电站燃煤锅炉燃烧热效率计算方法

电站锅炉的热效率计算
电站锅炉通过燃烧燃料产生蒸汽，把煤的化学能转化为高温蒸汽的储能多过程中的转化效率即为锅炉的热效率。

锅炉燃烧的热效率是燃烧优化的另一个主要目标。

锅炉热效率可以用锅炉有效利用的热量与进入炉内的燃料燃烧所产生的总热量的百分比[33]来表示，见式：
1
r
100%Q Q η=
⨯ （1-1） 式中η为锅炉热效率，1Q 为燃煤锅炉有效利用的热量，r Q 为炉内燃料燃烧产生的总热量。

1热效率计算方法
锅炉热效率的计算常用的有两种方法：正平衡法，又称输入输出法；反平衡法，又称热损失法。

正平衡法，通过直接测量求得锅炉有效利用的热量和输入锅炉的总热量来求得热效率，如公式(2-3)所示。

反平衡法，通过测定锅炉的各项热损失q ∑来求得热效率，计算公式如下：
1100%1s
r
Q q Q η=-
⨯=-∑ (1-2) 式中 s Q 为锅炉所有热损失之和, η为锅炉热效率，r Q 为输入锅炉燃料燃烧产生的总热量。

由于当前电站锅炉对燃煤量的测量一般采用皮带秤或测量给煤机转速等来进行粗糙的估计测量，对输入、输出热量的测量造成了较大误差。

因此，正平衡法的误差比较大；而反平衡法不会出现这样的误差。

我们设计算热效率所采用的
r Q 的相对误差为δ，则按照正平衡法计算，误差计算如下：
()()111
r r r
=-=11Q Q Q Q Q Q δδδ±⋅∆±±⋅正 (1-3)
按照反平衡法计算，则误差计算为：
()()r r r
=11=11s
s s
Q Q Q Q Q
Q δδδ⎛⎫⎛⎫±⋅∆--- ⎪ ⎪ ⎪±±⋅⎝
⎭⎝⎭反 (1-4) 比较式(1-3)和式(1-4)可以看出，
正∆和反∆的绝对值的大小由1r Q
Q 和r
s Q Q 的大小决定，1r Q
Q 是锅炉热效率，r
s Q Q 是锅炉热损失，热损失约为10%，锅炉热效率约为
90%，。

那么，采用正平衡法计算所得误差∆正大约是采用反平衡法计算所得误差
∆反的9倍。

所以，在r Q 不准确的情况下，采用反平衡法计算的热效率误差较之
采用正平衡法计算的热效率误差要小很多，因此，一般采用反平衡法来计算锅炉热效率。

2 反平衡法计算锅炉热效率
燃烧过程中，为了便于计算，本文以每千克煤进入炉内燃烧得到的锅炉输入热量，和每千克煤的锅炉输出热量来进行计算，由上一节知，反平衡法的计算公式为(2-4),现将其详细的改写为下式：
()
234567
234567=1100%
1r Q Q Q Q Q Q Q q q q q q q η+++++-⨯=-+++++ (1-5)
式中 r Q ——每千克煤的锅炉输入热量，kJ/kg ；
2Q ——每千克煤排烟造成的热量损失，kJ/kg ；
3Q ——每千克煤的可燃气体不完全燃烧造成的热量损失，kJ/kg ； 4Q ——每千克煤的机械未完全燃烧热量损失，kJ/kg ； 5Q ——每千克煤的锅炉散热热量损失，kJ/kg ； 6Q ——每千克煤的灰渣物理显热热量损失，kJ/kg ；
2q ——2Q 占输入热量r Q 的百分率，%；
3q ——3Q 占输入热量r Q 的百分率，%； 4q ——4Q 输入热量r Q 的百分率，%； 5q ——5Q 输入热量r Q 的百分率，%； 6q ——6Q 占输入热量r Q 的百分率，%；
3 输入热量与各项热损失的计算方法
(1) 每千克煤的锅炉输入热量，r Q
wh w rx ar net r Q Q Q Q Q +++=1, (1-6)
式中： ar net Q ,—燃煤收到基低位发热量，kJ/kg ；
rx Q ——燃煤的物理显热，kJ/kg ；
1w Q ——当用汽轮机抽汽或者其它外来汽源加热暖风器空气而代入锅炉
系统内的热量，kJ/kg ；
wh Q ——燃油雾化蒸汽时，带到锅炉内部的热量，kJ/kg ；。

一般情况下，输入热量可以认为是燃料的低位发热量。

即：
ar net r Q Q ,= (1-7)
(2) 排烟热损失2q ，排烟热损失是由于烟气从锅炉最后的受热面时，仍含有一定热量造成的。

在锅炉燃烧过程中，排烟热损失是各项热损失中较大一项，大约为5%左右，随排烟温度增高12~15℃，排烟热损失增加1%左右。

排烟热损失由干烟气带走的热量2gy Q 和烟气所含水蒸气的显热22H O Q 计算得到，公式如下：
1002
2⨯=
r
Q Q q O
H gy
Q Q Q 22
2
2+=
式中：gy Q 2——干烟气带走的热量，kJ/kg ；
O
H Q 22
——烟气所含水蒸气的显热，kJ/kg
gy
Q 2计算如下：
)(,2
o py gy p gy gy
t C V Q -=θ (1-8)
式中：gy V 为干烟气体积，.p gy C 为干烟气从0t 到py θ的平均定压比热，py θ为排烟温度，0t 为基准温度，一次风机入口温度。

O
H Q 22
计算如下：
)(222,2o py O H p O H O H t C V Q -=θ (1-9)
式中：2H O V 为烟气所含水蒸气体积，2.p H O C 为水蒸气从0t 到py θ的平均定压比热。

(3) 可燃气体未完全燃烧热损失3q ，可燃气体未完全燃烧热损失是由排烟中一些可燃性气体未完全燃烧，而造成的热量损失。

如果烟气成分可以精确测量，则可燃气体不完全燃烧热损可按如下公式计算：
()10079.59098.10718.35836.1261243⨯+++=n m gy r
H C H CH CO V Q q (1-10)
式中：
CO ――排烟的干烟气中一氧化碳含量百分率，%；
4CH ――排烟的干烟气中甲烷含量百分率，%； 2H ――排烟的干烟气中氢含量百分率，%；
n m H C ――排烟的干烟气中重碳氢化物含量百分率，%。

在通常情况下，这项热损失值较小，可以按照表2-1依燃煤种类分别取推荐值或者忽略不计：
表1-1 不同煤种对应的3q
燃料
无烟煤 烟煤 次烟煤 褐煤 q （%）
(4) 机械未完全燃烧热损失4q ，机械未完全燃烧损失4q 是由于燃煤锅炉中灰渣可燃物造成的热量损失和中速磨煤机排出石子煤的热量损失引起的，是锅炉的主要热损失之一。

可按照如下公式计算：
sz
r
ar q Q C A q 4
427.337+=
-
(1-11) 式中：ar A ――燃煤收到基灰分的质量百分比，%；
C -――灰渣中平均含碳量与燃煤的灰含量的百分比，%；
sz
q 4――中速磨煤机排出石子煤的热量损失率，％；
1004
⨯=r sz
DW
sz sz BQ Q B q … (1-12)
(5) 散热损失5q ，散热损失是指在锅炉运行的时候，由于锅炉炉墙、金属结构及锅炉范围内管道向四周散失的热量引起的，主要受锅炉结构和负荷影响，可按下式计算：
D
D q e
⨯
=82.55 (1-13) 式中：εD ——锅炉的额定蒸发量(/t h )；
D ——锅炉在非额定工况下的蒸发量(/t h )。

(6)灰渣物理热损失6q ，灰渣物理热损失是由于锅炉排出的灰渣、飞灰带有一定温度，所带走的显热造成的，其数量级大约在0.2%，灰渣物理热损失计算方法：
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡--+--=
fh fh o py fh lz lz o lz lz r
ar C C t C C t t Q A q 100)(100)(6θαα… (1-14)
lz t 为排出的炉渣温度，单位：℃。

固态排渣煤粉锅炉可取800℃；液态排渣
煤粉锅炉可取1003+=t t lz ℃(3t 为煤灰的熔化温度FT ，℃)。

lz C 为炉渣的比热容，kJ/(m 3·K)。

固态排渣煤粉锅炉，炉渣的比热为：0.963 kJ/(m 3·K)；
液态排渣煤粉锅炉，鉴于lz t 一般介于1000℃～1500℃之间，炉渣的比热容可按下式计算：
lz lz t C 4106.36446.0-⨯+=… (1-15)
fh C ：为飞灰的比热，kJ/(m 3·K)。

鉴于排烟温度一般介于100℃～200℃之间，飞灰的比热可用下式计算：
py fh C θ41019.47536.0-⨯+=…。