实践中我们如果知道某一产品的实际燃料单耗，通过公式我们就能在不对能源生产系统、利用系统进行深入细致分析的基础上特别方便地算出某种产品的火用效率，这使得第二定律更好地服务于能源利用的分析统计之中，也使人们进一步认识到了这一定律的内在价值。

二、单耗分析理论在电厂锅炉运行中的应用

对于电厂的热力系统而言，也可应用公式进行火用效率和热效率的计算。通过对公式进行深入分析和变形，我们不难得出实际燃料单耗与锅炉火用效率之间的关系，从而得出锅炉的火用效率不仅与热效率有关，也与热能产品的品位关系密切。特别是某些再热循环的锅炉，如果该锅炉与机组之间具备匹配的参数，那么对于提升锅炉的火用效率具有十分明显的作用。

三、电厂锅炉的单耗分析

依据单耗分析理论，锅炉输出的热产品为工质吸热量，这一数据实际上是锅炉省煤器、过热器、水冷壁、低温过热器、高温过热器以及低高温再热器各个受热面所产生的热产品总和。但是，我们必须强调一下亚临界及以下参数的锅炉，由于它存在汽化吸热过程，故而需要对水冷壁吸热过程加以修正。在锅炉运行过程中，因锅炉的热效率不会受到空气预热器回热热量的影响而改变，因此，锅炉的热效率就能够通过正反平衡核实的方式进行满足。在进行锅炉设计时，绝热燃烧温度是一个十分重要的参数，它主要受燃料特性的制约，在假设锅炉内的燃烧环境处于最佳状态时，所有被燃烧的燃料所释放的热量全部被吸收，这样就会产生一个关于绝热燃烧的热平衡公式，从而得出燃烧得到的热量远远大于释放的热量的结论。但实际上，锅炉在燃烧的同时也在进行放热，且放热的温度较之绝热燃烧温度偏低，这也恰恰说明燃烧所产生的绝大部分热量都被工质吸收了，还有一部分被空气吸收，另一小部分热量发生了损失。根据单耗分析理论，工质吸热量Qb是锅炉的热产品，空气预热器内空气吸热量Qa只是锅炉内部会热，不是锅炉供出的热产品，这与其不改变锅炉热效应相对应。

但由于锅炉进行燃料燃烧过程中，内部的热量在传递过程中也会产生损耗，即火用损耗。如果想得到电厂锅炉的单耗分析结果，就需要我们对锅炉所有受热面的不可逆性所产生的燃料单耗贡献率进行分析，根据单耗分析理论和第二定律，笔者针对性地得出了与电厂锅炉单耗分析相适应的模型，目前，单耗分析模型已经运用于多个1000MW发电机组锅炉，它能够将锅炉不可逆损失的分布情况和不可逆损失的大小进行提示，从而帮助电厂工作人员在节能设计时提供有益参考和借鉴。

结束语：总之，单耗分析理论的应用和单耗分析模型的建立，更加全面、准确地将省煤器尾部余热进行燃料分摊，避免了传统的火用分析的缺陷型。同时，通过研究分析得知，锅炉必备的受热面不一定包含省煤器，这样就能在一定程度上开展更加广泛地进行发电机组与锅炉参数优化配置，是提高电厂发电机组工作效率的有力保证。此外，这一理论和模型的应用，能够有效杜绝锅炉中省煤器失效事故的发生，这无疑能够大大提高发电机组的安全性和可靠性，对于电厂的安全持续发展和节能减排大有裨益。

参考文献：

[1] 何青，刘辉，张军良，蔡悠然，刘文毅.压缩空气储能系统单耗分析模型及其应用.华北电力大学学报.2015年9月第42卷第5期：75.