335MW熱電機組供熱參數(shù)與經(jīng)濟性分析

（鄒縣發(fā)電廠熱力公司,山東 鄒城 273500）

335MW熱電機組供熱參數(shù)與經(jīng)濟性分析

楊 瑞

（鄒縣發(fā)電廠熱力公司,山東 鄒城 273500）

對335MW供熱機組首站、一級熱網(wǎng)、二級熱網(wǎng)供熱參數(shù)的變化與熱網(wǎng)供熱經(jīng)濟性進行了詳細分析，證實了供熱參數(shù)的變化可對熱網(wǎng)經(jīng)濟性產(chǎn)生很大影響，為合理調(diào)控?zé)峋W(wǎng)供熱參數(shù)、保障熱網(wǎng)經(jīng)濟運行提供了依據(jù)。

首站；供熱；泵效；水泵軸功率；經(jīng)濟性

一、概述

鄒縣發(fā)電廠供熱用汽輪機為335MW亞臨界、中間再熱、四缸、四排汽、沖動凝汽式機組。電廠自2010年3月起開始對一期1#、2#機組進行供熱改造，將2臺汽輪機中壓缸的排氣經(jīng)導(dǎo)管引到熱網(wǎng)首站，通過首站3臺熱網(wǎng)加熱器將熱能交換給一級熱網(wǎng)循環(huán)水。通過兩臺電動循環(huán)水泵建立一級熱網(wǎng)高溫水循環(huán)，將設(shè)計溫度為130℃的高溫?zé)崴斔偷礁鲹Q熱站，再經(jīng)各二級換熱站完成二級熱網(wǎng)熱量的交換，最終將熱能送到各個用戶。一期集中供熱工程已完成供熱覆蓋面積400萬m2，熱力主管網(wǎng)鋪設(shè)72km，建設(shè)換熱站46座，2010年11月15日起正式向鄒城市城區(qū)供熱，實現(xiàn)了當年設(shè)計、當年施工、當年供熱目標。

二、首站供熱設(shè)計參數(shù)

首站設(shè)計機組抽汽壓力為0．35MPa，抽汽溫度為236．6℃，單臺335MW機組改造后最大抽汽量350t/h。

汽輪機組對外供熱量計算：

式中： Dh—用于供熱的蒸汽的抽汽量，kg/h；

hh—供熱抽氣的焓值，kJ/kg；

hhi—抽汽凝結(jié)水的焓值，kJ/ kg。

汽輪機組發(fā)電熱耗率計算：

式中： ηgl—鍋爐效率，%；

ηgd—管道效率，%；

D0—機組新蒸汽流，kg/s。

經(jīng)計算，得出首站供熱參數(shù)變化對機組發(fā)電熱耗率影響如表1所示。

表1 首站供熱參數(shù)變化對機組發(fā)電熱耗率影響

從表1可以看出，提高可調(diào)整抽汽凝汽式發(fā)電供熱機組的熱化發(fā)電量的比重、減少凝汽發(fā)電量，是提高機組熱電聯(lián)產(chǎn)效益的關(guān)鍵所在。

三、熱網(wǎng)供熱設(shè)計參數(shù)

一次網(wǎng)設(shè)計供、回水溫度130℃、70℃，供、回水壓力1．6MPa、1．0MPa，經(jīng)區(qū)域換熱站完成換熱。二級網(wǎng)根據(jù)熱用戶的采暖方式的不同，供、回水溫度設(shè)計為掛暖80℃、60℃；地暖60℃、50℃。

一次網(wǎng)循環(huán)水壓力的高低直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性，其數(shù)值選擇主要依據(jù)系統(tǒng)最不利點來選取，避免壓力過高帶來的能源的浪費，同時避免壓力過低，影響系統(tǒng)的有效循環(huán)，一次網(wǎng)循環(huán)水供水壓力確定后，就不必做大更改。

根據(jù)設(shè)備情況，熱網(wǎng)系統(tǒng)的二次網(wǎng)循環(huán)水供水壓力選擇0．9MPa，回水壓力為0．5MPa；供水溫度60℃，回水溫度為50℃。一次網(wǎng)受補水及部分回水管路上部件承壓的影響，循環(huán)水供水壓力最高僅1．1MPa，回水壓力為0．4MPa。上述參數(shù)作為本次熱網(wǎng)經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)。

為利于熱網(wǎng)經(jīng)濟性分析，簡化系統(tǒng)，提高分析效率，將46座換熱站擬合為1個換熱站模型，把一、二級網(wǎng)整合為如圖1所示熱力系統(tǒng)。

圖1 熱網(wǎng)流程簡

四、熱網(wǎng)運行現(xiàn)狀

目前，一次網(wǎng)運行參數(shù)遠低于設(shè)計值，供水壓力僅可達到1．1 MPa，供水溫度最高僅95℃，回水壓力0．4MPa，回水溫度65℃，系統(tǒng)流量最高達4 800m3/h，然熱網(wǎng)末端用戶供熱量仍呈現(xiàn)不足；二次網(wǎng)運行參數(shù)也低于設(shè)計值，供水溫度最高僅60℃，回水溫度50℃。

五、供熱壓力、溫度升高對熱網(wǎng)經(jīng)濟性的影響

1．一次網(wǎng)經(jīng)濟性分析

企業(yè)實際供熱面積約300萬m2，根據(jù)山東本地房屋條件，住戶的供熱功率約46W/m2。因此，300萬m2的所需功率約為138MW，估計每天供熱量約為1．2萬GJ，供熱系統(tǒng)顯示每天供熱量約為1．3萬GJ。

(1)一次網(wǎng)流量分析

依據(jù)系統(tǒng)顯示參數(shù)所對應(yīng)的耗熱量，即以供水壓力0．94MPa、溫度94℃，回水壓力0．36MPa、溫度65℃為原始計算依據(jù)，選取不同的供、回水溫度，在供熱量相同的條件下分別計算該參數(shù)下對應(yīng)的一次網(wǎng)循環(huán)水流量。

式中： G—循環(huán)水泵流量，kg/s；

T1—循環(huán)水回水溫度，℃；

T2—循環(huán)水供水溫度，℃；

Cp—循環(huán)水的平均定壓比熱，kJ/kg。

依據(jù)上述公式分別計算不同參數(shù)下，一次網(wǎng)循環(huán)水流量相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 等供熱量條件下的各供熱參數(shù)對比

據(jù)表2可知，一次網(wǎng)供熱參數(shù)的提高對循環(huán)水量的影響巨大。1．06MPa、94℃供熱參數(shù)下的流量是1．1MPa、130℃條件下流量的1．8倍。

(2)一次網(wǎng)水泵效率及軸功率分析

為分析水泵效率隨流量變化的特性，避免采用查圖法查找效率數(shù)據(jù)所造成的誤差，將水泵特性曲線（圖2）擬合為數(shù)學(xué)模型，利用準確的數(shù)學(xué)計算來落實水泵效率，從而保證水泵軸功率數(shù)據(jù)的準確性。

圖2 水泵效率等曲線

水泵流量—效率擬合數(shù)學(xué)模型：

η= 3．85919044081828E-04+5．5560151676912E-04Q-8．87082079888839E-08Q2

式中： Q—循環(huán)水體積流量，m3/h；

η—水泵效率。

水泵軸功率計算公式：

P=γQH/η

式中： γ—循環(huán)水的重度，N/m3；

H—水泵揚程，m。

將表2內(nèi)對應(yīng)的流量數(shù)據(jù)代入水泵流量—效率擬合數(shù)學(xué)模型，計算出水泵效率，然后計算出水泵所需軸功率，如表3所示。

由表3可知，供熱參數(shù)的提高可顯著降低一次網(wǎng)循環(huán)水泵的軸功率，參數(shù)提高后可有效地將水泵軸功率降至原功率的40%，節(jié)能潛力巨大。

因此，一次網(wǎng)供熱參數(shù)的提高是降低供熱成本的重要影響因素，參數(shù)提高節(jié)能效果顯著。

2．二次網(wǎng)經(jīng)濟性分析

(1)二次網(wǎng)調(diào)節(jié)理論及流量分析

在熱網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定工況下，二級熱網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，供熱量、散熱器散熱量與建筑物耗熱量相等的前提條件下，對二次網(wǎng)供、回水溫度理論值經(jīng)公式推導(dǎo)得出如下結(jié)論：系統(tǒng)供、回水的平均溫度與二次網(wǎng)流量無關(guān)，也就是說系統(tǒng)在不同流量情況下均可滿足用戶預(yù)期室溫。 在系統(tǒng)供熱量一定的前提下，系統(tǒng)流量越大，供水溫度越低，回水溫度越高；系統(tǒng)流量越小，供水溫度越高，回水溫度越低，供、回水溫差越大。上述結(jié)論對于正確指導(dǎo)運行調(diào)節(jié)有特別重要的意義。

根據(jù)公式計算二次網(wǎng)流量比隨供、回水溫度數(shù)據(jù)變化如表4所示。

表4 二次網(wǎng)流量隨供、回水參數(shù)變化

因此，可根據(jù)推導(dǎo)出的二次網(wǎng)供熱溫度數(shù)據(jù)，選取適當?shù)亩尉W(wǎng)供、回水溫度，進而有效地降低二次網(wǎng)循環(huán)水泵的流量，達到二次網(wǎng)節(jié)能的目的。

(2)二次網(wǎng)流量焓降分析法

根據(jù)能量平衡原理，供熱量與用戶消耗熱量近似相等，所以二次網(wǎng)的消耗熱量可以用一次網(wǎng)熱量作為分析參考數(shù)據(jù)。利用焓降分析方法計算二次網(wǎng)流量，即二次網(wǎng)的熱量=循環(huán)水焓降值×循環(huán)水質(zhì)量流量。

以1．06MPa、94℃供熱參數(shù)下的板式換熱器的數(shù)據(jù)為原始分析數(shù)據(jù)，在二次網(wǎng)消耗熱量不變（按照室外溫度較低時一天熱量13 380GJ作為參考），假設(shè)水泵效率不變（水泵超流量程情況下，隨著水泵實際流量降低，水泵的效率反而會提高）、水泵揚程不變的條件下，計算二次網(wǎng)不同供熱參數(shù)下的循環(huán)水泵流量數(shù)據(jù)表（表5）。

因此，二次網(wǎng)供熱參數(shù)的提高，溫差的加大可以有效降低循環(huán)水流量。若依據(jù)設(shè)計參數(shù)調(diào)整，循環(huán)水流量可降低至原流量的一半。

(3)二次網(wǎng)水泵效率及軸功率定性分析

由于各換熱站水泵型號不同，因而流量-效率曲線不同，因此對二次網(wǎng)水泵軸功率僅進行定性分析。隨著二次網(wǎng)流量的降低，水泵的軸功率也要下降；若二次網(wǎng)供熱參數(shù)采用設(shè)計溫度，流量將會更低，對熱網(wǎng)電耗影響巨大。

3．熱網(wǎng)參數(shù)變化導(dǎo)致系統(tǒng)能耗變化

依據(jù)上述對一、二次網(wǎng)流量及水泵軸功率數(shù)據(jù)分析，說明一次網(wǎng)、二次網(wǎng)供熱參數(shù)的提高對熱網(wǎng)運行經(jīng)濟性影響較大；目前熱網(wǎng)運行方式節(jié)能潛力巨大，可進一步有效的降低一、二次網(wǎng)供熱成本。

表5 二次網(wǎng)不同供熱參數(shù)條件下的循環(huán)水流量

六、結(jié)語

供熱首站的供熱參數(shù)的選取直接影響供熱機組的發(fā)電熱耗率；一、二次網(wǎng)供熱參數(shù)降低，將導(dǎo)致熱網(wǎng)系統(tǒng)（一、二次網(wǎng)）的循環(huán)水流量增加、循環(huán)水泵軸功率增加即水泵電耗增加、熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱成本增加。為使用戶室溫達標，必須在整個供暖期，隨室外氣溫的變化，隨時進行供水溫度、流量的調(diào)節(jié)，以期實現(xiàn)按需供熱。因此，依據(jù)數(shù)據(jù)分析，實時優(yōu)化首站、一次網(wǎng)、二次網(wǎng)的供熱參數(shù)系統(tǒng)，節(jié)能潛力巨大。

[1] 石兆玉．供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制[M]．清華大學(xué)出版社，1994．

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