基于等效焓降法300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析

閆順林 蔚群超 張澤淼 騰 龍

（華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定071003）

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的節(jié)能減排的重要手段，是城市化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是我國(guó)政府大力倡導(dǎo)的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一。目前，北方采暖地區(qū)共有6MW以上熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組近1.3億kW，其中200MW以上的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組容量超過(guò)8000萬(wàn)kW，并且未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)是300MW級(jí)大型、高參數(shù)、高效率的熱電機(jī)組。

雖然近年來(lái)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展較快，但目前北方采暖地區(qū)集中供熱比例還較低，平均水平不足40%，大量采暖鍋爐正在分散運(yùn)行，不僅熱效率低、能耗高、污染物排放多，而且供熱質(zhì)量還差，影響居民生活質(zhì)量，因此，做好采暖地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)節(jié)能減排的意義重大[1-4]。

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組來(lái)說(shuō)，外界環(huán)境溫度對(duì)其運(yùn)行情況具有很大的影響。不同的外界環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)不同的供熱熱負(fù)荷，匹配不同的熱網(wǎng)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)應(yīng)不同的機(jī)組供熱抽汽參數(shù);根據(jù)不同的供熱抽汽參數(shù)，研究汽輪機(jī)的變化情況，確定其發(fā)電功率的變化，則需要進(jìn)行供熱機(jī)組的變工況計(jì)算。

等效焓降在對(duì)熱力系統(tǒng)作局部定量分析時(shí)，具有簡(jiǎn)潔、方便的特點(diǎn)，供熱機(jī)組熱力系統(tǒng)的局部定量分析仍舊保留這一特色。如果把新蒸汽流量固定不變，則熱力系統(tǒng)中出現(xiàn)的任何影響經(jīng)濟(jì)性的變化，只是改變了汽輪機(jī)的功率和該變工況以后的供熱抽汽份額，各級(jí)抽汽流量不致全部變動(dòng)。然而供熱機(jī)組的變工況則是指，主汽量不變，而熱負(fù)荷變化，供熱抽汽參數(shù)也隨之發(fā)生變化，從而影響汽輪機(jī)的做功。因此，就可以把等效焓降法應(yīng)用在熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組變工況功率計(jì)算程序中[5-7]。

1 等效焓降法在變工況計(jì)算中的應(yīng)用原理

先利用熱平衡和質(zhì)量守恒原理計(jì)算出各段回?zé)岢槠牧髁?，得到各段回?zé)岢槠禂?shù)，再確定各段抽汽等效焓降、抽汽效率和新蒸汽毛等效焓降，去除各種焓降損失之后得到機(jī)組的凈等效焓降，進(jìn)而計(jì)算機(jī)組的功率和熱耗率等指標(biāo)。在變工況計(jì)算過(guò)程中，跟據(jù)各級(jí)抽汽效率不變?cè)瓌t，只需要計(jì)算額定供熱抽汽工況下的各級(jí)抽汽效率，使計(jì)算大大簡(jiǎn)化。

通過(guò)等效焓降計(jì)算機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性從凝汽器開(kāi)始較易確定，靠近凝汽器的低壓加熱器記為一號(hào)加熱器，沿給水流動(dòng)方向依次標(biāo)記。具體計(jì)算公式如表1所示。

式中 hh、hw，h、hw5、hsg、hl分別為供熱抽汽焓、抽汽回水焓、除氧器出口焓、軸封漏汽焓和有軸封漏汽匯入的抽汽焓；τj、γj為j級(jí)加熱器給水焓升和疏水放熱量；qrh為再熱吸熱量；αh、αsg、αrh分別為供熱抽汽份額、軸封漏汽份額和新蒸汽再熱份額。Ar取γr或τr視加熱器而定，如果j為匯集式加熱器，則取τr；如果j為疏水放流式加熱器，則從j以下直到（包括）匯集式加熱器取γr，而在匯集式加熱器以下，無(wú)論是匯集式還是疏水放流式加熱器，一律取τr[8]。

2 實(shí)例計(jì)算

本文計(jì)算對(duì)象為某亞臨界供熱300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組為一次中間再熱、8級(jí)回?zé)岢槠Ｆ渲兄髡羝髁繛?025t/h，主蒸汽壓力為16.7 MPa，供熱抽汽壓力為0.45MPa，供熱抽汽量為500t/h。對(duì)外抽汽段用汽選為第4段，供熱抽汽回水進(jìn)入除氧器。以制造廠商提供的額定抽汽工況為基準(zhǔn)，在保證主蒸汽流量、主蒸汽參數(shù)、再熱參數(shù)不變的情況下，分析供熱抽汽參數(shù)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。

表1 等效焓降具體計(jì)算公式

表2 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組各段回?zé)岢槠嚓P(guān)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表3 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

2.1 基準(zhǔn)工況下各抽汽效率計(jì)算結(jié)果

根據(jù)熱各段回?zé)岢槠膲毫挽手担脽崞胶夂唾|(zhì)量守恒原理計(jì)算出各段回?zé)岢槠牧髁?。再根?jù)等效焓降法對(duì)各段回?zé)岢槠M(jìn)行計(jì)算，得到各段抽汽等效焓降和抽汽效率。通過(guò)計(jì)算得出新蒸汽毛等效焓降，減去各漏汽做功損失和供熱抽汽做功損失，再加上軸封冷卻器焓升增益和給水泵焓升增益，即得到新蒸汽凈等效焓降，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為機(jī)組電功率、汽耗率和熱耗率等參數(shù)。在額定抽汽工況下，由于抽汽量較大，為了保證低壓缸的安全運(yùn)行，一級(jí)抽汽處于關(guān)閉狀態(tài)。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

2.2 不同供熱工況熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

為了研究不同抽汽參數(shù)對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，在額定抽汽參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別改變抽汽量和抽汽壓力，分析抽汽量和抽汽壓力對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性的影響。所選工況分別為：工況一(基準(zhǔn)工況)，500t/h，0.45MPa;工況二，500t/h，0.43MPa;工況三，560t/h，0.45MPa;工況四，560t/h，0.43 MPa，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

從計(jì)算結(jié)果表明，相同抽汽量下，抽汽壓力降低，機(jī)組的功率增大，煤耗降低，因?yàn)槠焚|(zhì)高的蒸汽做功能力好于品質(zhì)低的蒸汽，高品質(zhì)蒸汽做功增加，使機(jī)組功率增大，同時(shí)更合理的利用冷源損失，更符合能量的梯級(jí)利用原理，提高了熱經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)，相同抽汽壓力下，抽汽量增加，蒸汽有效做功減少，功率降低，在相同主蒸汽流量下，汽耗率增大，但供熱方面的煤耗分配增大，發(fā)電方面的煤耗分配減小，熱化發(fā)電比增大，對(duì)外供熱帶來(lái)的好處增加，煤耗下降。

表4 不同工況熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

以上對(duì)供熱機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析表明：

（1）根據(jù)各級(jí)抽汽效率不變?cè)瓌t，只需對(duì)額定抽汽工況下的抽汽效率進(jìn)行計(jì)算，等效焓降法對(duì)供熱機(jī)組變工況熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算具有簡(jiǎn)潔方便的特點(diǎn)。

（2）相同抽汽量下，抽汽壓力降低，發(fā)電煤耗降低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性好；相同抽汽壓力下，抽汽量增大，發(fā)電煤耗降低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高。

（3）在保證供熱負(fù)荷的情況下，選擇合適的機(jī)組運(yùn)行工況，對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，才能更好地發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性。

［1］周云，徐彤，王新雷.300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性研究[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012,24(4）：57-61.

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［5］劉志真.熱電聯(lián)產(chǎn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

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［7］孫奉仲，楊祥亮，高明.熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［8］李勤道，劉志真.熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析[M].中國(guó)電力出版社，2008.