大機組非熱電聯產供熱比指標及簡捷計算方法

曹炳元，陳國年

（1.江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212114；2.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024）

近年來在節(jié)能減排的政策方針下，大批火電大機組正在替代小機組集中供熱。一些大機組供熱系統比較復雜，部分供熱系統已不屬于單純的熱電聯產方式[1]，如某些機組在鍋爐側和汽輪機側同時對不同要求的用戶供熱；為滿足運行監(jiān)控和指標核算的不同需要，供熱計量布點也較多，在機組熱力系統邊界、廠界和用戶端配置了供熱計量裝置，供熱指標統計亦趨復雜。

在電力行業(yè)內普遍依據熱量法原理計算供熱機組的指標。供熱比[2]作為供熱機組熱電產品能耗分攤的一個重要指標，在電廠日常統計中最為關鍵。計算供熱比的主要目的是為進一步將入爐燃料量、廠用電量等能耗合理地分配到熱電產品上。《火力發(fā)電廠技術經濟指標計算方法（DL/T 904—2004）》（以下簡稱《標準》）中把供熱比定義為統計期內的機組供熱量與汽輪機熱耗量之比值。過去，小機組通常由汽輪機抽汽或乏汽對外供熱，均按照《標準》計算供熱比。但對有鍋爐側直接供熱的大機組而言，機組供熱量為爐側與機側供熱量之和，汽輪機組耗熱量并不包含全部供熱量,顯然用《標準》供熱比定義式計算是不恰當的；此外《標準》對機組供熱量的計量位置沒有明確規(guī)定，在電廠統計中存在差異，缺少可比性，大機組復雜供熱系統指標統計的規(guī)范性是一個共性問題。

1 非熱電聯產機組能耗分攤

1.1 鍋爐輸出熱量與產品熱耗量分攤

在燃煤電廠，一個統計期內供熱時段的入爐燃料量及其熱值通常可由入爐計量和取樣化驗直接統計得到，但對供熱機組而言，在生產指標日常統計中必須把入爐燃料量、廠用電量等消耗量分攤或分配到熱、電等產品上去。熱量法是按機組產品所對應耗熱量占總熱量的比例進行分配的一種方法，正確計算分配比例是供熱機組生產指標日常統計中最為關鍵的工作。由電廠鍋爐原理知，在一個統計期內供熱時段的鍋爐總輸出熱量：

式（1）中：Q1為統計期供熱時段內鍋爐總輸出熱量，kJ；Qr為統計期供熱時段內鍋爐總輸入熱量，kJ；ηb為統計期供熱時段內鍋爐平均熱效率；B為統計期供熱時段內入爐總燃料量，kg；q為統計期供熱時段內入爐燃料平均熱值，kJ/kg。

在鍋爐輸出熱量中除了用于發(fā)電、供熱（變成產品）外，還包含了生產工藝過程中鍋爐的蒸汽吹灰、排污、汽水取樣、泄漏、管道散熱等熱量消耗或損耗，不妨將這部分未被產品有效利用的鍋爐輸出熱量總和稱為鍋爐自耗熱量；又遵照《標準》規(guī)定，統計期內供熱時段的機組總能耗應區(qū)分為生產和非生產兩大類，非生產耗能必須單獨統計。據此，可以將統計期內供熱時段的鍋爐總輸出熱量分為由生產耗熱量（發(fā)電、供熱耗熱量）、非生產耗熱量和鍋爐自耗熱量構成，如圖1所示。

圖1 供熱機組輸入與輸出能量的統計模型

圖1中，Qs為統計期供熱時段內鍋爐自耗熱量，kJ；Qe為統計期供熱時段內機組發(fā)電耗熱量，kJ；Qh為統計期供熱時段內離開機爐主系統邊界的供熱量，kJ；Qo為統計期供熱時段內非生產耗熱量，kJ。并且：

由于鍋爐輸出熱量中未被發(fā)電和供熱利用的熱量Qs是在生產熱、電產品時伴隨產生的熱耗或損耗，故這部分耗熱量及其對應的燃料消耗應分攤到產品中去，按常規(guī)方法此自耗熱量以管道效率的指標衡量[2]，即：

式（3）中：ηp為統計期內供熱時段的平均管道效率。

管道效率數值大小與機組類型及供熱期內鍋爐蒸汽吹灰、排污、泄漏等因素有關，應根據實際運行情況計算確定。為了把鍋爐自耗熱量按相同比例分攤給式（2）右邊其他耗熱項，只要將式（3）代入式（2），整理即得：

分別令：

則：

式（5）中：Q'e，Q'h，Q'o即是統計期內供熱時段的鍋爐輸出熱量中分配給發(fā)電、供熱和非生產類產品的熱耗量，kJ。

1.2 供熱比與鍋爐入爐燃料量的分攤

在式（5）兩邊同時除以Q1即得：

分別令：

則式（6）可寫為：

式（7—10）中：λe，λh，λo分別為在統計期供熱時段內供熱機組發(fā)電產品、供熱產品以及非生產類產品各自所分攤的熱耗量與鍋爐總輸出熱量的比例，它們是基于鍋爐輸出熱量為基數的分配比例。

假設在統計期供熱時段內供熱機組發(fā)電、供熱和非生產類產品所分攤的入爐燃料消耗量分別是Be，Bh，Bo（單位：kg），且：

則由式（11）和式（1）得到：

式（12）表明發(fā)電、供熱和非生產所分攤的燃料量經鍋爐轉換后其輸出熱量之和等于鍋爐總輸出熱量，對照式（5）可知 Beqηb=Q'e，Bhqηb=Q'h，Boqηb=Q'o，將它們整理得到：

由式（14）進一步可得機組的單位供熱量標準煤耗率（單位：kg/GJ）為：

由此按式（13—15）可以計算出任意一個統計期內供熱時段的發(fā)電、供熱和非生產類產品所分攤的燃料消耗量。必須指出在應用式（13—15）計算時，鍋爐效率和管道效率應該是機組統計期供熱時段內的平均值，并且與同期機組發(fā)電煤耗對應的鍋爐效率和管道效率是相同的。為了減小統計誤差，供熱時段統計周期不能過長，一般的電廠可做到每8 h為一個統計時段。進一步考察式（14）并由式（1）聯合求解得到：

同理：

顯然在式（17—19）中，λe，λh，λo即是統計期內對供熱時段的入爐燃料總量進行分配的比例，把其中λh稱作為供熱比，它是指離開機爐主系統邊界時的供熱量與鍋爐總輸出熱量之比，即式（8）給出的定義式。類似的可用λe，λh，λo對機組供熱時段的有關廠用電量等指標進行分配。另外上述計算中涉及的每個量都系同一供熱時段內的量，并注意供熱時段與統計期的區(qū)別。

1.3 機組供熱比的簡捷計算

在電廠日常統計實戰(zhàn)中,若采用定義式（8）計算供熱比通常是困難的，主要原因在于鍋爐總輸出熱量的計算中對鍋爐排污、吹灰、疏水、自用蒸汽及系統泄漏等消耗或損耗熱量難以統計，為此把式（17）變換為：

式（20）表明機組的供熱比等于供熱分攤的燃料消耗量與入爐燃料總量之比，它以燃料量之比代替熱量之比，克服了用定義式（8）計算時的困難，只要按式（14）計算得到供熱燃料消耗量，再根據式（20）計算機組的供熱比。同理，把式（19）變換為：

由式（21）、式（10）計算 λo，λe。 對于非生產類燃料消耗量，大多數情況下可由現場計量直接統計得到。 實踐表明采用式（14）、式（15）、式（20）、式（21）計算供熱機組指標是一種簡捷方法。

2 熱電聯產方式機組供熱比

上述討論了非熱電聯產機組供熱比的計算方法。同樣，對于純熱電聯產方式的機組，若統計期內供熱時段的汽輪發(fā)電機組的熱耗量為Qu（單位：kJ），則：

代入式（4）即得：

又假設供熱時段內沒有非生產熱耗即Qo=0，則Q1簡化為：

將式（22）代入非熱電聯產機組供熱比定義式（8），得：

式（23）表明熱電聯產機組的供熱比在數值上等于供熱量與汽輪機組熱耗量之比，這與《標準》給出的供熱比定義式完全相同，說明《標準》給出的供熱比定義式僅是非熱電聯產機組供熱比定義式（8）的特例，即定義式（8）具有通用性，而《標準》給出的定義式僅適用于純熱電聯產機組且在供熱期間沒有非生產耗能的情形。

3 機組供熱計量統計及用戶受（售）熱煤耗

在同一供熱系統中不同物理位置工質參數是不同的，供熱量具有顯著的位置屬性。對機組供熱量計量位置作出統一的規(guī)定是必要的，本文將離開機爐主系統邊界時的供熱數量作為機組供熱量統計，即把計量點放在機爐主系統邊界上，式（14）表明了在機爐主系統邊界上輸出一定供熱量時所分攤的鍋爐入爐燃料量。對于在機爐主系統邊界以外位置測量的供熱量，如減溫減壓裝置下游或更遠的地點，則在計算機組供熱指標時，應消除供熱計量點位置不同產生的影響，把計量熱量統一歸算至機爐主系統邊界上，按機組主系統邊界至計量點之間的設備及管系的運行熱效率歸算：

式（25）中：Qloc為統計期供熱時段內位于機爐主系統邊界外測量裝置計量的供熱量，kJ；ηrw為統計期供熱時段內機爐主系統邊界至測量點之間設備及管系平均運行熱效率。

在用戶端計量的熱量可以稱之為受熱量或售熱量，按上述的方法可方便地計算某用戶的受（售）熱煤耗：

或

式（26，27）中：Qsal,i為某用戶受（售）熱量，kJ；Bsal,i為某用戶受（售）熱煤耗量，kg；bsal,i為某用戶的單位受（售）熱標準煤耗率，kg/GJ；ηrw,i為統計期供熱時段內某熱用戶計量點至供熱機組主系統邊界間的設備及管系平均運行熱效率。

4 結束語

本文應用熱量法基本原理把鍋爐輸出熱量作為能耗分配基數定義了機組供熱比，它適用于非熱電聯產機組和熱電聯產機組的供熱指標的計算，定義具有通用性。本文進一步給出了供熱機組指標統計中的簡捷計算方法，在電廠日常統計工作中采用供熱比等于供熱分攤的燃料消耗量與入爐燃料總量之比這一關系，將大大減輕日常統計工作量。同時還討論明確了行業(yè)《標準》關于機組供熱比定義式的適用條件是純熱電聯產方式且供熱時段內沒有非生產耗能的情形。

由于機組供熱量計量具有顯著的位置屬性，因此統一規(guī)范機組供熱量計量統計方法是必要的，選擇將機爐主系統邊界作為機組的供熱量計量點是恰當的。

[1]重慶大學.熱力發(fā)電廠[M].北京：電力工業(yè)出版社，1982.

[2]DL/T 904—2004，火力發(fā)電廠技術經濟指標計算方法[S].