田林 TIAN Lin
（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）
摘要：结合帕姆帕(Pampa)工程资料，用不同方法计算凝结水回收炉渣热量条件下循环流化床机组的热耗率，分析导致计算结果存在较大差异的原因，从而给出凝结水回收炉渣热量条件下循环流化床机组热耗率的正确计算方法，为以后循环流化床机组热耗率的计算提供参考。
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关键词 ：循环流化床机组；热耗率；冷渣器；凝结水；热量回收
中图分类号：TK11+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0168-03
作者简介：田林（1982-），男，山东菏泽人，中级工程师，研究方向为热能动力工程。
0 引言
循环流化床锅炉是一项高效低污染清洁燃烧枝术，因其在燃料、燃烧、环保等方面的优势，在火电行业得到了广泛应用。冷渣器作为循环流化床锅炉的重要辅助设备，用来降低循环流化床锅炉炉渣的物理显热，维持机组正常运行。山东电力工程咨询院设计的循环流化床机组通常采用凝结水作为炉渣热量回收的介质，循环流化床炉渣的热量被凝结水回收后重新进入机组热力循环，从而提高热能利用效率，降低机组热耗率。在机组投标、设计过程中如果能得到更准确的机组热耗率值，将有助于业主方和设计方对机组建设方案的判断。
山东电力工程咨询院设计的帕姆帕（Pampa）工程为单台亚临界机组，该机组配固态排渣循环流化床锅炉，锅炉配6台冷渣器，冷渣器热量回收介质为凝结水。本文将结合该工程具体数据，探讨凝结水回收炉渣热量和机组热耗的关系，总结凝结水回收炉渣热量条件下循环流化床机组的热耗率更准确的计算方法，为以后的循环流化床机组设计提供参考。
1 冷渣器及凝结水回收炉渣热量系统介绍
1.1 冷渣器的作用
循环流化床锅炉排放的炉渣温度一般在850°C～950°C，含有大量的物理显热，如果处理不当，既浪费能源，又恶化现场运行条件；同时炉渣中残留的硫和氮仍可以在炉外释放二氧化硫和氮氧化物，造成环境污染。为了提高锅炉效率并保证排渣运行人员的安全，必须把炉渣冷却至一定的允许温度之内（一般在100°C左右），而冷却炉渣的设备就是冷渣器；冷渣器作为流化床锅炉的主要配套设备，具有重要作用。冷渣器根据热量回收介质的不同主要有以下三种：水冷式冷渣器、风冷式冷渣器及风水联合式冷渣器，三种冷渣器都是将炉渣中的物理显热回收后重新进入热力循环或对外供热。
该院通常使用凝结水作为冷渣器的冷却介质，凝结水回收炉渣热量后重新汇入凝结水系统，进入机组整体热力循环。在该院设计的循环流化床机组中，冷渣器虽然是锅炉本体的一部分，但因其处于系统流程的边界，从热量回收的角度，即可以将其视为锅炉本体系统的一部分，也可以将其视为汽轮机凝结水系统的一部分。
1.2 凝结水回收炉渣热量系统说明
山东电力工程咨询院在Pampa工程中同样考虑冷渣器冷却介质采用凝结水，方案是从7、8号低加前凝结水母管引出一路凝结水，经冷渣器加热后回至7、8号低加出口的凝结水母管。经过冷渣器加热后的凝结水温度与经过7、8号低加的凝结水温度相近，汇流到一起后比较合适。该方案中汇流后的凝结水与只通过7、8号低加的正常系统中的凝结水相比没有区别，对5、6号低加回热系统没有影响；但通过凝结水回收炉渣热量这种方法，不但可以使高温炉渣中大量余热重新进入热量循环系统，还可以减少7、8号低加所需的蒸汽量，从而提高机组热经济性，降低机组热耗率。
2 机组热耗率的计算方法
2.1 机组热耗率的计算方法
热耗率是指每产生1kW·h的电能所消耗的热量，目前热耗率指标的考核与分析已得到电厂的普遍重视，是监测机组性能的重要手段。在发电机组设计过程中，从投标开始，各方的核心注意点之一就是机组的热耗率。
常用机组热耗率的计算与以下数值有关：汽机热耗率、锅炉效率、管道效率和厂用电率，常用计算公式如下：
HRU=HRQJ/（qgl×qgd×（1-qe））
HRU——机组热耗率，单位kJ/kW·h；
HRQJ——汽轮机热耗率，由汽轮机厂提供，可从汽轮机厂提供的热平衡图中查询，单位kJ/kW·h；
qgl——锅炉效率，由锅炉厂提供，作为锅炉厂对锅炉设备的重要保证值；
qgd——管道效率,通常取0.99；
qe——厂用电率，由电气专业根据各专业提资统计得出。
2.2 循环流化床机组热耗率的计算方法
循环流化床机机组热耗率同样使用以上计算公式，锅炉效率体现锅炉的能力，汽轮机热耗率体现汽轮机的作用，再综合考虑管道效率和厂用电率就可以得出具体的机组热耗率。凝结水回收炉渣热量系统作为循环流化床机组的边界系统，通过冷渣器吸收了锅炉灰渣的大量余热，并把该部分热量带入凝结水系统，对降低机组热耗率有明显的积极作用，但从机组热耗率的计算公式看，很难将凝结水回收炉渣热量系统的作用体现在机组热耗率的计算公式中。
在早期循环流化床机组计算机组热耗率时，通常把凝结水回收炉渣热量系统作为机组热耗值的余量考虑，即计算机组热耗率时不考虑该热量回收，锅炉效率和汽轮机热耗率中均不体现该热量回收的作用。这样计算出的机组热耗值作为投标数值有了充足的余量，但不能完全体现机组的性能。
后来锅炉厂在提供锅炉效率值时，会提供两个效率值，一为锅炉不考虑冷渣器回收热量时的锅炉效率，一为锅炉考虑冷渣器回收热量时的锅炉效率，锅炉厂让业主方取其一作为锅炉效率保证值。这样凝结水回收炉渣热量通过锅炉效率的方式体现在了机组热耗率的计算公式中，相对来说可以较完善的体现机组整体性能，该机组热耗率的计算方法已应用在部分工程中。
在Pampa工程中，山东电力工程咨询院先与锅炉厂落实锅炉本体的落渣量，由相应设备人员根据此数据计算出冷渣器可回收的总的热量值，再讲该热量值和相应凝结水回收炉渣热量系统要求提供给汽轮机厂，汽轮机厂根据此条件给出了考虑凝结水回收炉渣热量系统的热平衡。这样凝结水回收炉渣热量就可以通过汽轮机热耗率的方式体现在机组热耗率的计算过程公式中，用另外一种方式更好的体现机组整体性能。
以上三种计算方法，除第一种明显不能完整体现机组系统性能外，另外两种用不同方式将凝结水回收炉渣热量体现在了机组热耗率的计算公式中。本文将结合Pampa工程锅炉厂和汽机厂提供的资料，分别把凝结水回收炉渣热量的好处归属于锅炉效率和汽轮机热耗率，计算出机组热耗率，进行结果对比分析，以便分析凝结水回收炉渣热量的条件下循环流化床机组热耗率更准确的计算方法。
3 Pampa工程机组热耗率计算方法对比
3.1 机组热耗率计算的基础数据
通过和锅炉厂配合，锅炉厂在经过详细计算后给出两个效率保证值：在锅炉不考虑凝结水回收的炉渣热量时锅炉效率的保证值为89.3%；在锅炉考虑凝结水回收的炉渣热量时锅炉效率的保证值为90.47%。
结合锅炉厂提供的锅炉排渣量，经消化吸收后得到凝结水从冷渣器可以回收的热量值，再提资给汽轮机厂；在机组出力和其它外部条件相同的情况下（机组额定考核工况），由汽机厂提供了两张不同的热平衡图。当不把凝结水回收炉渣热量考虑进汽机热平衡时，汽轮机的热耗率为7824kJ/kW·h；当把凝结水回收炉渣热量考虑进汽机热平衡时，汽轮机的热耗率为7803kJ/kW·h。
在系统、机组配置和机组运行方式均不变，机组厂用电为固定值。在综合各专业提资后，经电气专业统计，Pampa工程的厂用电率为8.15%。
3.2 Pampa工程机组热耗率计算方法
①以往常规算法，不考虑凝结水回收炉渣热量，机组热耗率为：
7824/（89.3%×0.99×（1-8.15%））=9635.251kJ/kW·h；
②将凝结水回收炉渣热量考虑进锅炉效率，机组热耗率为：
7824/（90.47%×0.99×（1-8.15%））=9510.643kJ/kW·h；
③将凝结水回收炉渣热量考虑进汽轮机热耗率，机组热耗率为：
7803/（89.3%×0.99×（1-8.15%））=9609.389kJ/kW·h。
上面三个公式是用不用方法计算Pampa工程在凝结水回收炉渣热量条件下的机组热耗率，虽然将凝结水回收炉渣热量考虑进机组热耗率的两种方法均能更好的体现机组性能，但两种方法得到结果相差近100kJ/kW?h。两种计算方法均建立在机组热耗率计算公式的基础上，结果的差距说明有一种考虑方式存在问题。为了分析原因，需要和锅炉厂和汽机厂分别沟通锅炉效率和汽轮机热耗的计算方法。
3.3 锅炉效率和汽轮机热耗的计算方法
3.3.1 锅炉效率的计算方法
锅炉厂计算锅炉效率的方法为考虑燃料送入的热量中有效热量所占的百分数。对于常规的不含凝结水回收炉渣热量的机组，锅炉效率计算方式为：
锅炉效率=（主蒸汽热量-主给水热量+热段蒸汽热量-冷段蒸汽热量）/燃料输入热量；
当锅炉厂需要考虑凝结水回收炉渣热量时，锅炉效率的计算方式为：
锅炉效率=（主蒸汽热量-主给水热量+热段蒸汽热量-冷段蒸汽热量+炉渣回收热量）/燃料热量。
由上面两个公式可以看出，锅炉厂在考虑凝结水回收炉渣热量时是将该部分热量计算为有效热量，在此并没有考虑该部分热量的品质，即将该部分热量与热蒸汽的热量等同考虑。
3.3.2 汽轮机热耗的计算方法
汽机厂在考虑凝结水回收炉渣热量时，是将该部分热量考虑进凝结水系统，按实际情况将该部分热量输入热平衡计算。因凝结水系统是汽轮机的辅助系统，凝结水所含热量为低品质的热量，在热平衡整体计算中凝结水热量变化对机汽轮机热耗影响较小；同样凝结水回收炉渣热量对汽轮机热耗影响也较小。
3.4 机组热耗率的正确计算方法
在电厂热力系统中，含有高效热能的介质能做更多的功，有利于机组发出更多的电；低效热能更适合供热，对机组发电贡献较小。锅炉厂在将凝结水回收炉渣热量考虑进锅炉效率时，不区分热量的品质，从热能利用上来说没有问题，但却不能有效的反应粗机组热耗率。汽轮机厂在将凝结水回收炉渣热量考虑进热平衡时，考虑了热量的品质，能有效的表示出机组的热耗率。因此将凝结水回收炉渣热量考虑进汽轮机热耗率是正确的方法，此方法计算出的机组热耗率能更准确的体现循环流化床锅炉的机组性能。
4 结论
本文通过对比分析Pampa工程机组热耗率的不同计算方法，得出将凝结水回收热量考虑进汽轮机热耗率的方法能得到更准确的计算循环流化床机组的热耗率。虽然该方法比较复杂，需要锅炉厂和汽轮机厂的配合，但通过该方法能得到更准确的机组热耗率，这将有助于业主方和设计方在机组投标、设计阶段对机组建设方案做出更准确的判断，对以后的循环流化床机组设计和建设具有重要意义。
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参考文献：
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