高加組投退對(duì)某生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組循環(huán)熱效率的影響

尤祥光

大唐鞏義發(fā)電有限責(zé)任公司 河南 鄭州 451200

高壓換熱器作為一種熱量轉(zhuǎn)換裝置，主要應(yīng)用于大容量火電機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)，是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)型的重要手段，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展及國(guó)家政策的傾斜，近年來新投產(chǎn)小容量生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組越來越多，在電網(wǎng)中所占的比重也越來越大，但隨著生物質(zhì)能機(jī)組的不斷增多，燃料供應(yīng)情況不斷緊張，實(shí)際燃料與設(shè)計(jì)燃料發(fā)生了很大的偏差，大多數(shù)生物質(zhì)能機(jī)組使用的都是低熱值、低熔點(diǎn)的燃料，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重，造成排煙溫度大幅度升高，使鍋爐的熱效率明顯下降，高加解列后雖然汽輪機(jī)效率下降，但排煙溫度的下降使鍋爐效率提高，有些機(jī)組鍋爐效率提升幅度甚至略大于汽輪機(jī)效率的下降幅度，反而使火電廠循環(huán)熱效率有小幅提高。本文提供了某生物質(zhì)能熱電廠高加退出后機(jī)組效率變化的具體案例，為新能源機(jī)組的設(shè)計(jì)改進(jìn)與現(xiàn)有機(jī)組運(yùn)行方式的優(yōu)化提供一些參考。

某生物質(zhì)能熱電廠采用青島汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C15－8.83/0.98型汽輪機(jī)，額定初參數(shù)P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，額定排汽壓力3.5KPa。

下面的計(jì)算首先通過朗肯循環(huán)計(jì)算各主要參數(shù)，然后分別計(jì)算布置一到五段抽汽和退出一二段抽汽狀態(tài)下的參數(shù)值并進(jìn)行對(duì)比，為便于計(jì)算，各參數(shù)取當(dāng)?shù)?月份經(jīng)驗(yàn)值。

正常情況下凝汽器真空約為－95.0 KPa，取排汽壓力P2＝5KPa。

在h－s圖中定出新蒸汽狀態(tài)點(diǎn)1，得h1＝3476 KJ/Kg，理想情況下蒸汽在汽輪機(jī)中作可逆絕熱膨脹，過程1－2為定熵過程。在h－s圖上作定熵線1－2與P2＝5KPa等壓線，得h2＝2066 KJ/Kg。依據(jù)飽和水和飽和水蒸汽表P2＝5 KPa時(shí)，ν2′＝0.00100524 m3/kg，h2′＝137.72 KJ/Kg。

w T＝h1－h(huán)2＝1410 KJ/Kg

wp＝h4－h(huán)3≈(P1－P2)ν2′＝13.57KJ/Kg

h4＝h3＋wP＝152.29KJ/Kg

q1＝h1－h(huán)4＝3324.71KJ/Kg

若略去水泵功，則

取經(jīng)驗(yàn)值鍋爐中熱源平均溫度783.15 K，凝汽器中循環(huán)水溫度298.15K，汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為ηT＝0.90，鍋爐熱效率ηB＝0.88。

內(nèi)部熱效率ηr＝Wnet，act/q1＝0.3776

循環(huán)熱效率ηi＝Wnet，act/(q1·ηB)＝ηr·ηB＝0.3323＝33.23%

過程中作功能力損失可按熵產(chǎn)計(jì)算

h2′＝137.72 KJ/Kg，s2′＝0.476 KJ/(Kg·K)，t2′＝32.88℃，s4＝s2，s2，act＝7.235 KJ/(Kg·K)，ν2，act＝24.6 m3/kg

在汽輪機(jī)中，工質(zhì)絕熱膨脹，工質(zhì)熵增即為熵產(chǎn)。

IT＝T0·sg＝T0(Δs－sf)＝T0(s2，act-s1)＝136.55 KJ/Kg

在凝汽器中，工質(zhì)維持32.88℃，循環(huán)水溫度為25℃q2＝h2，act－h(huán)2′＝2069.28 KJ/Kg

IC＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s2′－s2，act-sf)＝T0(s2′－s2，act-q2/T0)＝54.11 KJ/Kg若取熱源平均溫度為783.15K，工質(zhì)吸熱q1＝3324.71 KJ/Kg IB＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s1－s4-sf)＝T0(s1－s4-q1/TH)＝612.88

I＝ΣIi＝IT＋I(xiàn)C＋I(xiàn)B＝803.54 KJ/Kg

每產(chǎn)生1Kg蒸氣燃料提供的熱能qB＝q1/ηB＝3778.08 KJ/Kg

循環(huán)中凝汽器凝汽損失

q2/qB＝54.77%

凝汽器中做功能力損失

IC/I＝6.73%

汽輪機(jī)中不可逆絕熱膨脹引起的做功能力損失

IT/I＝16.99%

可見循環(huán)中主要的熱量損失在凝汽器中，近55%的熱量在凝汽器中被冷卻水帶走，但凝汽溫度接近于環(huán)境溫度，故做工能力損失較低，鍋爐煙氣的做工能力損失很大但熱量損失遠(yuǎn)小于凝汽器中的熱量損失。

機(jī)組負(fù)荷14376KW，工業(yè)供汽25t/h工況下的各段抽氣參數(shù)，此時(shí)汽耗為5017 Kg/K W·h，熱耗為7924 Kg/K W·h。這種工況下機(jī)組初參數(shù)為P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，排汽壓力P2＝3.5KPa，排汽溫度t2＝527℃，h1＝3476 KJ/Kg，h2＝2320 KJ/Kg排汽為不飽和水蒸氣，給水溫度t0′1＝215℃，h0′1＝921KJ/Kg。

各段抽氣抽氣量及比焓

α1＝0.0667，h01＝3240KJ/Kg

α2＝0.0188，h02＝3095KJ/Kg

αz＝0.0218，h0z＝3335KJ/Kg

α3＝0.0620，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0662，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0793，h05＝2572KJ/Kg

wT＝(1－αz)(h1－h(huán)01)＋(1－αz－α1)(h01－h(huán)02)＋(1－αz－α1－α2)(h02－h(huán)03)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg)(h03－h(huán)04)＋(1－αz－α1－α2－α3－αgα4)(h04－h(huán)05)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg-α4－α5)(h05－h(huán)2)＝715.0026 KJ/Kg

q1＝h1－h(huán)0′1＝2555KJ/Kg

η＝0.27984

假設(shè)機(jī)組初蒸汽參數(shù)不變，在退出#1、#2高加運(yùn)行的情況下，α1、α2、αz均為零。根據(jù)高加投退前后各段抽汽壓力溫度變化曲線，并按照1－2型管殼式換熱器計(jì)算得

給水比焓h0′3＝618.33KJ/Kg

乏汽比焓h2＝2336KJ/Kg

各段抽氣抽氣量及比焓

α3＝0.0732，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0709，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0891，h05＝2572KJ/Kg

wT′＝h1－h(huán)03＋(1－α3－αg)(h03－h(huán)04)＋(1－α3－αg-α4)(h04－h(huán)05)＋(1－α3－αg-α4－α5)(h05－h(huán)2)＝796.45 KJ/Kg

q1′＝h1－h(huán)0′3＝2847.67 KJ/Kg

h′＝636.89KJ/Kg

η′＝0.27968

高加解列后，給水溫度下降約70℃，鍋爐排煙溫度下降約30℃，資料顯示排煙溫度每降低1℃，鍋爐效率可以提高約0.05%，高加退出后鍋爐效率約提高1.5%.

高加投退前循環(huán)熱效率(有25t/h工業(yè)供汽)ηi＝0.24625

高加投退后循環(huán)熱效率(有25t/h工業(yè)供汽)ηi′＝0.2503

高加投退后循環(huán)熱效率增加ηi′－ηi＝0.00405＝0.4%

以上為在機(jī)組負(fù)荷14376K W，工業(yè)供汽25t/h工況下機(jī)組的循環(huán)熱效率；在沒有工業(yè)抽汽的情況下，排汽溫度和排汽比焓會(huì)有明顯上升，使wT減小q1減小η增大ηi增大，機(jī)組循環(huán)熱效率會(huì)有明顯增大，初步計(jì)算熱效率ηi≈31%。分析計(jì)算過程可知，在停運(yùn)工業(yè)抽汽的工況下(ηi′－ηi)誤差會(huì)進(jìn)一步縮小，即高加投退對(duì)機(jī)組效率的影響進(jìn)一步弱化。

結(jié)論

在機(jī)組負(fù)荷14376K W，工業(yè)供汽25t/h工況下，高加解列后鍋爐效率提高，汽輪機(jī)效率下降，但鍋爐效率提升的幅度略大于汽輪機(jī)效率的下降，故火電廠循環(huán)熱效率有小幅提高。這是因?yàn)樯镔|(zhì)機(jī)組設(shè)計(jì)之初考慮的燃料是高熱值、高灰熔點(diǎn)的穩(wěn)定燃料，而實(shí)際情況下，受條件限制，大多數(shù)生物質(zhì)能機(jī)組使用的都是低熱值、低熔點(diǎn)的燃料，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重，造成排煙溫度大幅度升高，因此高加退出后對(duì)機(jī)組效率反而有了小幅提升。在現(xiàn)有手段無法解決積灰結(jié)焦問題的情況下，針對(duì)生物質(zhì)能燃料不穩(wěn)定，氣溫波動(dòng)大的特點(diǎn)，在機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行排煙溫度升高較多、機(jī)組主汽溫度低的情況下，可以考慮退出高加組運(yùn)行，給水溫度降低鍋爐蒸發(fā)量下降易會(huì)顯著的提高主蒸汽溫度，進(jìn)一步提高機(jī)組熱效率。

但高加長(zhǎng)時(shí)間推出可能造成一些不利影響，例如鍋爐尾部煙氣溫度過低易造成空預(yù)器低溫腐蝕，因此，機(jī)組停運(yùn)檢修過程中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器的檢查及受損空預(yù)器管道的更換；燃料含濕量較大的情況下排煙溫度降低會(huì)引起煙氣中水蒸氣過熱度大幅下降，可能會(huì)引起布袋除塵器積灰板結(jié)，退出高加期間要加強(qiáng)對(duì)布袋除塵器運(yùn)行情況的監(jiān)視工作。