外文翻譯---有測(cè)量鍋爐和汽輪機(jī)損失的火電廠的火用分析（中文）

1、<p><b>　　中文4320字</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯</p><p><b>　?。?010屆）</b></p><p>　　外文題目 Exergy analysis of a thermal power plant with measured boiler and turb

2、ine losses </p><p>　　譯文題目 有測(cè)量鍋爐和汽輪機(jī)損失的火電廠的火用分析 </p><p>　　外文出處 Thermal engineering xxx(2010)xxx-xxx </p><p>　　學(xué) 生

3、 </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械與能源工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) </p><p>　　校內(nèi)指導(dǎo)教師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 副 教 授 </p><p>　　校外指導(dǎo)

4、老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </p><p><b>　　二○一○年三月</b></p><p>　　有測(cè)量鍋爐和汽輪機(jī)損失的火電廠的火用分析</p><p>　　摘要：本文是對(duì)一32MW燃煤電廠亞臨界鍋爐-汽輪發(fā)電機(jī)的熱力學(xué)分析。對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用了能源和火用分析方法。對(duì)電廠進(jìn)行了一

5、次在各種運(yùn)行情況下的參數(shù)研究，包括運(yùn)行壓力，溫度和流速，以確定使工廠業(yè)績(jī)最大化的參數(shù)?；鹩脫p失的分布情況表明，鍋爐和汽輪機(jī)的產(chǎn)量不可逆性是火電廠的最高虧損。此外，關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)的火用損失，也進(jìn)行并提交了環(huán)境影響和連續(xù)性分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：火用；能量；熱力發(fā)電廠；效率；可持續(xù)發(fā)展</p><p><b>　　1.序言</b></p><p

6、>　　世界能源需求大量依賴于化石燃料發(fā)電。世界上的發(fā)電多數(shù)是用化石燃料，特別是煤和天然氣。盡管新能源例如風(fēng)能和太陽能的使用在增長(zhǎng)，但未來的十年里，我們?nèi)試?yán)重依賴化石燃料。盡管有能源枯竭和環(huán)境問題如氣候改變，從2003年到2030年之間，預(yù)期對(duì)石油的需求增加47.5%，對(duì)天然氣是91.6%，對(duì)煤是94.7%。雖然更清潔的新能源在快速發(fā)展，其相對(duì)成本和現(xiàn)有技術(shù)還沒有先進(jìn)到一定地步，使我們大大減少對(duì)化石燃料的依賴。因此，考慮到在一段時(shí)間

7、內(nèi)繼續(xù)對(duì)化石燃料的依賴，提高燃油電廠工作效率，減少對(duì)環(huán)境的影響是十分重要的。</p><p>　　因?yàn)槟芰糠治鍪腔跓崃W(xué)第一定律，所以有一些固有的局限性，例如不能解釋說明系統(tǒng)環(huán)境的性能，或通過耗散過程的電能退化。能量分析并沒有描述在系統(tǒng)進(jìn)程中的不可逆性。相反地，火用分析法將會(huì)描述系統(tǒng)的工作潛能?；鹩檬强梢詮南到y(tǒng)獲得的最大功，其狀態(tài)被用來參考或稱為“死亡狀態(tài)”（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）?；鹩梅治龇ㄊ腔跓崃W(xué)第二定律。本文將

8、探討一個(gè)火電廠詳細(xì)的火用分析，為了評(píng)定不可逆性和損失的分布，這將有利于系統(tǒng)性能的效率損失分析。</p><p>　　過去的火用研究評(píng)估了發(fā)電廠的性能，并以此為手段來優(yōu)化性能和渦輪機(jī)的功率輸出。羅森通過火用分析法，對(duì)燃煤發(fā)電廠和核電廠的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。哈比卜和祖拜爾通過再熱進(jìn)行了再生朗肯電廠的第二定律分析。丁塞和穆斯林進(jìn)行了再熱循環(huán)發(fā)電廠的熱力學(xué)分析。森古普塔等人對(duì)一個(gè)210MW火電廠進(jìn)行了火用分析。羅森和丁塞進(jìn)行

9、了發(fā)電廠關(guān)于各種燃料經(jīng)營(yíng)分析。他們調(diào)查資本成本和熱力學(xué)損失之間的關(guān)系。郭等人提出了電廠的熱經(jīng)濟(jì)分析。 不同于過去的研究，這本文件提出了一個(gè)獨(dú)特的配置，在亞臨界條件下運(yùn)行的朗肯循環(huán)的火用分析。發(fā)電機(jī)的輸出功率為32兆瓦。鍋爐是一個(gè)循環(huán)流化床鍋爐，容量為140碳?xì)浠衔镎羝?00％鍋爐最大連續(xù)評(píng)級(jí)額定蒸汽參數(shù)條件下。發(fā)電廠的目的是利用空氣冷凝器凝結(jié)蒸汽排氣。 </p><p>　　本文的主要目的是進(jìn)行熱力學(xué)

10、火用分析，用一個(gè)正在印度建造的電廠的實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。將比較分析的結(jié)果，以說明火用分析對(duì)改善系統(tǒng)性能的寶貴性。本文將確定電廠損失和火用毀滅的主要源頭。它將提供改善系統(tǒng)性能，減少環(huán)境影響的方法和途徑。最后，它將執(zhí)行一項(xiàng)參數(shù)研究，以確定該系統(tǒng)性能為何隨操作系統(tǒng)的參數(shù)不同而不同。</p><p>　　2. 電廠火用的形成</p><p>　　圖1. 工藝流程圖： ACC – 冷凝器，BFP – 鍋爐

11、給水泵，CEP –冷凝萃取泵，DE – 除氧器， GEN –發(fā)電機(jī)，GSC – 蒸汽冷凝器， HPH – 高壓加熱器，LPH – 低壓加熱器。</p><p>　　電廠程序流程圖如圖1，電廠的過程參數(shù)如表1。</p><p><b>　　表1 過程參數(shù)</b></p><p>　　表1 過程參數(shù)（續(xù)）</p><p>　

12、　以下的電廠熱力分析將考慮質(zhì)量、能量、熵和火用的平衡。除另有規(guī)定外，動(dòng)力學(xué)和潛在能量的變化就會(huì)被忽視，并假定穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。工藝參數(shù)和數(shù)據(jù)基于一家印度的公司所裝備的32MW電廠的電廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。</p><p>　　在穩(wěn)定狀態(tài)過程中，圖1中控制量系統(tǒng)的質(zhì)量平衡可以寫成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的能量平衡

13、可以寫成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)的熵平衡：</b></p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的火用平衡：</p><p><b>　?。?）</b

14、></p><p><b>　　蒸汽火用率：</b></p><p><b>　　（5）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　上述火用平衡寫的是一般形式。在燃燒過程中，計(jì)算煤的化學(xué)火用時(shí)輸入的熱量包含在內(nèi)。公式（4）中的熱火用項(xiàng)用來計(jì)算

15、與環(huán)境熱損失有關(guān)的火用損，比火用如下：</p><p><b>　　（7）</b></p><p>　　當(dāng)鍋爐中燃燒發(fā)生時(shí)，煤炭燃燒生成二氧化碳，水蒸氣和其他燃燒產(chǎn)物。由于煤的化學(xué)成分變化，除了熱力學(xué)狀態(tài)，火用化學(xué)成分也必須考慮在內(nèi)。</p><p>　　理論空氣中煤的燃燒反應(yīng)組成：</p><p><b>　

16、?。?）</b></p><p>　　假設(shè)鍋爐中多了20%的空氣，則燃燒反應(yīng)變成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　在每摩爾碳的基礎(chǔ)上，則</p><p><b>　　（10）</b></p><p>　　反應(yīng)的火用平衡方程是：&l

17、t;/p><p><b>　?。?1）</b></p><p><b>　　煤中碳的火用含量：</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　電廠的能量和火用效率：</p><p><b>　?。?3）</b>

18、;</p><p><b>　?。?4）</b></p><p>　　在下一節(jié)中，預(yù)測(cè)的結(jié)果和敏感性研究將基于形成的火用（見表2）。</p><p>　　表2 工質(zhì)在不同階段的火用</p><p>　　表2 工質(zhì)在不同階段的火用（續(xù)）</p><p><b>　　3. 結(jié)論與討論<

19、/b></p><p>　　煤是電廠的燃料供應(yīng)，有以下部分組成：水分= 25％，灰分= 0.88％，氫= 4.06％，氮= 1.1％，二氧化硫= 0.075％，氧氣= 7.935％，碳=60.95％，圖2表明，參考溫度對(duì)能源效率無影響，但它影響火用效率. 系統(tǒng)的環(huán)境影響系統(tǒng)的性能。表5進(jìn)一步闡明了參考溫度對(duì)火用效率的影響。圖3表明，從能量和火用的角度，發(fā)電機(jī)減產(chǎn)則電站的性能和效率下降。這表明，電廠在額定容量

20、下運(yùn)行比部分負(fù)荷運(yùn)行更具經(jīng)濟(jì)性。圖4顯示了蒸汽渦輪流量輸出功率的功能。這有助于確定渦輪機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的蒸汽流量。圖5、6可以看出：雖然冷凝器的熱損失似乎更高，但最大的熱損失發(fā)生在鍋爐里，鍋爐也具有最大的火用損。</p><p>　　這說明了火用分析的重要性，因?yàn)楸绕鹉芰糠治龇?，它提供了不同的見解和趨?shì)。有人認(rèn)為，能量分析法會(huì)讓人們相信最大的損失發(fā)生在冷凝器，但事實(shí)上是在鍋爐中發(fā)生的。</p><

21、;p>　　由于這個(gè)電廠用的事空氣冷凝器凝結(jié)汽輪機(jī)排汽，其主要的改進(jìn)是可以降低冷凝器的壓力。</p><p>　　圖8給出了效率與與冷凝器壓力的關(guān)系?？梢杂^察到，由于蒸汽通過渦輪膨脹，輸出較高的功率，冷凝器壓力降低，電廠效率提高（見圖7）。由于這個(gè)電廠設(shè)計(jì)運(yùn)行的是空冷器，蒸汽冷凝的溫度無法降低，因?yàn)椴煌乃淦髦欣鋮s水的溫度是可以控制的，而空冷器采用空氣凝結(jié)蒸汽。用水量和發(fā)電廠的用水減少使得環(huán)境效益提高。&l

22、t;/p><p>　　圖9、10顯示蒸汽壓力影響與循環(huán)溫度性能的關(guān)系。很明顯，效率與過熱蒸汽參數(shù)成正比。</p><p>　　增加循環(huán)蒸汽壓力和溫度將導(dǎo)致相同的質(zhì)量蒸汽流和燃油以高功率輸出到鍋爐。蒸汽具有較高的能量和火用，這使得渦輪機(jī)的輸出功率高。由于材料考慮，這個(gè)項(xiàng)目的成本會(huì)增加。鍋爐管和渦輪葉片是由成本較高的鋼材做成的。成本提高應(yīng)與輸出和收益相平衡，這樣才能確保“投資回收期的投資”是有利的

23、。</p><p>　　最大的不可逆轉(zhuǎn)發(fā)生在鍋爐，特別是熱量傳遞到工質(zhì)中，造成煙氣損失。煙氣溫度受硫磺露點(diǎn)溫度限制，所以可以執(zhí)行優(yōu)化限制度。主要的改進(jìn)是工質(zhì)的熱量傳遞。優(yōu)化傳熱面積和配置，有效的制度和更好的材料選擇是改善系統(tǒng)性能的主要方式。鍋爐燃燒的是不可逆轉(zhuǎn)的另一種主要來源。改進(jìn)燃料燃燒大大有助于提高鍋爐和系統(tǒng)的性能。</p><p>　　因?yàn)榻o水在高溫狀態(tài)下進(jìn)入鍋爐，所以，改進(jìn)具體蒸汽

24、量（千克/千瓦時(shí)）和熱流量（千焦/千瓦時(shí)）也可以減少鍋爐燃料量。這說明，如果熱量傳輸效率提高幾個(gè)百分點(diǎn)，燃料消耗將會(huì)大大減少，從而減少了電廠的經(jīng)營(yíng)成本。高效的葉片設(shè)計(jì)，更好的渦輪內(nèi)蒸汽密封和高效的渦輪保溫用以減少熱量損失將有助于升溫速率增加。另一能大大提升電廠性能的方面是給水加熱器和除氧器的設(shè)計(jì)。設(shè)備熱蒸汽消耗的減少會(huì)降低渦輪對(duì)蒸汽溫度的需求，從而也提高了加熱速度。</p><p>　　輔助功率消耗是由于電廠設(shè)備

25、本身所消耗的功率所導(dǎo)致的功耗損失。圖11顯示了輔助功率消耗的能量和火用的變化與發(fā)電機(jī)的輸出功率的百分比的關(guān)系。正如所料，這可以看出，較低的輔助功率消耗可實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。使用節(jié)能電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)器，可以減少輔助功率消耗。</p><p>　　很多學(xué)者研究了對(duì)環(huán)境溫度的火用分析的好處（如Rosen and Dincer和Rosen et al. ）?；鹩梅治鍪茄芯肯到y(tǒng)的對(duì)環(huán)境影響的有效措施，因?yàn)樗饬繀⒖辑h(huán)境狀況的

26、系統(tǒng)偏差。Rosen and Dincer研究了火用與環(huán)境的三種關(guān)系，這些將使用在本文中。</p><p>　　從圖12a、b中火用分析顯示最大的火用損發(fā)生在冷凝器中，而最大的損失實(shí)際上是由火用分析顯示出來的。煙氣排熱造成的損失造成對(duì)環(huán)境的不利影響，盡管現(xiàn)代發(fā)電廠用靜電除塵器和袋式過濾器等措施來控制懸浮微粒污染?；鹩梅治鼋Y(jié)合環(huán)境影響與系統(tǒng)影響。因此，火用損的減少將對(duì)系統(tǒng)環(huán)境有很大益處。</p>&l

27、t;p>　　火用損或不可逆過程是熵產(chǎn)的功能。熵是“隨機(jī)的”或“混亂的”的系統(tǒng)衡量。有較少火用損或較低熵產(chǎn)的過程更加有序且有更高的潛力做好工作?；鹩梅治鰩椭こ處熀拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)師查明哪些領(lǐng)域擁有最高的熵產(chǎn)。這使得設(shè)計(jì)人員專注于那些關(guān)鍵的領(lǐng)域，以減少熵產(chǎn)，從熱減少對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和自然環(huán)境的影響。圖6的能量分析結(jié)果顯示提高燃燒過程效率和優(yōu)化循環(huán)應(yīng)著重于冷凝器。圖5的火用分析結(jié)果顯示，最大的不可逆轉(zhuǎn)過程發(fā)生在燃煤鍋爐中。因此，這些損失的減少將導(dǎo)致

28、煤耗量的減少并提高鍋爐中煤的利用率。</p><p>　　電廠，尤其是鍋爐會(huì)排放大量廢熱和固體微粒。熱量和微粒所造成的煙氣損失對(duì)環(huán)境也有不利影響。為實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，我們不僅要利用可持續(xù)能源或可再生能源，而且要提高不可再生能源如煤的利用率，盡量減少對(duì)環(huán)境的損害。這將使得有限的資源得到最大程度的利用，使現(xiàn)有的資源保存更長(zhǎng)時(shí)間。圖13顯示了可持續(xù)性指數(shù)的火用效率。在可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（SI）的計(jì)算方法是：</p&

29、gt;<p><b>　　（15）</b></p><p>　　其中，Dp指火用損或火用輸入</p><p>　　減少系統(tǒng)的不可逆火用損失可減少對(duì)環(huán)境的影響。表3和表4顯示火用分析的結(jié)果摘要。</p><p><b>　　表3 結(jié)論概括</b></p><p><b>　　表

30、4 火用的組成</b></p><p>　　表5 能源和火用效率的變化與參考溫度的關(guān)系</p><p><b>　　4．結(jié)論</b></p><p>　　熱電廠的第二定律分析已有文字記載及參數(shù)研究，討論各種參數(shù)如工作溫度和壓力對(duì)系統(tǒng)性能的影響。電廠的能量效率是發(fā)電機(jī)輸出總值的30.12%。電廠的系統(tǒng)火用效率是發(fā)電機(jī)輸出總值的25.3

31、8%。最大火用損發(fā)生在鍋爐中，因此要提高電廠性能重在提高鍋爐性能，這將使電廠效率得到最大的提高。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] S.K. Som, A. Datta, Thermodynamic irreversibilities and exergy balance in combustion processes,

32、Science Direct Progress in Energy and Combustion Science 34 (2008) 351–376.</p><p>　　[2] M.A. Rosen, Energy and exergy-based comparison of coal-fired and nuclear steam power plants, Exergy–International Jour

33、nal 1 (3) (2001)180–192.</p><p>　　[3] M.A. Habib, S.M. Zubair, 2nd-law-based thermodynamic analysis of regenerative-reheat Rankine-cycle power plants, Energy, vol. 17, Pergamon Elsevier Science Ltd., 1992. p

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35、;　　[5] S. Sengupta, A. Datta, S. Duttagupta, Exergy analysis of a coal-based 210MW thermal power plant, International Journal of Energy Research 31 (2007) 14–28.</p><p>　　[6] M.A. Rosen, I. Dincer, Exergoeco

36、nomic analysis of power plants operating on various fuels, Applied Thermal Engineering 23 (2003) 643–658.</p><p>　　[7] H.Y. Kwak, D.J. Kim, J.S. Jeon, Exergetic and thermoeconomic analyses of power plants, E

37、nergy 28 (2003) 343–360.</p><p>　　[8] M.A. Rosen, I. Dincer, On exergy and environmental impact, International Journal of Energy Research 21 (1997) 643–654.</p><p>　　[9] M.A. Rosen, I. Dincer, M

38、. Kanoglu, Role of exergy in increasing efficiency and sustainability and reducing environmental impact, Energy Policy 36 (2008) 128–137.</p><p>　　[10] M.J. Moran, H.N. Shapiro, Fundamentals of Engineering T