電廠(chǎng)汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系分析

董尚軍

摘 要：目前，火電仍是我國(guó)電力生產(chǎn)的主要方式，煤耗就成為影響電力生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，因?yàn)槿济撼杀敬蠹s占發(fā)電成本的60%。降低發(fā)電煤耗，提高能源利用率，不僅提高了發(fā)電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，而且節(jié)能減排有利于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，所以研究降低煤耗的措施具有重要的意義。影響煤耗的因素除了煤質(zhì)和鍋爐運(yùn)行工況以外，還與汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，因此本文對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；運(yùn)行參數(shù)；煤耗；關(guān)系；火電廠(chǎng)

一、研究汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系的方法

目前，研究汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系的方法[1]主要有以下這些：

1.常規(guī)熱平衡法

該方法邏輯清晰，易于理解，但在逐級(jí)求解加熱器從高壓到低壓抽氣量的熱平衡方程非常復(fù)雜，不易探求其內(nèi)在規(guī)律，影響實(shí)際應(yīng)用。

2.矩陣法

矩陣法實(shí)為在熱平衡法建?；A(chǔ)上的二次建模，其數(shù)形結(jié)合的思想適于計(jì)算機(jī)編程，但用于汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系的研究，方法還不夠成熟。

3.火用分析法

火用分析法也稱(chēng)為?分析法。?表示單位質(zhì)量的物質(zhì)包含的熱量可用性。?分析的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)第二定律，即孤立系統(tǒng)中的熵增原理。由于求解過(guò)程涉及高階矩陣求逆，方法較為復(fù)雜，所以實(shí)際應(yīng)用受限。

4.循環(huán)函數(shù)法

該方法將復(fù)雜的熱力系統(tǒng)分為主循環(huán)及若干并列的輔助循環(huán)，然后分別計(jì)算主、輔循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，計(jì)算機(jī)計(jì)算量大為減少，但熱力系統(tǒng)調(diào)整時(shí)端差的計(jì)算比較麻煩。

5.等效焓降法

這種方法實(shí)為定流量分析方法，由于不需要全盤(pán)重新計(jì)算就能探明系統(tǒng)變化的經(jīng)濟(jì)性，可以方便地算出系統(tǒng)局部變化對(duì)整機(jī)系統(tǒng)的影響，因而實(shí)用性很強(qiáng)。

通過(guò)上面分析不難看出，采用等效焓降法分析汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系是較好的選擇。

二、汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系的計(jì)算模型與煤耗偏差分析

1.煤耗偏差計(jì)算模型

熱力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)偏離目標(biāo)的相對(duì)變化值和絕對(duì)變化值可用以下關(guān)系表達(dá)：

（1）

（2）

式（1）、（2）中，[?bb]i表示某一運(yùn)行參數(shù)偏離基準(zhǔn)值所引起的標(biāo)準(zhǔn)煤耗的絕對(duì)變化量，單位是g/（kW·h）；bb表示發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，單位也是g/（kW·h）；[δη]i表示某一運(yùn)行參數(shù)偏離基準(zhǔn)值所引起的某分效率的相對(duì)變化量，單位是%；[δq]i表示某一運(yùn)行參數(shù)偏離目標(biāo)值所引起的熱耗率相對(duì)變化率，單位是%；式（1）中的“-”表示標(biāo)準(zhǔn)煤耗與各分效率的關(guān)系是反比關(guān)系，也就是各分效率升高則標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低；式（2）沒(méi)有“-”，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)煤耗與熱耗率的關(guān)系是正比關(guān)系，即熱耗率提高，標(biāo)準(zhǔn)煤耗也升高。

2. 給水溫度變化引起的煤耗偏差[2]

汽輪機(jī)排氣壓力變化及各級(jí)加熱器性能變化都會(huì)使鍋爐給水溫度發(fā)生變化。給水溫度下降，其給水比焓也降低，致使蒸汽循環(huán)吸熱量增加，進(jìn)而汽輪機(jī)內(nèi)效率減少，而標(biāo)準(zhǔn)煤耗升高。鍋爐給水溫度變化偏離基準(zhǔn)值對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響可用式（3）表示：

（3）

式（3）中，?q表示給水溫度變化引起的經(jīng)濟(jì)性變化量；d'表示新蒸汽的汽耗率，單位為kg/（kW·h）；q0'表示新蒸汽比熱耗實(shí)際值，單位是kJ/（kW·h）；d表示新蒸汽的汽耗率基準(zhǔn)值，單位同d'；q0表示新蒸汽的比熱耗基準(zhǔn)值，單位同q0。

鍋爐給水溫度變化偏離基準(zhǔn)值對(duì)汽輪機(jī)熱耗率相對(duì)變化為：

（4）

再據(jù)式（2），取，可得鍋爐給水溫度變化偏離基準(zhǔn)值對(duì)機(jī)組煤耗量變化關(guān)系如下：

（5）

3.主蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差

主蒸汽溫度不變，而其壓力下降，汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽放熱量將減少，整機(jī)理想焓降下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性也隨之降低。汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主蒸汽壓力從p1變化到p1'，高壓缸理想狀態(tài)下實(shí)際焓由h1'變化到h2'，基準(zhǔn)焓值由h1變化到h2，機(jī)組比焓降變化量為：

（6）

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)在效率可表示為：

（7）

整個(gè)機(jī)組熱效率變化量用下式表示：

（8）

式（8）中，表示主蒸汽壓力變化前的機(jī)組效率。取，再據(jù)式（1）可得到主蒸汽壓力變化引起機(jī)組煤耗偏差為：

（9）

4.主蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差

主蒸汽壓力及其他運(yùn)行參數(shù)不變，假如主蒸汽溫度下降，則高壓缸理想焓也下降，由于排汽濕度提高，機(jī)組內(nèi)在效率也隨之下降，因而功率也降低。主蒸汽溫度由t變化到t'，汽輪機(jī)做功損失量為：

（10）

式（10）與式（6）形式相同，但意義并不相同。采用與2.3節(jié)同樣的方法，可導(dǎo)出主蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差關(guān)系如下：

（11）

5.再熱蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差

不同于高壓的主蒸汽，由于再熱蒸汽壓力低，其單位壓降做功損失比主蒸汽大得多，所以對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響絕對(duì)不能忽視。然而，再熱蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差關(guān)系式相同：

（12）

6. 再熱蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差

再熱蒸汽溫度變化的影響性質(zhì)類(lèi)似主蒸汽溫度變化，所引起的煤耗偏差關(guān)系形式相同：

（13）

7. 排汽壓力變化引起的煤耗偏差

排汽壓力變化對(duì)汽輪機(jī)做功有影響，一是排汽焓改變引起機(jī)組有效焓降做功量變化；二是引起凝結(jié)水溫度變化，進(jìn)而影響低壓加熱器抽汽量變化，并最終影響做功量。排汽壓力變化引起的煤耗偏差關(guān)系式也與前幾節(jié)的形式相同：

（14）

8.汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)綜合變化引起的煤耗偏差

當(dāng)汽輪機(jī)多個(gè)運(yùn)行參數(shù)同時(shí)發(fā)生改變并引起煤耗偏差，可以將各個(gè)運(yùn)行參數(shù)的影響進(jìn)行累加：

（15）

當(dāng)鍋爐給水溫度沒(méi)有偏離基準(zhǔn)值時(shí)，第一項(xiàng)bbδq為0。n表示所有運(yùn)行參數(shù)的個(gè)數(shù)。

9.汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系實(shí)例

某300MW火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)與煤耗關(guān)系計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

總之，節(jié)能減排已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，作為耗煤大戶(hù)的火電廠(chǎng)也有責(zé)任和義務(wù)承擔(dān)起節(jié)能減排的重任。本文研究結(jié)果表明，汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與煤耗之間存在著密切的關(guān)系，通過(guò)優(yōu)化和控制運(yùn)行參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤耗降低的目標(biāo)，這為電廠(chǎng)運(yùn)行人員合理調(diào)整汽輪機(jī)運(yùn)行方式提供了有效依據(jù)，從而為電廠(chǎng)節(jié)能減排發(fā)揮了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]沙偉，薛云燦，劉瑞陽(yáng)，等. 電廠(chǎng)汽輪機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)變化的煤耗分析[J].陜西電力，2014，42（10）：10-12，17.

[2]張國(guó)立，曹麗華，姜鐵騮. 某火電廠(chǎng)運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性診斷和節(jié)能潛力分析[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（4）：72-77.

（作者單位：廣東粵電云河發(fā)電有限公司）