无效病例,总有效率达10
摘 要：基于（火积）和（火积）耗散理论的传热优化被证明是一种行之有效的新方法，本文应用该理论相关知识，建立了汽轮机回热加热器（火积）耗散量和传（火积）效率的计算方法，根据传热过程的（火积）耗散量和热交换量，可得到加热器的平均换热温差。当加热器的进、出口参数（压力、温度、流量）已知时，可通过积分的方法对其进行求解计算。以某600MW汽轮机回热系统为例，验证了该方法的有效性。本文提出的计算方法对汽轮机回热系统的性能分析和能耗诊断具有借鉴意义。
关键词：汽轮机回热加热器；（火积）耗散；（火积）效率；平均换热温差
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.031
0 前言
近年来，随着我国经济的持续发展，能源危机与环境污染等问题日益突出，提高能源利用效率、减少污染物排放、实现可持续发展是当前形势下的必然选择，作为能源消耗与污染物排放大户的火电厂面临着艰巨的节能降耗压力[1]。对于火力发电过程，热量传递是实现能量转换非常重要的一个环节，传热性能的优劣直接关系到最终转换效率的高低。但是，当前的传热学理论体系还不够完善，只有以提高传递速率为目的的传热强化，而没有以提高利用效率为目的的传热优化[2]。传热强化一般以增加泵功或换热面积为代价，并不一定具有节能的效果[3]。同时，还缺乏一个类似内效率的因子对传热过程的优劣进行評价。
鉴于此，过增元院士通过导热与导电的比拟，创造性地提出了（火积）的概念，并从物理意义上给出了热传递效率的定义[4-6]。（火积）代表了物体或系统传递热量的能力，（火积）在传递过程中是不断消耗的，（火积）耗散代表了该过程的不可逆程度，通过（火积）耗散极值原理可以对传热过程进行优化、提高传热性能。相比于以熵产最小为目标的传热优化，（火积）耗散极值原理在理论上能取得更好的效果[7]。针对体点散热问题，程新广等人[8]比较了熵产最小和（火积）耗散最小两种优化方法，结果显示基于（火积）耗散最小得到的优化结果能更有效的提高热量传递的效率，而熵产最小实际上是减少可用能损失。陈群等人[9]对两种边界条件下的对流换热问题进行了分析，指出对于以提高换热能力为优化目标的对流换热问题应采用（火积）耗散极值原理。柳雄斌等人[10]关于换热器参数优化的研究表明：对参与热功转换的换热器，换热器的热力学优化准则取为熵产极值较好；对只参与热量传递的换热器，换热器参数优化准则取为（火积）耗散极值更合适。
（火积）和（火积）耗散理论的提出为传热优化开辟了新的方向，解决了以传统的热阻和熵产评价传热性能优劣的局限性和不准确性[7]，但在当前的研究中，还很少有该理论应用于火电厂热力系统传热效率分析的论文发表。本文将以汽轮机回热加热器为研究对象，建立其（火积）耗散量和传（火积）效率的计算方法，并以某600MW汽轮机回热系统为例来检验该方法的有效性，为进一步优化传热性能提供借鉴和参考。
1 数学计算方法
1.1 对流换热器的（火积）耗散分析
以图1所示的表面式换热器为研究对象，忽略流动中耗散作用，忽略流向上的传热以及向周围环境的散热，该稳态传热过程可以分解为：（1）温度为的热流体将热量Q以对流的方式传递给换热器；（2）热量Q以导热的方式在换热器内部传递；（3）换热器将热量Q以对流的方式传递给温度为冷流体。此三个过程的（火积）耗散分别为[11，12]：
2 实例计算
下面以某600MW汽轮机回热系统为例（系统简图如图2所示），利用国际公式化委员会1997年工业用IAPWS水和水蒸汽状态方程和Microsoft Visual Basic编制的程序，分别计算各级加热器的（火积）耗散量和传（火积）效率。该汽轮机回热系统设置八段抽汽，分别对应三台高加、一台除氧器和四台低加，计算结果分别如表1、表2、表3、表4所示。
3 计算结果分析
将各级加热器的（火积）耗散量、（火积）效率和平均换热温差分别列入同一图表（见图3、图4），可以发现，二者与平均换热温差之间有着明显的对应关系：平均换热温差大则（火积）耗散量大、传（火积）效率低，平均换热温差小则（火积）耗散量小、传（火积）效率高。一般认为，换热过程的不可逆损失由换热温差引起，换热温差越大则不可逆损失越大，换热过程的效率就越低，本文的计算结果很好地支持了这一结论。热量在传递过程中保持恒定，但热量的势——（火积）在传递过程中是不断耗散的，（火积）耗散作为传热过程不可逆程度的度量，具有明确的物理意义。
4 结论
本文建立了汽轮机回热加热器（火积）耗散量和传（火积）效率的计算方法，将该方法应用于某600MW汽轮机回热系统，得到了（火积）耗散量、传（火积）效率与换热温差的对应关系。计算结果表明，加热器的平均换热温差越大，则（火积）耗散量越大、传（火积）效率越低。（火积）耗散作为传热过程不可逆的度量具有明确的物理意义，比熵增更具先进性。
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作者简介：吴晟（1985- ），男，湖北红安人，博士，工程师，研究方向：汽轮机节能技术。endprint
