生物质直燃发电机组效率计算

国能生物发电集团有限公司生产技术部

本文依据现有燃煤电厂效率计算的基本方法，结合生物质直燃发电厂性能试验取得的经验数据，编制了生物质直燃发电机组效率计算方法和说明。

一、生物质锅炉效率计算 （一）基本原则

（1）采用反平衡法（热损失法）测定锅炉热效率，正平衡法（输入-输出热量法）计算作为参考。

（2）将送风机入口的空气温度作为锅炉热效率计算的基准温度，也即送风机附近的大气温度。

（3）因本文主要目的是计算实际工况下的锅炉热效率，故未进行修正。 （二）正平衡计算

1、正平衡热效率计算（η1）

(1-1)

式中：——锅炉热效率，%;

——输入热量，kJ; ——输出热量，kJ。 2、输入热量（Qr）

因目前大部分生物质发电厂无外来热源加热空气和燃料雾化蒸汽，为简化计算，忽略入炉燃料显热，将燃料收到基低位发热量作为输入热量。即

式中：

（1-2）

——燃料收到基低位发热量，kJ/kg。

3、输出热量（Q1）

(1-3)

式中：

——燃料消耗量，kg;

——锅炉主汽流量，kg/h； ——锅炉主蒸汽出口焓值，kJ/kg； ——锅炉给水焓值，kJ/kg； ——锅炉排污水量，％； ——锅炉排污水的焓值，kJ/kg。

因连续排污和定期排污水量很少，一般约为主蒸汽流量2%左右，为简化计算，不考虑锅炉排污水量。

蒸汽和给水焓值通过水和水蒸气热力性质通用计算模型IAPWS—IF97编程实现。 （三）反平衡计算

1、入炉燃料元素成分的确定

由于现场不具备开展入炉燃料的元素分析工作，且影响燃料低位发热量的主要成分是水分和灰分，所以通过折算实

际入炉燃料与典型燃料水分和灰分的差异，拟合实际入炉燃料元素分析的方法来解决。

（1）典型燃料元素分析成分

因入炉燃料种类多，所以选择国能高唐电厂性能试验时入炉燃料作为典型燃料。具体如下：

燃料种类 碳Car (％) 氢氧Oar氮Nar硫Sar灰分Aar水分Mar收到基低位发热Har(％) （％） （％） （％） （％） （％） 量Qne,tar（kJ/kg） 4.33 30.66 0.71 0.12 6.35 20.59 13348 棉花秸秆 37.24 （2）入炉燃料元素成分的拟合方法

根据现场工业分析所得的水分（Mar）和灰分(Aar)数值，按照公式（1-4）进行拟合计算入炉燃料的元素成分：

(1-4)

式中：

——拟合的入炉燃料收到基下含碳量； 、、

——入炉燃料工业分析收到基下水分和灰分； 、

——典型燃料收到基下含碳量、水分

和灰分。

含氢量、含氧量、含氮量和含硫量计算同含碳量。

2、反平衡热效率计算（η2）

(1-5)

式中：——锅炉热效率，%；

——排烟热损失，%；

——可燃气体未完全燃烧热损失，%； ——固体未完全燃烧热损失，%； ——散热热损失，%； ——灰渣物理热损失，%。 3、排烟热损失(q2)

锅炉排烟热损失为末级热交换器（烟冷器）后排出烟气带走的物理显热占输入热量的百分率，按式(1-6)和式(1-7)计算：

(1-6) (1-7)

式中：——排烟热损失，%;

——排烟带走热量，kJ/kg; ——干烟气带走热量，kJ/kg; ——烟气所含水蒸气显热，kJ/kg。 （1）干烟气带走热量（

）

(1-8)

式中：

——干烟气带走热量，kJ/kg; ——干烟气体积，m3/kg;

——干烟气平均比热，kJ/m〃℃,为简化计算，一

般选取为1.38 kJ/m〃℃；

——排烟温度，℃；

3

3

——送风机入口空气温度，℃。 （2）干烟气体积（

）

(1-9)

式中：

——干烟气体积，m3/kg; ——排烟过量空气系数；

(1-10)

——排烟氧量，%。

——实际燃烧碳所需理论空气量，m3/kg; ——实际燃烧碳产生理论干烟气量，m3/kg。

（3）实际燃烧碳所需理论空气量

(1-11)

式中：

——实际燃烧碳产生理论干烟气量，m3/kg; ——实际燃碳量，%； 、

和

——燃料收到基下的含硫量、含氢量和

含氧量，%。

（4）实际燃碳量

（1-12）

式中：

——实际燃碳量，%； 、

——燃料收到基下的含碳量、灰分含量，%；

——灰渣中平均碳量与燃料灰量之比，详细计算见

式（1-13）%。

（1-13）

、

和

——炉渣、炉灰和飞灰占灰渣总量的质

量百分数，%；根据机组性能试验结果，建议选取：130t/h锅炉炉渣、炉灰和飞灰占灰渣总量的质量百分数分别为：60、30和10；48t/h黄秆锅炉炉渣和飞灰占灰渣总量的质量百分数分别为：60、40；

、

和

——炉渣、炉灰和飞灰的含碳量，%。

（5）实际燃烧碳产生理论干烟气量

(1-14)

式中：

——实际燃碳量，%； 、

——燃料收到基下的含硫量、含氮量，%；

——实际燃烧碳产生理论干烟气量，m3/kg。 （6）烟气所含水蒸气显热（

）

(1-15)

式中：

——烟气所含水蒸气显热，kJ/kg;

——水蒸气平均定压比热，kJ/m〃℃,为简化计

算，一般选取为1.51 kJ/m〃℃；

——排烟温度，℃；

——送风机入口空气温度，℃；

3

3

——水蒸气体积，m3/kg。

(1-16)

式中：

、

——燃料收到基下的含氢量、水分，%；

——实际燃烧碳产生理论干烟气量，m3/kg; ——空气绝对湿度，选取0.01 kg/kg。

4、可燃气体未完全燃烧热损失(q3)

该项热损失由排烟中的未完全燃烧产物(CO、H2、CH4 和CmHn)的含量决定，系指这些可燃气体成分未放出其燃烧热而造成的热量损失占输入热量的百分率，按式(1-17)计算：

（1-17）

式中：——可燃气体未完全燃烧热损失，%;

、、和——干烟气中一氧化碳、甲烷、

氢气和碳氢化合物的体积百分数%;

——干烟气体积，m3/kg; ——输入热量，kJ。

由于现场监测设备未配置，所以只计算CO，根据国能高唐电厂性能试验结果， CO体积百分数选取0.2。

5、固体未完全燃烧热损失(q4)

灰渣可燃物造成的热量损失占总输入热量的百分率，按式（1-18）计算：

（1-18）

式中：——固体未完全燃烧热损失，%;

——灰渣中平均碳量与燃料灰量之比，详细计算见

式（1-19）%;

（1-19）

6、散热热损失(q5)

由于锅炉本体及其范围内各种管道、附件向四周环境中散失的热量占总输入热量的百分率，先按式（1-20）求出额定蒸发量时的散热损失：

(1-20)

式中：——额定蒸发量时的散热损失，%;

——锅炉额定蒸发量，t/h。

实际散热损失按式(1-21)计算：

(1-21)

式中：——实际散热损失，%;

——锅炉主蒸汽流量，t/h。

7、灰渣物理热损失（q6）

灰渣物理热损失是指炉渣、炉灰和飞灰排出锅炉设备时所带走的显热占总输入热量的百分率，按式（1-22）计算：

（1-22）

式中：——灰渣物理热损失，%;

、和

——炉渣、炉灰和飞灰的温度，℃；炉渣

温度选取为600℃，炉灰温度选取为410℃，飞灰温度选取与排烟温度相同；

——送风机入口空气温度，℃； 、和

——炉渣、炉灰和飞灰的比热，℃；炉渣

温度在600℃时的比热为1.01kJ/(kg〃℃)，炉灰410℃时的比热为0.93kJ/(kg〃℃)，飞灰的比热为0.82kJ/(kg〃℃)。

、

和

——炉渣、炉灰和飞灰的含碳量，%。

二、汽机热效率计算 （一）基本原则

因本文主要目的是计算实际工况下的汽机热耗率和汽机热效率，故未进行修正。 （二）计算方法

1、汽机热耗率

（2-1）

式中：

——汽机热耗率，kJ/kWh;

——给水流量，kg/h;为了简化计算，可取主

蒸汽流量替代；

——主蒸汽焓值，kJ/kg;

——给水焓值，kJ/kg;

——发电机输出功率，kW。

蒸汽和给水焓值通过水和水蒸气热力性质通用计算模型IAPWS—IF97编程实现。

2、汽机热效率

（2-2）

式中：——汽机热效率，%。 三、电厂热效率计算

1、电厂热效率 （1）正平衡计算

（3-1）

式中：

——电厂热效率，%。

——燃料消耗量，kg;

——发电机输出功率，kW; ——输入热量，kJ。

为简化计算，将燃料收到基低位发热量作为输入热量。即

（2）反平衡计算

（3-2）

式中：

——电厂热效率，%。

——锅炉热效率，%； ——汽机热效率，%。

——管道效率，一般选取为99%；

2、发电标秆单耗 （1）正平衡计算

（3-3）

式中：——发电标秆单耗，g/kWh;

kJ/kg;

——燃料消耗量，kg; ——发电机输出功率，kW;

（2）反平衡计算

（3-4）

式中：——发电标秆单耗，g/kWh;

——电厂热效率，%。

——入炉燃料收到基的低位发热量，

参考文献：

1、火力发电厂技术经济指标计算方法DL/T 904-2004 2、电站锅炉性能试验规程GB10184-88 3、电站汽轮机热力性能验收试验规程 4、电站锅炉试验 中国电力出版社 廖宏楷 5、电站锅炉原理 中国电力出版社 容銮恩

6、国能高唐生物发电公司30MW机组锅炉性能试验报告 山东电研院 2008年6月

7、国能高唐生物发电公司30MW机组汽轮机热耗率试验报告 山东电研院 2008年6月