燃煤电站锅炉系统能效评价方法研究

薛勇

摘 要：燃煤电站锅炉系统的能效直接决定了火电站供电效率，提高燃煤电站锅炉系统的燃煤效率不仅能够增加电厂的收益而且对环境的保护也有很大的帮助。煤炭的充分燃烧降低了空气中二氧化硫和一氧化碳等有毒气体的排放，而且能够提高燃烧热，因此，对煤炭的燃烧效率进行分析是热电厂工作的重要内容之一。本文通过对燃煤电站锅炉系统能效从数学方法上进行评价，希望能够建立统一的锅炉能效评价方法，促进热电厂效益的提高。

关键词：燃煤电站；锅炉系统；能效评价方法

中图分类号：TK229 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2017）08-0165-02

Abstract：coal-fired power plant boiler system energy efficiency directly determines the efficiency of power supply of power station， improve coal-fired boiler system of power plant coal-fired power plant can not only increase the efficiency of the revenue and the protection of the environment is also a great help. Coal combustion reduces two of air oxygen sulfur and carbon monoxide and other toxic gases， but also can to improve the heat of combustion， so the combustion efficiency of coal analysis is an important part of power plant work. Through the evaluation of energy efficiency of coal-fired power plant boiler system from mathematical method on boiler efficiency evaluation method to establish a unified， to promote the benefit of thermal power plant is improved.

Key Words：coal fired power plant； boiler system； energy efficiency evaluation method

热力学第一定律的建立和應用对于能源资源的消耗产能评估提供了有效的手段，对于燃煤电站锅炉系统的能效评价来说，其效率的认定是依托热力学第一定律来进行的。但是热力学第一定律并不能够完整的体现燃煤电站锅炉能源利用的本质，因此，在本文中，我们通过对锅炉系统进行全面的分析和评价，结合实际情况，构建了新的高效的锅炉系统能效评价方式和模型。

1能效的概念

能效的概念是在上世纪九十年代WEC（世界能源委员会）发布的《应用高技术提高能效》中首次提出的，在书中将能效定义为减少提供同等能源服务的能源投入。从物理学上来看，能源效率指的是在从开采过程到能源应用终端所有效利用的能源量与实际消费的能源量的比值。

随着环境问题的日益严重和资源能源的短缺，人们对资源的开采和应用也越来越重视，能效也逐渐进入到人们的视野之中。火力发电企业是当前我国主要的污染企业之一，其在燃煤发电的过程中由于煤炭的不完全燃烧向空气中排放大量的有害气体，是导致北方冬季雾霾天气最主要原因之一。但是经济的发展又需要充足的电力支撑，因此，简单的将火力发电厂关闭是不可行的，这就要求技术人员严格把控火力发电燃煤的过程，减少污染物排放的同时提高燃煤电站锅炉系统的能效，保障电站的发电效率。建立科学有效的燃煤电站锅炉系统能效评价方案，是在当前环境保护形式越来越严峻环境下的必由之路，对于燃煤电站效率的控制和环境污染程度具有十分关键的作用[1]。

就目前情况分析来看，主要存在两种能效分析方法，其中一种是以热力学第二定律为指导的熵分析法；另一种是以热力学第一定律为指导的等效热降法和热平衡法。传统的锅炉系统能效评价方法主要以热平衡法为主，但是热平衡法随着时间的发展其制约性越来越明显，首先热平衡法并不能透过锅炉内部去分析系统内的燃烧损失，其次对于锅炉运转过程中的传热损失也没有考虑到，而依托于热力学第二定律的熵分析法的概念复杂难懂，且应用困难，因此，该方法也没有广泛的推广开来。在本文中，我们根据平衡理论，构建了新的能源评价模式，对燃煤电站锅炉系统的能效进行系统而科学的评价[2]。

2燃煤电站锅炉系统能效模型的构建

平衡理论简单来说指的是离开一个系统的与进入一个系统的是有相等的数值的，在此基础上可以建立燃煤锅炉系统能效评价的平衡模型。在锅炉系统中，锅炉主要通过利用燃料的燃烧来给锅炉中的水进行加热，从而使水产生大量的水蒸气来带动汽轮机的运转，锅炉需要在燃料燃烧的过程中具有供给空气的装置而且能进行尾气的排放，燃料燃烧产生的化学能经过锅炉进行传递，这一过程中的平衡的表达式如式2-1所示。

式2-1

在上式中，mBeB代表的是燃料的，mLeL表示热空气，e表示比，m1e1、m2e2、m3e3、m4e4分别为给水、再热器入口蒸汽、过热器出口蒸汽以及再热器出口蒸汽，Ir表示锅炉的损失量。

一般情况下锅炉系统在实际工作中空气的入口温度等于环境温度，此时可以将热空气忽略，锅炉的效率可以表示为下式。

从式2-1中可以看出，锅炉系统的传热损失、散热损失、固体不完全燃烧损失、燃料化学不完全燃烧损失、排烟损失以及燃烧损失这六部分能量损失主要构成了锅炉燃烧过程中的主要损失。通过对于锅炉系统损失的比例进行计算并画出相关的损失分布图可以看出，锅炉的损失主要产生在燃料燃烧放出化学能以及热量的传递两个过程，即锅炉损失的最主要内容为传热损失和燃烧损失。从损失的量可以得到，当传热过程中锅炉温差越大的话会造成损失也越来，而燃料燃烧是一个不可逆的过程能够造成产，从而导致很大的损失量[3]。

在燃煤电站锅炉系统中各个环节都会造成损失，损失的相对含量通过引入损系数来进行评价，损系数是一个相对量，从系数的大小能够对锅炉设备的损失的情况进行有效的判断，从而能够找出锅炉系统的节能的潜力环节，进而能够进行锅炉系统的优化和改进，对锅炉系统能效进行高效的评价。

3燃煤电站锅炉系统能效评价指标体系的建立

在燃煤电站锅炉系统中，由于锅炉系统所包含的设备多且设备运行复杂，所以对燃煤电站锅炉系统能效评价指标体系的建立工作是复杂而精细的。在体系建立的过程中我们不仅要对锅炉系统的实际能效做出良好的评价，而且还要评估其环境友好性。就当前情况而言，在电厂的节能管理中对燃料的管理已经成为最重要的一部分，对燃料进行有效的管理对于提高电厂的效率，降低对环境的污染具有至关重要的作用[4]。

在燃料管理中，我们将炉煤质合格率和炉煤热值差作为评价燃料管理的指标，并制定基准值，并将基准值与实际值的偏差系数作为对体系的具体评价指标值，从而可以通过指标值对各个不同机组的工作进行评价。

4电站锅炉系统能效评价模型的构建

4.1 评价集的建立

建立锅炉能效评价指标值并将其分为三个一级指标，分别为燃料管理指标、环境指标和效率指标。在每个一级指标下有若干个二级指标，构成评价的因素集[5]。

4.2 评语集的确定

将评价指标的评语分为差、中下、中、良好以及优秀五个部分。

4.3 隶属度函数的确定

在对锅炉系统进行评价和研究的过程中，涉及到定量指标的计算，我們通过等腰三角形来进行隶属度的确定。[6]

在上式中，wij指的是第i个因素的第j个指标值，rij（vk）指的是第i个因素集第j个指标对比于评语vk的隶属度，vk对应的常数分别为sk，qk和pk。

4.4权重的确定

为了更好的对锅炉系统的能效进行评价，通过引入偏好系数来进行系统的评估工作。利用专家评议法与熵权法组合的方式对上文中的指标进行赋权。熵权法的优点主要体现在其对新的测量指标变异状况的值进行了重新的定义，但是缺点表现在会造成分配的指标权重偏向于均衡化发展。在本文中我们通过两种方法进行组合利用组合赋权法能够很好的弥补传统的赋权方法的不足，克服其固有的缺点，并可以通过加权平均的方法进行定量的计算，从而能够很好的进行权重的比较和确定，并能够对其定量值的大小进行确定，提高锅炉的效率。

5结语

在本文中，通过对燃煤电站锅炉系统运行过程中的损失进行了详细的介绍和分析，从而能够确定锅炉系统中的潜在节能环节，可以针对性的对锅炉系统进行改造，提高锅炉运转效率。在文中通过详细的数据分析和实例考察建立了新的燃煤电站锅炉系统能效评价模型和方法，利用专家评议法和熵权法构成的组合赋权法来确定指标的权重，使得锅炉能够更高效的工作，并找出了燃煤电站锅炉运转中的薄弱环节和需改进环节，促进锅炉燃煤效率更高更彻底。

参考文献

[1]杨勇平，杨志平，徐钢，等.中国电力发电能耗状况及展望[J].中国电机工程学报，2015，33（23）：1-11.

[2]闫丽涛. 300 MW 火力发电机组热力系统（火用） 分析及优化研究[D].保定：华北电力大学，2009.

[3]崔亚明.基于 Aspen Plus 的电站燃煤锅炉（ 火用） 分布特性研究[D].北京：华北电力大学，2009.

[4]王晓亮.工业锅炉能效测试不确定度分析及软件编制[D].南昌航空大学，2012.

[5]刘林.锅炉的能效评价与影响因素分析[D].山东大学，2012.