白云山，劉志敏，李 煒

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

余熱鍋爐是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其效率對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有著重要影響[1-3]。新建機(jī)組需要進(jìn)行余熱鍋爐效率的驗(yàn)收試驗(yàn)，已投運(yùn)機(jī)組在檢修前后也需要進(jìn)行余熱鍋爐效率的對(duì)比試驗(yàn)，以評(píng)估檢修效果[4]。余熱鍋爐效率通常采用反平衡法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法如下：

ξ=100-q2-q3-q4-q5-q6

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：ξ為余熱利用率，%；q2為排煙熱損失，%；q3為可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失，%；q4為可燃固體不完全燃燒熱損失，%；q5為爐體散熱損失，%；q6為其他熱損失，%；Q3，Q4，Q5，Q6分別為排煙損失熱量，可燃?xì)怏w不完全燃燒損失熱量，可燃固體不完全燃燒損失熱量，爐體散熱損失熱量，其他損失熱量，Qr為余熱鍋爐輸入熱量。

對(duì)于無(wú)補(bǔ)償?shù)娜細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐，Q3，Q4，Q6均為零。Qr，Q2可通過余熱鍋爐進(jìn)口煙氣焓值hr、出口煙氣焓值h2及煙氣流量M計(jì)算，如式(7)、式(8)所示：

Qr=hr×M

(7)

Q2=h2×M

(8)

綜上所述，式(1)中唯一未知量為爐體散熱損失， 本文對(duì)余熱鍋爐散熱損失的計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比分析。

1 余熱鍋爐的散熱損失計(jì)算

目前，基于標(biāo)準(zhǔn)ASME PTC4.4—2008和GB/T10863—2011規(guī)定[5]，余熱鍋爐散熱損失的計(jì)算主要有3種方法，現(xiàn)分別敘述如下：

方法1：GB/T 10863—2011中給出了關(guān)于余熱鍋爐散熱損失計(jì)算的的推薦方法，如式(9)所示：

(9)

方法2：ASME PTC 4.4—2008中給出了余熱鍋爐散熱損失的計(jì)算方法，如式(10)、式(11)所示：

(10)

Qhl=Qhl%×100×(QG,IN-QG,OUT)

(11)

式中：Qhl為鍋爐在額定負(fù)荷下的熱損失；QG,IN為進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣熱量；QG,OUT為離開余熱鍋爐的煙氣熱量。

方法3：ASME PTC4.4—2008中給出了余熱鍋爐散熱損失的另外一種計(jì)算方法，如式(12)—(15)所示：

Qrl=q*A

(12)

q=qr+qc

(13)

(14)

qc=0.296×(TC-TA)1.25×[(V5280/60+

(15)

式中：A為爐體散熱面積；q為總熱流；qc為對(duì)流熱流密度；qr為輻射熱流密度；TC為外壁溫度；TA為大氣溫度。

2 計(jì)算舉例及分析

選取3臺(tái)不同型號(hào)、不同容量的余熱鍋爐，分別用A、B、C表示，用以上3種計(jì)算方法對(duì)其散熱損失、熱效率等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

余熱鍋爐A為NG-M701F4-R型三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自身除氧、自然循環(huán)燃機(jī)余熱鍋爐，鍋爐本體受熱面采用模塊結(jié)構(gòu)，由垂直布置的順列和錯(cuò)列螺旋鰭片管和進(jìn)出口集箱組成，與M701F4燃機(jī)配套。

余熱鍋爐B型號(hào)為Q1153/526-173.6(33.3)-5.9(0.67)/500(257)，為雙壓、無(wú)補(bǔ)燃、懸吊臥式、正壓運(yùn)行、自然循環(huán)鍋爐，與9E燃機(jī)配套。

余熱鍋爐C型號(hào)為DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106，為雙壓、無(wú)補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)露天布置，與SGT-2000E燃機(jī)配套。

為對(duì)余熱鍋爐散熱損失的計(jì)算更具有參考性，選取了3臺(tái)余熱鍋爐對(duì)應(yīng)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行在Baseload工況下的數(shù)據(jù)用于對(duì)其散熱損失進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)工況如表1所示。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)和上文中余熱鍋爐散熱損失的3種計(jì)算方法，得出余熱鍋爐A、B、C用3種方法計(jì)算的散熱損失如表2所示。表2中，鍋爐輸入熱量和鍋爐排煙損失熱量根據(jù)式(7)、式(8)進(jìn)行計(jì)算，煙氣質(zhì)量流量及鍋爐進(jìn)、出口煙氣焓值根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)能量平衡方程計(jì)算，在此不作贅述。

表1 試驗(yàn)工況

表2 余熱鍋爐A、B、C散熱損失

根據(jù)表2中的計(jì)算結(jié)果，可以看出：

a.對(duì)于余熱鍋爐A、B、C，方法3比方法2得出的結(jié)果分別高3.85%、-24.26%、6.74%，通過2種方法計(jì)算出的余熱鍋爐散熱損失總體上較為接近，二者的差異與余熱鍋爐型號(hào)、容量等參數(shù)有關(guān)；

b.對(duì)于余熱鍋爐A、B、C，方法1計(jì)算出的結(jié)果數(shù)值最大，方法1比方法2得出的結(jié)果分別高128.99%、98.74%、146.95%。

為進(jìn)一步對(duì)余熱鍋爐散熱損失的3種計(jì)算方法進(jìn)行比較，分別對(duì)3種計(jì)算方法中散熱損失對(duì)自變量的靈敏度進(jìn)行了計(jì)算，即方法1—方法3中散熱損失隨鍋爐額定負(fù)荷的變化情況。計(jì)算結(jié)果如圖1—圖3所示。

從圖1—圖3可以看出，方法1中散熱損失的變化隨鍋爐額定負(fù)荷的變化較小，鍋爐額定負(fù)荷增加20 t/h，散熱損失減小127.3 MJ/h；方法2中散熱損失的變化隨進(jìn)口煙氣溫度變化較小，進(jìn)口煙氣溫度增加20 ℃，散熱損失增加20.39 MJ/h；方法3中散熱損失的變化隨鍋爐外壁溫度的變化較大，外壁溫度增加20 ℃，散熱損失增加1741 MJ/h。在余熱鍋爐散熱損失計(jì)算過程中，鍋爐蒸發(fā)量、進(jìn)口煙氣溫度、外壁溫度等參數(shù)難以測(cè)量，通過上述參數(shù)對(duì)散熱損失靈敏度計(jì)算，可以看出，采用方法3對(duì)余熱鍋爐散熱損失進(jìn)行計(jì)算時(shí)，鍋爐外壁溫度對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，需盡可能測(cè)量準(zhǔn)確。

為進(jìn)一步對(duì)鍋爐散熱損失的3種計(jì)算方法進(jìn)行比較，對(duì)余熱鍋爐A、B、C效率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。計(jì)算結(jié)果表明，散熱損失的3種計(jì)算結(jié)果對(duì)鍋爐效率影響很小。算例中，受散熱損失計(jì)算方法影響最大的為余熱鍋爐B，采用不同的計(jì)算

表3 余熱鍋爐A、B、C效率 %

方法時(shí)，鍋爐效率最大相差0.5232個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

a.本文對(duì)余熱鍋爐散熱損失的3種計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，并以3臺(tái)不同型號(hào)、不同容量的余熱鍋爐為例，對(duì)3種散熱損失計(jì)算方法進(jìn)行了量化分析。

b.以余熱鍋爐配套的燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行在Baseload時(shí)的工況作為試驗(yàn)工況，對(duì)余熱鍋爐A、B、C散熱損失用3種方法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明方法1較其他2種計(jì)算方法得出的結(jié)果明顯偏大，方法1比方法2計(jì)算出的散熱損失高146.95個(gè)百分點(diǎn)。

c.對(duì)余熱鍋爐散熱損失的3種計(jì)算方法隨自變量的變化情況進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，方法1和方法2隨各自的自變量變化較小，有較好的穩(wěn)定性，方法3中散熱損失隨鍋爐外壁溫度的變化較大，外壁溫度增加20 ℃，散熱損失增加1741 MJ/h，即增加了75.33個(gè)百分點(diǎn)。從該角度分析，因余熱鍋爐外壁溫度較難測(cè)量，因此該方法計(jì)算的散熱損失不確定度較大。

d.從余熱鍋爐效率的角度，對(duì)3種方法計(jì)算得出散熱損失進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，散熱損失的3種計(jì)算方法對(duì)鍋爐效率影響較小，在本文的算例中，鍋爐效率最大相差0.5232個(gè)百分點(diǎn)。