淺析中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機的優(yōu)化設計

劉超

摘 要：在熱力發(fā)電廠中，熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機發(fā)揮著重要作用，對其進行必要的優(yōu)化設計可以促進熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的進一步發(fā)展。本首先對熱電聯(lián)產(chǎn)的相關概念做了闡述，對熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機進行了分類，根據(jù)相應的衡量指標和優(yōu)化原則，對汽輪機的容量和參數(shù)進行適當優(yōu)化，并總結了優(yōu)化過程中應考慮的問題。

關鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；汽輪機；優(yōu)化設計

引言

面對自然資源不斷匱乏的當今，要想對有限資源更經(jīng)濟高效的利用，就燃料來說，熱電聯(lián)產(chǎn)的方式被視為人們的首選，作為梯級利用的方式之一，它成功的做到了能質(zhì)匹配，對于提高電廠的能源轉(zhuǎn)換效率來說有巨大貢獻。熱電聯(lián)產(chǎn)之所以能夠?qū)Y源實現(xiàn)高效利用，原因之一是相比于純冷凝汽輪機，它使用的汽輪機熱耗率更低；另一個原因是抽汽、排汽供熱只需消耗更少的能源；同時，熱電聯(lián)產(chǎn)的除塵效果好，是一項環(huán)境友好型生產(chǎn)項目。為了實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的健康發(fā)展，合理利用地球上的有限資源，要對系統(tǒng)進行必要的優(yōu)化處理，本文以中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機為對象進行研究。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)技術簡介及機組類型

熱電聯(lián)產(chǎn)將一次能源初次利用后的余熱進行合理利用，實現(xiàn)供電和供熱，對熱電聯(lián)產(chǎn)的技術特點進行分析，相比于熱電分產(chǎn)，熱電聯(lián)產(chǎn)利用能源的效率更高，因為它是由汽輪機中的蒸汽提供熱負荷的，不僅提高了熱電廠的綜合利用效率，在熱負荷供應的質(zhì)量上也有較為可靠的保證。在未來，熱電聯(lián)產(chǎn)技術將會有更加廣泛的應用，當下，世界各國都在大力發(fā)展這種供能方式，我國國家紀委也出臺了相應的綱領性文件，不斷促進熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展；熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機組的裝機容量越來越大，機組也朝著大型化的方向發(fā)展，這樣一來將會更加節(jié)省能源和有利于環(huán)境保護[1]。

圖1給出了中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機主要類型分類。依據(jù)給熱負荷提供蒸汽的不同來源，可以將熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機分為三種形式：背壓式、抽汽凝汽式以及抽汽背壓式[2]，其中，第一種汽輪機所排出的蒸汽全部用于給用戶供熱，其電功率的大小由熱負荷來決定，所以對于這一類機組來說，電負荷是不固定的，其較為適用的場合是具有穩(wěn)定熱負荷的企業(yè)自備電廠。抽汽凝汽式汽輪機是我國使用最為廣泛的一種熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機型，它是根據(jù)熱負荷的不同要求，基于凝汽式汽輪機抽取已經(jīng)用于做功的蒸汽，將這些蒸汽用于用戶的供熱。

2 中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機組運行的各類指標參數(shù)

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的熱效率或燃料利用率高于純發(fā)電用汽輪機裝置，純發(fā)電用凝汽式機組的熱效率約在40%的水平，熱電聯(lián)產(chǎn)后，熱電比增大，其熱效率在40%～85%之間。本文優(yōu)化的對象是小于100MW機組，屬于中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機。國家大力推廣熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的同時也對其機組的相應指標做了規(guī)定，對于供熱式汽輪發(fā)電機組來說：

（1）當汽輪機組輸出的蒸汽既用于發(fā)電又用于供熱時，要保證熱總效率年平均值在45%以上。

（2）在熱電比方面，容量在50WM以下的機組年平均值應該保持在100%以上，容量在50-200MW的機組年平均值應該保持在50%以上，容量在200MW以上的兩用機組在采暖期的熱電比應該大于50%。

熱耗率和汽耗率是衡量汽輪機經(jīng)濟性的重要指標，例如對于背壓式汽輪機來說，熱耗率的計算公式為：

q=m*（i0-i2）/N（1）

其中，q表示汽輪機的熱耗率，單位為kJ/kWh；m為蒸汽流量，單位為kg/h；i0表示初焓；單位為kJ/kg；i2表示排汽焓，單位為kJ/kg；N表示汽輪機的功率，單位為kW。經(jīng)過計算背壓式汽輪機熱耗率近似為3600kJ/kWh，顯然這是一常數(shù)，通過熱耗率無法對其經(jīng)濟性進行判斷，只有通過汽耗率來判斷汽輪機的經(jīng)濟性。就汽耗率來說，汽輪機組的汽耗率越高，其占有的供熱份額也就越大，熱效率相應提高。實際的設計經(jīng)驗表明，汽耗率最高的機型是背壓式汽輪機，最低的是冷凝式汽輪機[3]。

3 中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機優(yōu)化原則

進行汽輪機組的優(yōu)化時，要堅持可靠原則，應該集中于成熟可靠的設備，對于那些需要試制的設備，在購買時要十分謹慎；在確定汽輪機組的額定功率時，要做到機組、爐膛以及電耗相匹配，實現(xiàn)標準化設置。優(yōu)化工作要實行洋為中用，將西方先進的優(yōu)化方法與我國汽輪機組目前的實際狀況相結合，對于那些可以優(yōu)化也可以不優(yōu)化的項目不能輕易修改，防止工作管理中出現(xiàn)混亂的局面。在機組、爐膛以及電耗相匹配的原則上，汽輪機組應該是考慮的重點，因為就工藝流程來說，汽輪機組處于中心位置，應將其工況作為匹配的基礎。

4 中小型熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機優(yōu)化設計

4.1 要盡量加大抽汽式汽輪機抽汽量的作用，當抽汽壓力不變時，加大抽汽量的同時也增加了機組的供熱負荷，如果此時保持新汽量為原有值，機組的發(fā)電量就會相應減少，導致熱電比的增加，熱耗率降低；如果此時保持發(fā)電量為原有值，新汽量就會相應的得到增加，導致熱效率增加。

4.2 采用噴嘴配汽的方式。當汽輪機組的工況變化較大時，相比于節(jié)流配汽，在可調(diào)抽汽口的后面使用噴嘴配汽效果更佳，更能提高機組的內(nèi)效率，降低汽耗率和熱耗率。

4.3 在供熱方式上，盡量使用非調(diào)抽汽方式。當汽輪機組的發(fā)電量和抽汽壓力等的變化情況都在允許的條件下，應該盡量選用非調(diào)抽汽方式，可以在汽輪機上設計前后兩個非調(diào)抽汽口，這樣，前一個承受的壓力是工況允許的最大供熱壓力，后一個承受的壓力為工況允許的最小供熱壓力，通過抽汽閥的切換，對供熱抽汽的位置進行相應的改變，使得在工況變化范圍較大的情況下也能夠滿足用戶的供熱要求

4.4 供暖時，可以采用汽輪機排汽。在冬季氣溫低下的北方地區(qū)，需要的供暖熱水量十分龐大，采用抽汽冷凝式汽輪機可以有效降低真空度，使得汽輪機的冷凝壓力處于適當?shù)某潭龋┡療嵩赐ㄟ^排汽來實現(xiàn)。

4.5 對回熱系統(tǒng)進行合理設置。汽輪機組的回熱系統(tǒng)是通過鍋爐給水來實現(xiàn)的，熱源的主要來源形式是汽輪機的非調(diào)抽汽，進行相應壓力以及抽汽級數(shù)的合理設置可以有效提高機組的熱效率。

5 結束語

作為一種能源利用的有效手段，熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)具備有非常廣泛的市場。根據(jù)實際的市場需求對熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機組的設計進行優(yōu)化具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文首先對熱電聯(lián)產(chǎn)的相關概念做了闡述，對熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機進行了分類，根據(jù)相應的衡量指標和優(yōu)化原則，對汽輪機的容量和參數(shù)進行適當優(yōu)化，并總結了優(yōu)化過程中應考慮的問題，以期給同行以參考。

參考文獻

[1]劉正海.火電廠節(jié)能與指標管理技術手冊[M].北京：中國電力科技出版社，2006.

[2]中國動力工程學會.火力發(fā)電設備技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[3]唐家裕，付林，狄洪發(fā).不同類型供熱機組熱電負荷優(yōu)化分配的研究[J].沈陽工程學院學報，2007（7）.