火用研究方法和其在电厂锅炉中应用

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1、火用研究方法和其在电厂锅炉中应用【摘要】本文采用火用分析方法对火电厂锅炉进行分析计算，准确地揭示锅炉中火用损失的环节以及造成的原因，利用火用效率客观体现锅炉运行状况，具体地反映出锅炉中各种不可逆因素引起损失的严重程度。从而为改进设备以及节能提供目标或对策。【关键词】火电厂；锅炉；火用分析；火用损失0引言火用分析方法是建立在热力学第一定律的平衡思想和第二定律的火用概念的基础上的，它以火用平衡为工具，通过研究循环中能量转换与利用的效果，分析其影响因素，揭示产生火用损失的部位、分布与大小，找出薄弱环节，探讨提高能量转换与利用效果的途径。将火用分析应用于

2、锅炉设计的目的在于发现锅炉设计方面在能源利用中存在的问题，从而采取措施提高能源的利用效率。热力学第一定律“能量守恒定律”只是从数量上说明了能量在转化过程中的总量守恒关系，它可以发现装置或循环中哪些设备、部位能量损失大，但未顾及到能量质量的变化，不能发现耗能的真正原因。而热力学第二定律阐述了孤立系统炳增原理，从能的本性的高度，规定过程发生的方向性与限制，特别是指出了能量转化的条件和限制，指出能量在转移过程中具有部分地乃至全部地失去其使用价值的客观规律。因此，“火用”可用以作为评价能量价值质量的参数，“火用"分析在对各类动力装置及其循环的分析更全面、

3、更深入。1火用的分析及发展火用狭义是在环境下，能流物流所具有的最大理论做功能力，是一种能量转化能力的度量。广义是物质与环境之间存在的某种不平衡势差的度量。各种形态能量，转换为"高级能量”能力并不相同。以这种转换能力为尺度，就能评价出各种形态能量优劣。转换能力大小与环境条件有关，还与转换过程不可逆程度有关。实际上采用给定环境条件下，理论上最大可能转换能力作为量度能量品味高低尺度，这种尺度称之为火用。它定义如下:当系统由一任意状态可逆变化到与给定环境相平衡状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式那部分能量，称之为火用。可逆过程才有可能进行最完全转

4、换，可以认为火用是给定环境条件下，可逆过程中，理论上所能做出最大有用功。与此相对应，一切不能转换为火用能量，称之为火无。任何能量均由火用和火无两部分所组成。从质的角度来分析能量利用，即从火用的角度去分析能量利用，从更高层次分析能量利用效率。如燃气-蒸汽联合循环，系统采用天然气+余热锅炉+内燃机同时向用户供电供热供冷；典型的热力循环还有IGCC,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。因此热能的温度对口、梯级利用，将是21世纪热力循环研究的主线，即能量转换与合理利用，提高热力设备的火用效率，减少热力设备的火用损失将是主要研究课题。采用火

5、用分析比热分析方法更全面、更能有效揭示锅炉各种损失及损失所产生部位。锅炉火用效率大大低于热效率，因为锅炉不仅存在外部损失，亦存在大量的不可逆内部损失。蒸汽参数、给水参数对火用效率均有影响。采用火用分析将全面反映锅炉设备内部及外部的损失情况。2锅炉中火用分析过程锅炉火用损失过程主要发生在绝热燃烧过程、定压排烟过程以及定压放热三个过程之中，其三个过程的用损失分别为“bl、“b2、Jib3,具体计算表达式分别如下：实例分析一台燃煤蒸汽锅炉，已知参数如下，出口蒸汽1参数Pl=9.8MPa,tl=540°C；锅炉进口4给水压力ll.OMPa,,给水温度21

6、5°C；环境压力P0=0.IMPa,温度T0=298.15K；锅炉绝热燃烧温度Tad=2000K,排烟温度Te=575K；锅炉效率nb=0.9O燃料化学火用ex,f近似为低位发热量。经热平衡分析计算可得，每产生1kg蒸汽时燃料提供的能量为2830.2kJ/kg；锅炉绝热燃烧时烟气的火用为1886.5kJ/kg；绝热燃烧过程火用损失为943.7kJ/kg；锅炉排烟火用损失为83.5kJ/kg；锅炉内烟气与水蒸气之间传热过程的火用损失为528.7kJ/kg；水定压加热时的加热平均温度为596.6K；锅炉火用效率为45.02%。3锅炉中火用损失分析从上

7、例中可以看出锅炉总的火用损失为1555.9kJ/kg；热燃烧过程火用损失占输入火用量的比例为33.34%；锅炉排烟火用损失占输入火用量的比例为2.95%；锅炉内烟气与水蒸气之间传热过程的火用损失占输入火用量的比例为18.68%；火用损失占输入火用量的比例为54.98%O锅炉内部火用损失主要为三部分：(1)燃烧不可逆火用损失，炉膛火用效率远远低于其他各处的火用效率，其主要原因在于炉膛中存在巨大的燃烧不可逆火用损失，占锅炉系统的绝大部分。这项损失是由于燃料将高质量的化学能转变为热能，然后加热低温燃料和空气而产生的，其大小主要取决于理论绝热燃烧温度。适

8、当提高空气预热温度和控制过量空气系数都可以减少燃烧不可逆火用损失。(2)传热火用损失，锅炉本体的传热不可逆火用损失仅次于燃烧不可逆火用损