燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)方法研究

薛勇

摘 要：燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的能效直接決定了火電站供電效率，提高燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的燃煤效率不僅能夠增加電廠的收益而且對(duì)環(huán)境的保護(hù)也有很大的幫助。煤炭的充分燃燒降低了空氣中二氧化硫和一氧化碳等有毒氣體的排放，而且能夠提高燃燒熱，因此，對(duì)煤炭的燃燒效率進(jìn)行分析是熱電廠工作的重要內(nèi)容之一。本文通過對(duì)燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效從數(shù)學(xué)方法上進(jìn)行評(píng)價(jià)，希望能夠建立統(tǒng)一的鍋爐能效評(píng)價(jià)方法，促進(jìn)熱電廠效益的提高。

關(guān)鍵詞：燃煤電站；鍋爐系統(tǒng)；能效評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：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

熱力學(xué)第一定律的建立和應(yīng)用對(duì)于能源資源的消耗產(chǎn)能評(píng)估提供了有效的手段，對(duì)于燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的能效評(píng)價(jià)來說，其效率的認(rèn)定是依托熱力學(xué)第一定律來進(jìn)行的。但是熱力學(xué)第一定律并不能夠完整的體現(xiàn)燃煤電站鍋爐能源利用的本質(zhì)，因此，在本文中，我們通過對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析和評(píng)價(jià)，結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建了新的高效的鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)方式和模型。

1能效的概念

能效的概念是在上世紀(jì)九十年代WEC（世界能源委員會(huì)）發(fā)布的《應(yīng)用高技術(shù)提高能效》中首次提出的，在書中將能效定義為減少提供同等能源服務(wù)的能源投入。從物理學(xué)上來看，能源效率指的是在從開采過程到能源應(yīng)用終端所有效利用的能源量與實(shí)際消費(fèi)的能源量的比值。

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重和資源能源的短缺，人們對(duì)資源的開采和應(yīng)用也越來越重視，能效也逐漸進(jìn)入到人們的視野之中。火力發(fā)電企業(yè)是當(dāng)前我國主要的污染企業(yè)之一，其在燃煤發(fā)電的過程中由于煤炭的不完全燃燒向空氣中排放大量的有害氣體，是導(dǎo)致北方冬季霧霾天氣最主要原因之一。但是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又需要充足的電力支撐，因此，簡單的將火力發(fā)電廠關(guān)閉是不可行的，這就要求技術(shù)人員嚴(yán)格把控火力發(fā)電燃煤的過程，減少污染物排放的同時(shí)提高燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的能效，保障電站的發(fā)電效率。建立科學(xué)有效的燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)方案，是在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)形式越來越嚴(yán)峻環(huán)境下的必由之路，對(duì)于燃煤電站效率的控制和環(huán)境污染程度具有十分關(guān)鍵的作用[1]。

就目前情況分析來看，主要存在兩種能效分析方法，其中一種是以熱力學(xué)第二定律為指導(dǎo)的熵分析法；另一種是以熱力學(xué)第一定律為指導(dǎo)的等效熱降法和熱平衡法。傳統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)方法主要以熱平衡法為主，但是熱平衡法隨著時(shí)間的發(fā)展其制約性越來越明顯，首先熱平衡法并不能透過鍋爐內(nèi)部去分析系統(tǒng)內(nèi)的燃燒損失，其次對(duì)于鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的傳熱損失也沒有考慮到，而依托于熱力學(xué)第二定律的熵分析法的概念復(fù)雜難懂，且應(yīng)用困難，因此，該方法也沒有廣泛的推廣開來。在本文中，我們根據(jù)平衡理論，構(gòu)建了新的能源評(píng)價(jià)模式，對(duì)燃煤電站鍋爐系統(tǒng)的能效進(jìn)行系統(tǒng)而科學(xué)的評(píng)價(jià)[2]。

2燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效模型的構(gòu)建

平衡理論簡單來說指的是離開一個(gè)系統(tǒng)的與進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的是有相等的數(shù)值的，在此基礎(chǔ)上可以建立燃煤鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)的平衡模型。在鍋爐系統(tǒng)中，鍋爐主要通過利用燃料的燃燒來給鍋爐中的水進(jìn)行加熱，從而使水產(chǎn)生大量的水蒸氣來帶動(dòng)汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，鍋爐需要在燃料燃燒的過程中具有供給空氣的裝置而且能進(jìn)行尾氣的排放，燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能經(jīng)過鍋爐進(jìn)行傳遞，這一過程中的平衡的表達(dá)式如式2-1所示。

式2-1

在上式中，mBeB代表的是燃料的，mLeL表示熱空氣，e表示比，m1e1、m2e2、m3e3、m4e4分別為給水、再熱器入口蒸汽、過熱器出口蒸汽以及再熱器出口蒸汽，Ir表示鍋爐的損失量。

一般情況下鍋爐系統(tǒng)在實(shí)際工作中空氣的入口溫度等于環(huán)境溫度，此時(shí)可以將熱空氣忽略，鍋爐的效率可以表示為下式。

從式2-1中可以看出，鍋爐系統(tǒng)的傳熱損失、散熱損失、固體不完全燃燒損失、燃料化學(xué)不完全燃燒損失、排煙損失以及燃燒損失這六部分能量損失主要構(gòu)成了鍋爐燃燒過程中的主要損失。通過對(duì)于鍋爐系統(tǒng)損失的比例進(jìn)行計(jì)算并畫出相關(guān)的損失分布圖可以看出，鍋爐的損失主要產(chǎn)生在燃料燃燒放出化學(xué)能以及熱量的傳遞兩個(gè)過程，即鍋爐損失的最主要內(nèi)容為傳熱損失和燃燒損失。從損失的量可以得到，當(dāng)傳熱過程中鍋爐溫差越大的話會(huì)造成損失也越來，而燃料燃燒是一個(gè)不可逆的過程能夠造成產(chǎn)，從而導(dǎo)致很大的損失量[3]。

在燃煤電站鍋爐系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)造成損失，損失的相對(duì)含量通過引入損系數(shù)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，損系數(shù)是一個(gè)相對(duì)量，從系數(shù)的大小能夠?qū)﹀仩t設(shè)備的損失的情況進(jìn)行有效的判斷，從而能夠找出鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能的潛力環(huán)節(jié)，進(jìn)而能夠進(jìn)行鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，對(duì)鍋爐系統(tǒng)能效進(jìn)行高效的評(píng)價(jià)。

3燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

在燃煤電站鍋爐系統(tǒng)中，由于鍋爐系統(tǒng)所包含的設(shè)備多且設(shè)備運(yùn)行復(fù)雜，所以對(duì)燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立工作是復(fù)雜而精細(xì)的。在體系建立的過程中我們不僅要對(duì)鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際能效做出良好的評(píng)價(jià)，而且還要評(píng)估其環(huán)境友好性。就當(dāng)前情況而言，在電廠的節(jié)能管理中對(duì)燃料的管理已經(jīng)成為最重要的一部分，對(duì)燃料進(jìn)行有效的管理對(duì)于提高電廠的效率，降低對(duì)環(huán)境的污染具有至關(guān)重要的作用[4]。

在燃料管理中，我們將爐煤質(zhì)合格率和爐煤熱值差作為評(píng)價(jià)燃料管理的指標(biāo)，并制定基準(zhǔn)值，并將基準(zhǔn)值與實(shí)際值的偏差系數(shù)作為對(duì)體系的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)值，從而可以通過指標(biāo)值對(duì)各個(gè)不同機(jī)組的工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

4.1 評(píng)價(jià)集的建立

建立鍋爐能效評(píng)價(jià)指標(biāo)值并將其分為三個(gè)一級(jí)指標(biāo)，分別為燃料管理指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)和效率指標(biāo)。在每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下有若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)成評(píng)價(jià)的因素集[5]。

4.2 評(píng)語集的確定

將評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)語分為差、中下、中、良好以及優(yōu)秀五個(gè)部分。

4.3 隸屬度函數(shù)的確定

在對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和研究的過程中，涉及到定量指標(biāo)的計(jì)算，我們通過等腰三角形來進(jìn)行隸屬度的確定。[6]

在上式中，wij指的是第i個(gè)因素的第j個(gè)指標(biāo)值，rij（vk）指的是第i個(gè)因素集第j個(gè)指標(biāo)對(duì)比于評(píng)語vk的隸屬度，vk對(duì)應(yīng)的常數(shù)分別為sk，qk和pk。

4.4權(quán)重的確定

為了更好的對(duì)鍋爐系統(tǒng)的能效進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過引入偏好系數(shù)來進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)估工作。利用專家評(píng)議法與熵權(quán)法組合的方式對(duì)上文中的指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。熵權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在其對(duì)新的測(cè)量指標(biāo)變異狀況的值進(jìn)行了重新的定義，但是缺點(diǎn)表現(xiàn)在會(huì)造成分配的指標(biāo)權(quán)重偏向于均衡化發(fā)展。在本文中我們通過兩種方法進(jìn)行組合利用組合賦權(quán)法能夠很好的彌補(bǔ)傳統(tǒng)的賦權(quán)方法的不足，克服其固有的缺點(diǎn)，并可以通過加權(quán)平均的方法進(jìn)行定量的計(jì)算，從而能夠很好的進(jìn)行權(quán)重的比較和確定，并能夠?qū)ζ涠恐档拇笮∵M(jìn)行確定，提高鍋爐的效率。

5結(jié)語

在本文中，通過對(duì)燃煤電站鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行過程中的損失進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，從而能夠確定鍋爐系統(tǒng)中的潛在節(jié)能環(huán)節(jié)，可以針對(duì)性的對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)效率。在文中通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和實(shí)例考察建立了新的燃煤電站鍋爐系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)模型和方法，利用專家評(píng)議法和熵權(quán)法構(gòu)成的組合賦權(quán)法來確定指標(biāo)的權(quán)重，使得鍋爐能夠更高效的工作，并找出了燃煤電站鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)和需改進(jìn)環(huán)節(jié)，促進(jìn)鍋爐燃煤效率更高更徹底。

參考文獻(xiàn)

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