熱電聯(lián)產(chǎn)分?jǐn)偡椒ǖ奶接懪c分析

謝爭(zhēng)先，陳建國(guó)，張春玲，董建勛，龐開(kāi)宇

（1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110181；2.遼寧中電投電站燃燒工程技術(shù)研究中心有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179）

熱電聯(lián)產(chǎn)分?jǐn)偡椒ǖ奶接懪c分析

謝爭(zhēng)先1，陳建國(guó)1，張春玲1，董建勛2，龐開(kāi)宇2

（1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110181；2.遼寧中電投電站燃燒工程技術(shù)研究中心有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179）

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)過(guò)程，合理有效地確定熱電分?jǐn)偙仁种匾?。?duì)熱電分?jǐn)?種方法進(jìn)行了討論，并分別用這5種方法對(duì)抽氣式汽輪機(jī)與背壓式汽輪機(jī)進(jìn)行了熱分?jǐn)傆?jì)算，探討了分析計(jì)算的合理性。結(jié)果表明分析法和折合分析法能夠合理確定熱分?jǐn)偙取?/p>

熱電聯(lián)產(chǎn)；熱電分?jǐn)?；汽輪機(jī)；分析法

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中，如何合理有效地確定熱電分?jǐn)偙?，長(zhǎng)期以來(lái)一直存在爭(zhēng)議。熱電分?jǐn)偡椒Q定著熱電雙方的利益，對(duì)合理制定熱力價(jià)格也具有重要意義［1-5］。目前，我國(guó)熱電分?jǐn)偡椒ㄖ饕袩崃糠?、?shí)際焓降法、分析法、折合分析法和加權(quán)法［6-8］。

1 熱量法

熱電聯(lián)產(chǎn)效益歸電法的代表是熱量法，其核心是只考慮能量的數(shù)量，不考慮能量的質(zhì)量，將熱電企業(yè)的總耗熱量按生產(chǎn)電熱2種產(chǎn)品的數(shù)量比例進(jìn)行分配，即將減少的冷源損失帶來(lái)效益歸發(fā)電方面，故又稱(chēng) “好處歸電法”。該法只根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行分?jǐn)?，沒(méi)有反映電和熱在質(zhì)量上的差別和不同形式的單位能量在質(zhì)方面的不等價(jià)，這種方法核算出來(lái)的單位供熱量的煤耗基本上與熱用戶使用供熱鍋爐接近［9］。

熱電廠的總熱耗量：

式中：Qtp為熱電廠的總耗熱量，kJ/h；Btp為熱電廠總?cè)剂舷牧?，kJ/h；qnet為燃料低位發(fā)熱量，kJ/h；D0為汽輪機(jī)進(jìn)汽量，t/h；h0為汽輪機(jī)進(jìn)汽焓，kJ/kg；hfw為鍋爐給水焓，kJ/kg；ηb為鍋爐效率；ηp為管道效率。

熱電廠分配給供熱方面的熱耗量是以熱用戶實(shí)際消耗的熱量為依據(jù)，計(jì)算公式如下：

式中：Qtp（h）為分配給供熱方面的熱耗量，kJ/h；Qh為熱電廠送出的熱量，kJ/h；Q為熱用戶獲得的熱量，kJ/h；ηhs為熱網(wǎng)效率。

熱電廠送出的熱量：

式中：Dh為供熱蒸汽量，t/h；hh為供熱蒸汽焓，kJ/kg；h′h為供熱蒸汽凝結(jié)水焓，kJ/kg。

熱電廠分配給發(fā)電方面的熱耗量：

熱電分?jǐn)偙缺硎痉峙浣o供熱方面的熱耗量與熱電廠的總熱耗量的比值：

所以熱量法的熱電分?jǐn)偙葹?/p>

2 實(shí)際焓降法

實(shí)際焓降法是熱電聯(lián)產(chǎn)效益歸熱法的代表方法，其基本思想是由于熱電聯(lián)產(chǎn)使聯(lián)產(chǎn)供熱汽流未能做功到排汽參數(shù)，則聯(lián)產(chǎn)供熱應(yīng)按與新蒸汽實(shí)際焓降的比例來(lái)分配供熱的熱耗量。實(shí)際焓降法考慮了供熱蒸汽在汽輪機(jī)中作功不足對(duì)熱能質(zhì)量的不利影響，以及不同供熱參數(shù)對(duì)供熱比的影響，考慮采用高質(zhì)高價(jià)（多分?jǐn)偀岷模┗虻唾|(zhì)低價(jià)（少分?jǐn)偀岷模?的方法。

分配給聯(lián)產(chǎn)供熱的熱耗量：

式中：hc為汽輪機(jī)排汽焓，kJ/kg。

熱電廠分配給發(fā)電的熱耗量：

所以實(shí)際焓降法的熱電分?jǐn)偙葹?/p>

分配給供熱方面的熱耗量：

式中：e0為新蒸汽的比，kJ/kg；eh為供熱抽汽的比，kJ/kg。

熱電廠分配給發(fā)電的熱耗量：

以一單軸熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)向外界輸出的能量由兩部分組成，一是向外輸出的電能E，二是向外供出的熱量Qh。

若系統(tǒng)入口蒸汽流量為D0，供熱抽汽流量為Dh，該系統(tǒng)向外輸出的電能為

式中：Q′h為系統(tǒng)向熱用戶提供的折合，kJ/h。

此時(shí)熱分?jǐn)偙鹊谋磉_(dá)式為

可推導(dǎo)出：

采用式（16）計(jì)算熱分?jǐn)偙葧r(shí)，一但機(jī)組各種參數(shù)選定，D，e，Ω就都可以確定，k的取值依據(jù)下列3個(gè)原則：①應(yīng)符合全為或全為的能量中的利用價(jià)值為零的邊界條件；②應(yīng)當(dāng)使折合成為系統(tǒng)工質(zhì)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，便于計(jì)算分析；③應(yīng)使能量中的利用程度與其能質(zhì)系數(shù)成某種有規(guī)律的關(guān)系，即可用為能質(zhì)系數(shù)的函數(shù)。

因此，選取k為隨能質(zhì)系數(shù)Ω變化的量，且因兩者取值范圍均為0～1，故可假定k＝Ω，則式（17） 變?yōu)?/p>

5 加權(quán)法

加權(quán)法是將熱量法和實(shí)際焓降法的熱分?jǐn)偙韧ㄟ^(guò)加權(quán)相加，推薦的權(quán)值一般為0.5，0.6，0.7，并沒(méi)有理論計(jì)算依據(jù)。

如果取權(quán)值為0.6計(jì)算示例如下：設(shè)熱量法的熱分?jǐn)偙葹棣羠1，實(shí)際焓降法的熱分?jǐn)偙葹棣羠2，由前面分析可知：

那么利用加權(quán)法的熱分?jǐn)偙葹?/p>

6 應(yīng)用計(jì)算

6.1 抽汽式機(jī)組

已知一電廠裝有C50-8.82/1.27型供熱式汽輪機(jī)，某工況下運(yùn)行數(shù)據(jù)為：h0＝3 475 kJ/kg；s0＝6.780 1 kJ/（kg·K）；hh＝3 024.1 kJ/kg；sh＝6.964 5 kJ/（kg·K）；hh′＝418.68 kJ/kg；hc＝2 336.2 kJ/kg；hc′＝418.68 kJ/kg。回水率100%，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組機(jī)電效率 ηmηg＝0.96，管道效率ηbηp＝0.88，熱網(wǎng)效率ηhs＝0.98，汽輪機(jī)進(jìn)汽量D0＝370 t/h，最小凝汽量Dc＝18 t/h，不考慮回?zé)?，不?jì)散熱損失，Ten＝273.15 K。求該熱電廠的熱量利用系數(shù)ηtp，熱化發(fā)電率ω和發(fā)電、供熱的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

對(duì)于抽汽式機(jī)組用5種方法計(jì)算熱電廠的熱量利用系數(shù)ηtp，熱化發(fā)電率 ω，熱分?jǐn)偙?αr以及發(fā)電、供熱的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

6.2 背壓式機(jī)組

已知一電廠裝有B25-8.83/0.981型供熱式汽輪機(jī)，某工況下運(yùn)行數(shù)據(jù)為：h0＝3 475 kJ/kg；s0＝6.780 1 kJ/（kg·K）；hfw＝920.63 kJ/kg；hh＝3 024.1 kJ/kg；sh＝6.964 5 kJ/（kg·K）；hh’＝418.68 kJ/kg；hc＝2 336.2 kJ/kg；hc’＝418.68 kJ/kg。回水率 100%，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組機(jī)電效率 ηmηg＝0.96，管道效率 ηbηp＝0.88， 熱網(wǎng)效率 ηhs＝0.98，汽輪機(jī)進(jìn)汽量D0＝220 t/h，排汽量Dc＝182.85 t/h，全部用于對(duì)外供熱，不考慮回?zé)?，不?jì)散熱損失，Ten＝273.15 K。求該熱電廠的熱量利用系數(shù) ηtp，熱化發(fā)電率ω和發(fā)電、供熱的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

表1 抽汽式機(jī)組采用不同方法熱電廠的各種經(jīng)濟(jì)參數(shù)比較

與抽汽式機(jī)組比較，背壓式機(jī)組由于供熱蒸汽量與汽輪機(jī)排汽量相等，即Dh＝Dc。對(duì)于背壓式機(jī)組用5種方法計(jì)算熱電廠的熱量利用系數(shù) ηtp，熱化發(fā)電率ω，熱分?jǐn)偙圈羠以及發(fā)電、供熱的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)果匯總見(jiàn)表2。

表2 背壓式機(jī)組采用不同方法熱電廠的各種經(jīng)濟(jì)參數(shù)比較

通過(guò)上述計(jì)算表明，用熱量法和實(shí)際焓降法計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是熱分?jǐn)偙鹊?個(gè)極限，也就是說(shuō)，合理的熱分?jǐn)偙葢?yīng)該位于這二者之間，這樣才能準(zhǔn)確反映出熱電生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

7 結(jié)束語(yǔ)

［1］張曉暉，陳鐘頎.熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗特性 ［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（5）：93-98.

［2］馮 霄，錢(qián)立倫，蔡頤年.熱電聯(lián)產(chǎn)中熱電分?jǐn)偙鹊暮侠泶_定 ［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，1997，18（4）：409-412.

［3］蘇蘭青，喬春珍，萬(wàn)逵芳.汽輪機(jī)排汽通道優(yōu)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) ［J］.東北電力技術(shù)，2016，37（10）：56-59.

［4］李 巖，武慶源，王 鵬.汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)改變對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響 ［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（7）：4-8.

［5］葉學(xué)民，閻維平，高正陽(yáng).合理確定熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中熱電分?jǐn)偙鹊恼酆戏謹(jǐn)偰Ｐ?［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23（2）：168-171.

［6］荊有印，王保生.熱電聯(lián)產(chǎn)中能級(jí)比加權(quán)熱電分?jǐn)偡?［J］.動(dòng)力工程，1999，19（6）：471-472.

［7］陳海平，于鑫瑋，魯光武.基于質(zhì)量單元的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電分?jǐn)偹惴?［J］.熱力發(fā)電，2014，43（2）：16-19.

［8］劉光遠(yuǎn)，曹建榮，孫志高.熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱電分?jǐn)偡椒ㄑ芯?［J］.節(jié)能技術(shù)，2000，18（5）：9-10.

［9］薛 敏.熱電廠熱電分?jǐn)偡椒ㄌ接?［J］.湖南電力，2007，27（3）：37-39.

Discussion and Analysis on Heat Allocation Method in Heat?electricity Cogeneration

XIE Zhengxian1，CHEN Jianguo1，ZHANG Chunling1，DONG Jianxun2，PANG Kaiyu2
（1.SPIC Northeast Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110181，China；2.Liaoning CPI Power Plant Combustion Engineering Technology Research Center Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China）

For the heat and electricity cogeneration process，the reasonable determination of allocation ratio of heat and electricity is very important.Five allocation methods of heat and electricity are discussed and used to calculate the heat allocation of the steam ex?traction turbine and the back pressure turbine，then the rationality of analysis and calculation is discussed.The results show that the ex?ergy analysis method and the equivalent exergy analysis method can determine reasonable allocation ratio of heat.

cogeneration；cost allocation；steam turbine；exergy analytical method

F426.61

A

1004-7913（2017）03-0032-03

謝爭(zhēng)先（1964），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事燃煤電站節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究工作。

2016-12-15）