電廠鍋爐島能耗綜合評價指標的研究

1 鍋爐島能耗綜合評價指標研究意義
當前節能降耗是我國的一項重要政策，且隨著大容量新機組的投產、機組負荷率降低，電廠在節能降耗問題上承擔了很大的壓力，既要保證安全生產，同時也需要最大限度的發揮機組效能，降低發電成本。因此，電廠對我院的節能監督工作提出了更高的要求，如何進一步深化發電廠節能工作，在節能降耗方面提高我院的服務水平，是擺在我們面前的一個新課題。
2 鍋爐島能耗綜合指標的定義
2.1 現有評價指標的局限性
2.1.1 經濟煤粉細度
目前評價制粉系統運行經濟性的指標為制粉單耗和耗電率，而如何優化制粉系統運行、降低制粉單耗和耗電率，需要通過調整煤粉細度實現。
對于鍋爐燃燒來說，煤粉磨的越細，鍋爐的機械不完全燃燒損失就越小，但制粉所消耗的電能越多，金屬的磨損量也越大。因此，從理論上來說，對于一定的煤種和鍋爐設備，入爐煤粉的細度存在一個最佳值， 即經濟煤粉細度。（如圖1 所示）在經濟煤粉細度下，鍋爐的不完全燃燒損失和制粉的電能損失之和為最小。更確切的說，經濟煤粉細度應該使鍋爐的熱損失和制粉的電能損失之和為最小，因為煤粉細度還影響煤粉在爐膛內的燃盡時間，使爐膛的溫度分布發生變化，鍋爐的排煙溫度也可能隨之發生變化，從而影響鍋爐的排煙熱損失。通常煤粉細度對排煙熱損失的影響相比對于機械不完全燃燒損失的影響來說比較小，因此一般情況下忽略不計。
在經濟煤粉細度分析過程中，鍋爐的熱損失和制粉的電能損失均可量化，但當兩者相加時存在單位不統一的現象。鍋爐的不完全燃燒熱損失是以入爐熱量的百分比來表示的，而制粉的電能損失是以電量來衡量的，若要想得出二者相加后的數學表達式，需要對兩種不同的損失按同一標準進行換算，而如何進行換算，目前在應用中還沒有統一的標準。
圖1 最佳經濟煤粉細度的確定
： 制粉系統電能損失； ：不完全燃燒熱損失； ：煤粉細度； ：最佳煤粉細度。
2.1.2 最佳氧量的選擇
鍋爐的運行氧量反映了煤粉燃燒所需的空氣量大小，爐膛出口氧量是鍋爐運行中最容易調整、變化范圍最寬、與其它運行指標耦合性最強、對經濟性影響最大的參數之一。運行氧量發生變化時，對經濟性最直接的影響來自煙氣量引起的排煙熱損失變化，同時，它還會引起其它運行參數的改變，包括：灰渣未燃盡碳含量、排煙溫度、送引風機電耗、主再熱蒸汽溫度和減溫水量等。變氧量運行對整臺機組經濟性的影響是上述參數綜合作用的結果。
運行人員對氧量的控制往往具有比較大的隨意性，無法使鍋爐在經濟氧量下運行。運行氧量調整試驗的目的就是尋求鍋爐在各種負荷下的經濟運行氧量，以保證機組在既經濟、又安全的方式下運行。
2.2 鍋爐島全效率的定義
如前所述，無論是經濟煤粉細度，還是鍋爐最佳運行氧量，其調整目的均是實現鍋爐整體運行經濟性的最優化。但由于各項參數的互相影響，在目前以鍋爐熱效率最高為調整目標的情況下，確定的優化運行參數并不能保證鍋爐整體經濟性的最優。另外，在目前的電廠節能技術監督評價中，無論是鍋爐熱效率，還是制粉系統和各風機的電耗及耗電率，均為電廠鍋爐側的單一設備的能耗評價指標，目前并沒有一個能耗指標來反映鍋爐側整體的經濟性。因此，有必有提出一個鍋爐側設備的整體經濟性指標，既包含鍋爐熱效率，又能夠衡量制粉系統及煙風系統電能損耗。該指標可以作為目前電廠節能監督評價體系及同業對標工作中的一個指標，對比不同機組、不同工況下鍋爐整體的經濟運行狀況，更好的評價鍋爐的運行經濟性；也可以利用該指標開展大型的電廠鍋爐側優化運行試驗，綜合評價各系統運行參數對鍋爐側整體性能指標的影響，從而給出鍋爐島（包括各輔機）的最優運行參數組合，而不僅僅是各系統獨立的優化參數。
式1 中，鍋爐有效利用熱量和鍋爐輸入熱量均按GB10184-88《電站鍋爐性能試驗規程》中的方法計算；對于鍋爐側輔機輸入的熱量，由于輔機耗電量相當于減少了機組的供電量，增加了機組的燃料量，因此鍋爐側輔機輸入的熱量按輔機消耗電量所需燃料量的發熱量計算。
2.3 鍋爐島全效率的計算方法
2.3.1 輸入- 輸出熱量法
按式(1) 計算：
(1)
式中： ——鍋爐熱效率，% ；
Q1——每千克燃料的鍋爐輸出熱量， kJ/kg ；
Qr——每千克燃料的鍋爐輸入熱量， kJ/kg;
Qfj——折算至每千克燃料的輔機消耗電量所需燃煤量的發熱量，按式(2) 計算。
(2)
式中：b ---- 機組發電標準煤耗， kg/kWh ；
B ---- 鍋爐燃料量，kg/h ；
Psf、Pyf、Pzf ---- 鍋爐送風機、引風機和制粉系統的功率，kW。
2.3.1 熱損失法
按式(3) 計算
(3)
式中： --- 鍋爐熱效率, 按式（4） 計算；
b ---- 電廠發電標準煤耗，kg/ kWh ；
B ---- 鍋爐燃料量，kg/h ；
Qr ---- 每千克燃料的鍋爐輸入熱量，kJ/kg;
Psf、Pyf、Pzf ---- 鍋爐送風機、引風機和制粉系統的功率。
(4)
式中：Q2——每千克燃料的排煙損失熱量，kJ/kg ；
Q3——每千克燃料的可燃氣體未完全燃燒損失熱量,kJ/kg ；
Q4——每千克( 燃料的固體不完全燃燒損失熱量,kJ/kg ；
Q5——每千克燃料的鍋爐散熱損失熱量，kJ/kg ；
Q6——每千克燃料的灰渣物理顯熱損失熱量，kJ/kg。
3 結論
本文在分析影響鍋爐側整體經濟性的可調整參數的基礎上，提出了一個評價電廠鍋爐側運行經濟性的綜合指標---- 鍋爐島全效率，并給出了定義及計算方法。該指標不僅包含了鍋爐的熱效率，同時還包含了鍋爐制粉電 耗、風機電耗等鍋爐輔機能耗，更能夠真實的反應鍋爐側整體的運行經濟性，為電廠的經濟運行提供了更為全面和可靠的依據。該指標可以作為目前電廠節能監督評價體系及同業對標工作中的一個指標，對比不同機組、不同工況下鍋爐整體的經濟運行狀況，更好的評價鍋爐的運行經濟性；也可以利用該指標開展大型的電廠鍋爐側優化運行試驗，綜合評價各系統運行參數對鍋爐側整體性能指標的影響，從而給出鍋爐島（包括各輔機）的最優運行參數組合，而不僅僅是各系統獨立的優化參數。