淺談國產(chǎn)300mw機組水汽系統(tǒng)的布置及運行

1利用機理分析在鍋爐熱利用分析中的應(yīng)用,并將其作為一個重要的分析分電動汽車是汽油發(fā)動廠的主要能耗設(shè)備。對線路的節(jié)能分析非常重要。目前,熱平衡方法被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐,它從能量的數(shù)量方面分析能量的利用情況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一種更準確揭示鍋爐熱利用的方法——火用分析法開始應(yīng)用于電站鍋爐,它從能量的“量”和“質(zhì)”兩個方面分析能量的利用情況。然而,目前火用分析法在應(yīng)用上僅是將鍋爐按照黑箱原理進行火用分析,計算整個鍋爐的火用損失,而對鍋爐內(nèi)部各設(shè)備的火用損失計算以及火用經(jīng)濟學(xué)分析還很少。鍋爐汽水系統(tǒng)是鍋爐的重要組成部分,其結(jié)構(gòu)布置及運行狀態(tài)直接影響整個機組的經(jīng)濟性和安全性。對鍋爐汽水系統(tǒng)進行火用分析,可以更完善、更具體地衡量鍋爐汽水系統(tǒng)的熱力學(xué)完善程度,準確地揭示系統(tǒng)中損失最大的環(huán)節(jié)或過程,為節(jié)約能源提供目標及對策。2分析包式汽油公司系統(tǒng)的火災(zāi)類型2.1火用平衡原理在能量傳遞過程中,過程物系的火用減少量恒等于過程物系的火用增加量,這就是關(guān)于過程進行的火用平衡原理。對于一個熱力系統(tǒng)的火用平衡可用下面的方程式表達:輸入系統(tǒng)的火用=輸出系統(tǒng)的火用+火用損失+系統(tǒng)火用的變化(對于穩(wěn)定流動系統(tǒng),系統(tǒng)火用的變化為0)該方程是建立火用平衡測試及分析模型的基礎(chǔ)。2.2火用平衡分析結(jié)論模型在對熱力系統(tǒng)進行火用分析時,一般采用單元法。首先,將系統(tǒng)劃分成若干個子系統(tǒng),然后,對所劃分的單元逐一進行火用平衡分析,計算各個子系統(tǒng)的設(shè)備性能指標,最后,通過圖形或表格形式展示分析結(jié)果,得出結(jié)論。2.2.1鍋爐內(nèi)部汽水處理點本文以WGZ670/13.7-7型鍋爐為例,對其汽水系統(tǒng)進行了單元劃分,劃分邊界經(jīng)過以下幾個關(guān)鍵點:(1)鍋爐內(nèi)部汽水設(shè)備的主給水、主蒸汽、再熱蒸汽的進出口點;(2)鍋爐內(nèi)部汽水設(shè)備的輔助汽水進出口點;(3)鍋爐內(nèi)部汽水設(shè)備煙氣側(cè)的進出口點;(4)將噴水減溫器劃歸為噴水后的下一級控制體中;(5)將爐膛內(nèi)部的水冷壁、汽包(汽水分離器)劃歸為一級控制體中;(6)將熱交換器、儲水箱、下級省煤器劃歸為一級控制體中;(7)將上級省煤器和混合器劃歸為一級控制體中。2.2.2個級控制體的確定為便于汽水系統(tǒng)的火用分析,筆者通過對大量現(xiàn)行電站汽包鍋爐汽水系統(tǒng)的研究,建立了汽水單元火用分析通用模型(如圖2所示),它是汽包鍋爐各汽水單元火用平衡方程導(dǎo)出的前提和關(guān)鍵。若有n個級控制體,對于第i個級控制體,設(shè):(1)進入控制體的主給水、主蒸汽、再熱蒸汽量為miva;(2)進入控制體的主給水、主蒸汽、再熱蒸汽的比火用為eiva;(3)進入控制體的輔助汽水量為mivaj;(4)進入控制體的輔助汽水的比火用為eivaj;(5)隨煙氣傳入控制體的熱流火用為EivaQ;(6)第i個級控制體火用損為Ii。式中:下標i——表示沿汽水流動方向級控制體的編號(i=1,2,3…);下標va——表征蒸汽類別,當(dāng)主蒸汽流經(jīng)設(shè)備時,va=s,再熱蒸汽流經(jīng)設(shè)備時,va=z;下標j——為進入到控制體的輔助汽水的編號。(1)加平衡方程參照圖2建立的汽水單元火用分析通用模型,第i個級控制體的火用平衡方程:mivaeiva+mivajeivaj+EivaQ=m(i+1)vae(i+1)va+m(i+1)vaje(i+1)vaj+Ii(1)(2)內(nèi)部火用損失計算根據(jù)第i個級控制體的火用平衡方程可得,該汽水單元的內(nèi)部火用損失為:Ii=mivaeiva+mivajeivaj+EivaQ-m(i+1)vae(i+1)va-m(i+1)vaje(i+1)vaj(2)(3)vaei+1vaje-mivaiiivaviq3按目的火用效率的定義,第i個級控制體汽水單元的目的火用效率ηp為:ηp=m(i+1)vae(i+1)va+m(i+1)vaje(i+1)vaj-mivaeiva-mivajeivajEivaQ(3)ηp=m(i+1)vae(i+1)va+m(i+1)vaje(i+1)vaj?mivaeiva?mivajeivajEivaQ(3)(4)系統(tǒng)消耗的火用的比值第i個級控制體汽水單元的火用損系數(shù)是該汽水單元的火用損與整個鍋爐汽水系統(tǒng)消耗的火用的比值,即:λi=Ιivamcec+maeaλi=Iivamcec+maea(4)式中:mc、ma——分別為輸入到系統(tǒng)的煤和空氣的質(zhì)量流量;ec、ea——分別為輸入到系統(tǒng)的煤和空氣的比火用。(5)蒸汽單元火用損率為將汽—汽熱交換器的火用損分別與主蒸汽系統(tǒng)的火用損和再熱系統(tǒng)的火用損進行比較,需分別求出主蒸汽系統(tǒng)(再熱蒸汽系統(tǒng))各個級控制體的火用損率。ΔΙiva=Ιiva∑Ιiva(5)式中:Iiva——主蒸汽(再熱蒸汽)系統(tǒng)第i個級控制體汽水單元的火用損;∑Iiva——主蒸汽(再熱蒸汽)系統(tǒng)的總火用損。(6)位火用耗計算根據(jù)單位火用耗的定義,第i個級控制體汽水單元的單位火用耗ki為:ki=EivaQm(i+1)vae(i+1)va+m(i+1)vaje(i+1)vaj-mivaeiva-mivajeivaj(6)2.3計算火值的要點(1)火炬用量的計算在電站鍋爐汽水系統(tǒng)的火用分析中,開口系統(tǒng)的焓火用為穩(wěn)定物質(zhì)流的火用,計算式為:e=h-h0-T0(s-s0)(7)式中:e——工質(zhì)的比火用;h——工質(zhì)的比焓;s——工質(zhì)的比熵;h0、T0、s0——分別為環(huán)境狀態(tài)下工質(zhì)的比焓、溫度和比熵。(2)根據(jù)該值計算煤炭的火利用值作為輸入鍋爐系統(tǒng)的燃料,煤的化學(xué)火用計算方法較為復(fù)雜,一般令其化學(xué)火用等于其低位發(fā)熱量:e=QL(8)式中:QL——煤的低位發(fā)熱量。(3)煙氣流速蒸發(fā)受體面溫度計算當(dāng)煙氣流經(jīng)的受熱面進出口溫度相同,即受熱面布置于爐膛內(nèi)部換熱方式為純輻射換熱時,煙氣熱流火用按式(9)計算:EivaQ=∫Q(1-Τ0ΤΗ)dQ=(1-Τ0ΤΗ)Qim(9)式中:TH——煙氣流經(jīng)蒸發(fā)受熱面的溫度;Qim——蒸發(fā)受熱面內(nèi)部工質(zhì)側(cè)的吸熱量。當(dāng)煙氣流經(jīng)的受熱面進出口溫度不同時,煙氣熱流火用按式(10)計算:EivaQ=∫Q(1-Τ0ΤΗ)dQ=∫Τ2Τ1(1-Τ0Τ)mgzcpdT(10)式中:T1、T2——分別為煙氣流經(jīng)受熱面進、出口時的溫度;mgz——受熱面內(nèi)部工質(zhì)側(cè)的質(zhì)量流量;cp——受熱面內(nèi)部工質(zhì)側(cè)的定壓比熱。3汽-汽熱交換器建模WGZ670/13.7-7型鍋爐布置兩級省煤器和空氣預(yù)熱器。過熱器具有兩級來自給水泵抽頭的噴水,一級在后屏過熱器前,一級在末級過熱器。再熱蒸汽的部分蒸汽通過汽-汽熱交換器由過熱蒸汽加熱。為了評價該鍋爐汽水系統(tǒng)的運行狀況,筆者對該爐進行了熱工測試,并對其作了火用分析(由于爐膛水冷壁的測量數(shù)據(jù)不夠全面,此處對其未作分析)。為了充分展示火用分析的結(jié)果,使其更為生動直觀,以便于對系統(tǒng)各單元的經(jīng)濟性狀況作進一步的分析,可采用3種方法來完成對火用分析結(jié)果的表述,即火用分析匯總表,設(shè)備火用分析結(jié)果比較棒圖和火用流圖,本文采用了前兩種方法。3.1火用及具體分析結(jié)果根據(jù)前述火用分析方法,對WGZ670/13.7-7型鍋爐汽水系統(tǒng)進行火用分析,并將其具體分析結(jié)果示于表1。表中分別列出了該鍋爐汽水系統(tǒng)90%工況下各主要設(shè)備的火用損、目的火用效率、火用損系數(shù)、單位火用耗、主蒸汽系統(tǒng)火用損率以及再熱蒸汽系統(tǒng)火用損率。3.2鍋爐汽水機械火用行為分析根據(jù)表1計算結(jié)果,WGZ670/13.7-7型鍋爐汽水系統(tǒng)的火用分析結(jié)果比較圖示于圖(3～7),它能更為直觀地表現(xiàn)該鍋爐汽水系統(tǒng)的火用損分布、火用效率以及單位火用耗的大小,可方便地找出鍋爐汽水系統(tǒng)的用能薄弱環(huán)節(jié)。3.3系統(tǒng)用能薄弱環(huán)節(jié)及火用損量量分析由火用分析結(jié)果可知,WGZ670/13.7-7型鍋爐汽水系統(tǒng)目的火用效率較低的地方為高溫再熱器和上級省煤器,其數(shù)值分別為22.2194%和25.2556%;而火用損失較大的地方為末級過熱器、后屏過熱器和上級省煤器,其數(shù)值分別為35101.003kJ/s、26300.603kJ/s和26042.964kJ/s。火用損反映的是火用損失的多少,而目的火用效率反映的設(shè)備的熱力學(xué)完善程度。沿著前屏過熱器—后屏過熱器—末級過熱器的蒸汽流程,煙氣與受熱面間的換熱方式依次為輻射換熱、半輻射半對流換熱、對流換熱,隨著蒸汽品質(zhì)的不斷提高,過熱蒸汽的吸熱能力越來越差,使得過熱蒸汽的加熱越來越難,且其內(nèi)部壓損漸大,此外,品位較低的過熱減溫水與過熱蒸汽間存有較大勢差,減溫水的的噴入使得單元控制體的不可逆損失增大,故后屏過熱器和末級過熱器的火用損較大。再熱蒸汽是高品質(zhì)蒸汽,在流經(jīng)低溫再熱器—高溫再熱器的過程中蒸汽品質(zhì)不斷提高,吸熱能力下降,且高溫再熱器的內(nèi)部壓損較低溫再熱器要大很多,即高溫再熱器中的不可逆損失較大,所以高溫再熱器的火用損比低溫再熱器的火用損大。同樣,由于上級省煤器中工質(zhì)與煙氣間的溫差較下級省煤器的要較大,且上級省煤器中的壓損較大,即上級省煤器中的不可逆損失較大,使得上級省煤器中的火用損比下級省煤器的火用損大。由此證明了上文計算結(jié)果的正確性。系統(tǒng)的火用損系數(shù)可以反映出火用損在系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的分布,這樣我們就可以針對系統(tǒng)中的用能薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的改進措施。從整個汽水系統(tǒng)來看,末級過熱器的火用損系數(shù)最大,較其它設(shè)備高出很多,因此它是汽水系統(tǒng)中的用能薄弱環(huán)節(jié)。單位火用耗能反映出各個設(shè)備的用能水平和不可逆性。高溫再熱器、上級省煤器和下級省煤器的單位火用耗較大,說明系統(tǒng)中高溫再熱器和省煤器的不可逆性較大。4汽包鍋爐汽用量單位火用分析(1)火用分析方法可以更完善、