燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)裝置效率變化對(duì)機(jī)組煤耗影響計(jì)算方法探討

【摘要】本文通過分析計(jì)算，推導(dǎo)出了燃機(jī)效率計(jì)算公式，再以此計(jì)算公式為基礎(chǔ)，分析了裝置效率變化后對(duì)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)效率和煤耗的影響及變化關(guān)系，對(duì)于電廠節(jié)能工作的開展指明了方向，奠定了理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)廨啓C(jī)；余熱鍋爐；蒸汽輪機(jī)；煤耗；變化；效率

前言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組與燃煤機(jī)組相比具有效率高、污染小、啟?？?、調(diào)峰性能好、節(jié)水、廠用電率低等優(yōu)點(diǎn)。因此得到了快速發(fā)展。隨著燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在我國(guó)的大力發(fā)展，對(duì)燃機(jī)電廠節(jié)能工作的開展也越來越重視，如何分析計(jì)算聯(lián)合循環(huán)裝置效率變化對(duì)機(jī)組煤耗的影響，進(jìn)而指導(dǎo)燃機(jī)電廠節(jié)能工作的開展就顯得尤為重要。

下面以非補(bǔ)燃式聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為例，先推導(dǎo)出聯(lián)合循環(huán)效率計(jì)算公式，然后再以此公式為基礎(chǔ)，通過實(shí)例計(jì)算來分析燃機(jī)電廠各裝置效率變化對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組煤耗的影響。

1、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率公式

圖1為典型非補(bǔ)燃式聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能量平衡關(guān)系圖。

圖中：—吸入壓氣機(jī)的空氣所攜帶的熱能；—燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒效率；—燃料低位發(fā)熱量；—燃料物理顯熱；—燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)外散熱；—進(jìn)入余熱鍋爐燃?xì)馑鶖y帶的熱能；—蒸汽輪機(jī)給水系統(tǒng)供入余熱鍋爐給水所攜帶的熱能；—蒸汽輪機(jī)高壓缸排汽進(jìn)入余熱鍋爐所攜帶的熱能；—余熱鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽所攜帶的熱能；—經(jīng)余熱鍋爐加熱后的再熱蒸汽所攜帶的熱能；—雙壓余熱鍋爐中產(chǎn)生的低壓蒸汽所攜帶的熱能；—余熱鍋爐排向大氣的燃?xì)馑鶖y帶的熱能；—蒸汽輪機(jī)通過凝汽器排向外界冷源的熱能；—燃?xì)廨啓C(jī)軸端功率；—蒸汽輪機(jī)軸端功率。

根據(jù)圖1中能量平衡關(guān)系，忽略燃料物理顯熱的影響，根據(jù)熱效率概念，則燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的熱效率為：

式中，，稱為余熱鍋爐當(dāng)量效率。

這就是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置的熱效率計(jì)算公式。

為計(jì)算方便，假設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)的機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率相同，即==、==，則

再考慮到機(jī)組廠用電率影響，則燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置供電效率計(jì)算公式為

2、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組各裝置效率變化對(duì)機(jī)組效率的影響及其對(duì)機(jī)組煤耗影響的分析計(jì)算

通過上面的推導(dǎo)，我們得到了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置供電效率計(jì)算公式。為便于計(jì)算及分析，假定機(jī)械效率為定值，令

。則

對(duì)上式求微分，并經(jīng)整理后，得到

式中： 為有關(guān)系數(shù)，為各相應(yīng)參數(shù)的相對(duì)變化量。即、、、、、。

對(duì)關(guān)系式進(jìn)行變形，并經(jīng)整理后，得到：

式中： 為有關(guān)系數(shù)，為各相應(yīng)參數(shù)的絕對(duì)變化量。即、、、、、

根據(jù)上面公式，就可以求得各參數(shù)變化后對(duì)聯(lián)合循環(huán)供電效率的影響關(guān)系，進(jìn)而求得各參數(shù)變化后對(duì)聯(lián)合循環(huán)供電煤耗的影響關(guān)系。

2.1 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組各裝置效率變化（絕對(duì)值）對(duì)機(jī)組效率影響計(jì)算實(shí)例

假設(shè)某聯(lián)合循環(huán)機(jī)組各裝置參數(shù)如下：燃機(jī)效率；汽機(jī)效率；余熱鍋爐效率；燃機(jī)燃燒器燃燒效率；機(jī)組廠用電率；聯(lián)合循環(huán)裝置供電效率。

根據(jù)上面推導(dǎo)的計(jì)算公式，我們首先計(jì)算燃機(jī)效率變化1%引起的聯(lián)合循環(huán)效率變化量。計(jì)算時(shí)假定其它各參數(shù)不變，僅燃機(jī)效率由額定值0.35（）降至0.34（），則

于是，燃機(jī)效率下降后聯(lián)合循環(huán)裝置供電效率為

用同樣的方法可以計(jì)算出其它各裝置效率變化（下降）1%后對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率的影響結(jié)果，各種變化影響值計(jì)算結(jié)果如下：

從計(jì)算結(jié)果可以看出：燃機(jī)效率每下降1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率下降0.674%；汽機(jī)效率每下降1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率下降0.54%；余熱鍋爐每下降1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率下降0.209%；發(fā)電廠用電率每下降1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率升高1.031%。

在實(shí)際應(yīng)用計(jì)算中，考慮到余熱鍋爐散熱、蒸汽管道散熱等影響因素，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可將散熱系數(shù)并入余熱鍋爐效率中來進(jìn)行計(jì)算。

通過上面的計(jì)算實(shí)例可以看出，只要我們知道了聯(lián)合循環(huán)某一裝置的效率變化數(shù)據(jù)，就可以非常方便的計(jì)算出整個(gè)裝置效率的變化情況。

2.2 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組煤耗計(jì)算實(shí)例。為了比較燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能，常用供電煤耗指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)。對(duì)對(duì)于煤耗計(jì)算，燃煤機(jī)組一般有兩種方法：正平衡煤耗計(jì)算和反平衡煤耗計(jì)算，其中反平衡煤耗計(jì)算方法主要用來對(duì)正平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行校訂和驗(yàn)證，必要時(shí)進(jìn)行修正，這主要是受燃煤測(cè)量局限性影響。而對(duì)于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，由于天然氣流量測(cè)量、熱值測(cè)量比較準(zhǔn)確，影響煤耗計(jì)算準(zhǔn)確性的因素已不復(fù)存在，因此，對(duì)于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠而言，一般均通過正平衡方法去計(jì)算煤耗，而不再采用反平衡去校驗(yàn)，這是和燃煤機(jī)組煤耗計(jì)算不同的地方。下面以實(shí)例來說明燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供電煤耗計(jì)算方法。

某燃機(jī)具體參數(shù)如下：燃機(jī)功率，汽機(jī)功率，天然氣標(biāo)況流量，天然氣低位熱值，標(biāo)煤低位熱值，發(fā)電廠用電率為。則燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電標(biāo)煤耗為：

考慮到機(jī)組廠用電率，則燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供電標(biāo)煤耗為：

通過上面公式就可以計(jì)算出聯(lián)合循環(huán)裝置的供電煤耗。

2.3 聯(lián)合循環(huán)各裝置效率變化對(duì)機(jī)組煤耗變化影響計(jì)算實(shí)例。在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的節(jié)能日常管理中，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組各裝置的效率是實(shí)時(shí)變化的，為了對(duì)機(jī)組性能進(jìn)行比較，分析各裝置效率變化對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組煤耗的影響，找出影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能的影響因素，進(jìn)而指導(dǎo)機(jī)組節(jié)能工作的開展，經(jīng)常需要分析燃機(jī)效率、汽機(jī)效率、余熱鍋爐效率及廠用電率變化對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響。在廠家提供的相關(guān)資料中，已經(jīng)明確表述了相關(guān)小指標(biāo)（如真空對(duì)汽機(jī)的影響、壓氣機(jī)壓差對(duì)燃機(jī)的影響、壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度對(duì)燃機(jī)的影響）對(duì)各裝置性能的具體影響，如燃機(jī)資料中就明確提到：燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣壓差每升高4inH2O，燃機(jī)出力下降1.5%，燃機(jī)熱耗增加0.5%；燃機(jī)排氣壓力每升高4inH2O，燃機(jī)出力下降0.5%，燃機(jī)熱耗增加0.5%。但其對(duì)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能的影響，資料中并未提及，這就需要找到一個(gè)計(jì)算公式來分析其相互關(guān)系，以用于指導(dǎo)開展日常的節(jié)能工作的管理。

通過2.1的實(shí)例計(jì)算我們已經(jīng)知道：假定聯(lián)合循環(huán)機(jī)組其它裝置效率不變，在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組某一裝置效率變化后，其效率變化和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率的變化關(guān)系。如燃機(jī)效率由額定值0.35（）降至0.34（）后，聯(lián)合循環(huán)的供電效率將下降0.671%，達(dá)到50.43%。假定原聯(lián)合循環(huán)的供電效率為，則燃機(jī)效率下降后聯(lián)合循環(huán)的供電效率降至-0.674%，于是我們就可以根據(jù)2.2提供的計(jì)算公式計(jì)算出聯(lián)合循環(huán)效率下降后對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響。即通過效率變化轉(zhuǎn)化為煤耗變化，進(jìn)而得出對(duì)煤耗的影響。于是：

即燃機(jī)效率由額定值0.35（）降至0.34（）后，聯(lián)合循環(huán)的供電煤耗將增加3.2g/kWh。

用同樣的方法可以計(jì)算出聯(lián)合循環(huán)機(jī)組其它設(shè)備效率絕對(duì)變化1%后（仍以2.1計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)）對(duì)機(jī)組煤耗的影響結(jié)果，結(jié)果如下：

上述計(jì)算結(jié)果是以設(shè)備效率絕對(duì)變化1%為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，并且是和設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較分析的，對(duì)于效率其它變化數(shù)值，計(jì)算方法類似。

同時(shí)我們也可以以上面計(jì)算基礎(chǔ)，分別比較不同效率下的煤耗關(guān)系，進(jìn)而得出不同效率下對(duì)煤耗的影響關(guān)系，而且不論設(shè)備效率如何變化，計(jì)算方法均相同。

通過上面的分析和計(jì)算實(shí)例可以看出，只要我們知道了某一小指標(biāo)（如燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣壓差每升高4inH2O，燃機(jī)熱耗增加0.5%）對(duì)聯(lián)合循環(huán)某一裝置效率變化關(guān)系，就可以計(jì)算出該裝置的效率變化情況，進(jìn)而根據(jù)2.2、2.3提供的計(jì)算公式非常方便的計(jì)算出其對(duì)整個(gè)裝置效率變化情況和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組煤耗的變化情況，進(jìn)而分析其影響。

3、結(jié)論

3.1 通過上面的分析可知：在燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐這三大主要設(shè)備中，在效率絕對(duì)變化量相同的情況下，燃機(jī)對(duì)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率影響較大，蒸汽輪機(jī)次之，余熱鍋爐運(yùn)行最小。這就給燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組節(jié)能工作的開展指明了方向，即要高度重視燃機(jī)節(jié)能，抓住主要矛盾，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

3.2 通過上面的分析和計(jì)算，我們推導(dǎo)出了燃機(jī)、汽機(jī)、余熱鍋爐等設(shè)備效率變化對(duì)機(jī)組供電煤耗影響的計(jì)算公式，對(duì)指導(dǎo)開展日常節(jié)能分析具有指導(dǎo)意義。

3.3 同時(shí)通過上面的分析和推導(dǎo)，對(duì)燃機(jī)電廠的效率進(jìn)行了整理，便于燃機(jī)電廠開展節(jié)能管理工作，為日常性能分析奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介：張?。?971-），男，河南安陽人，本科，浙江大唐國(guó)際江山新城熱電有限責(zé)任公司，工程師。研究方向：燃機(jī)運(yùn)行管理。