垃圾電站實際運行狀態(tài)發(fā)供電煤耗確定方法及應(yīng)用

王加勇 鄧德兵 陳 偉 楊 杰

蘇州熱工研究院有限公司

0 概述

垃圾電站和常規(guī)燃料電站相比最大的特點是燃料特性不同, 垃圾具有多成分、多形態(tài), 高水分、高揮發(fā)分、低熱值、低固定碳等特點,其熱值變化很大,因而垃圾焚燒鍋爐的出力難以穩(wěn)定。為降低垃圾電站的鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕，在垃圾鍋爐上使用蒸汽空氣加熱器以提高空氣入口溫度[1]，使鍋爐和汽機(jī)側(cè)有汽水交換。

垃圾電站的鍋爐效率、機(jī)組熱耗率、廠用電率和供電煤耗的計算，因鍋爐效率和汽機(jī)熱耗率邊界的不統(tǒng)一難以為電廠指標(biāo)考核和節(jié)能分析提供參考[2、3]。本文對現(xiàn)有計算方法進(jìn)行了分析，指出鍋爐熱效率反平衡計算在于對各種損失計算。汽機(jī)熱耗率計算關(guān)鍵在于吸熱量的計算。汽機(jī)熱耗率以進(jìn)入汽輪機(jī)流量為邊界條件，在計算中考慮汽機(jī)側(cè)工質(zhì)損失，如：排氧、加熱器運行排汽、取樣、抽汽、閥門內(nèi)漏等。而鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保用汽以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率，也不影響汽機(jī)熱耗率計算，但影響機(jī)組整體運行水平[4、5]。為了合理準(zhǔn)確地評價垃圾電站運行的經(jīng)濟(jì)水平，對供電煤耗率進(jìn)行理論分析，并對供電煤耗率進(jìn)行邊界劃分，能真實反映機(jī)組運行狀態(tài)并通過工程應(yīng)用，有一定的推廣價值。

1 供電煤耗定義及其邊界條件劃分

垃圾電站包含焚燒爐、余熱鍋爐、蒸汽-空氣預(yù)熱器、一次風(fēng)蒸預(yù)器來源、二次風(fēng)蒸預(yù)器來源、煙氣凈化系統(tǒng)（石灰漿配制系統(tǒng)、噴霧反應(yīng)塔系統(tǒng)、消石灰噴射系統(tǒng)、活性炭噴射系統(tǒng)、袋式除塵器系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)、煙道及煙囪）、化水處理系統(tǒng)、一體化凈水系統(tǒng)、汽機(jī)及其附屬系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，汽水鍋爐和汽機(jī)側(cè)交換較多。

1.1 鍋爐熱效率測量

采用熱平衡法計算鍋爐效率，需測量和計算鍋爐排煙熱損失、輻射和熱傳導(dǎo)熱損失、爐渣未完全燃燒熱損失、飛灰未完全燃燒熱損失和煙氣CO 未完全燃燒熱損失、有效能量輸出。運行期間鍋爐不可避免需排污、蒸汽吹灰，除鍋爐給水進(jìn)入與主蒸汽輸出外，存在其他汽或水進(jìn)入熱力系統(tǒng)。

計算方法如下：

從公式（1）可見，鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保伴熱以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率。

1.2 汽輪機(jī)熱耗率

日常計算中，進(jìn)入汽機(jī)主蒸汽流量為輸入熱源。主蒸汽帶入汽輪機(jī)的熱量，扣除給水帶走的熱量、空氣預(yù)熱器I 級預(yù)熱抽汽帶走的熱量和空氣預(yù)熱器疏水回收至除氧器的熱量，得到汽輪機(jī)總的輸入熱量。汽機(jī)總的輸入熱量，除以發(fā)電機(jī)端輸出電功率（扣除非同軸勵磁功耗），得到汽輪發(fā)電機(jī)組的試驗熱耗率。計算公式如式（2）：

式中：HR—汽輪發(fā)電機(jī)組的試驗熱耗率，kJ/(kWh)；

P—發(fā)電機(jī)輸出端功率，kW；

Pecx—勵磁變輸入功率，若無則取零，kW；

Gms,hms—進(jìn)汽機(jī)的主蒸汽流量（kg/s）、比焓（kJ/kg）；

Gfw,hfw—給水流量（kg/s）/給水比焓（kJ/kg）；

Gex,hex—段抽汽流量（kg/s）、比焓（kJ/kg）；

Gah,I,hah,I—空氣預(yù)熱器第一級疏水流量（kg/s）、疏水比焓（kJ/kg）；

Gah,Ⅱ,hah,Ⅱ—空氣預(yù)熱器第二級疏水流量（kg/s）及疏水比焓（kJ/kg）。

由公式(2)可見，汽機(jī)熱耗率以進(jìn)入汽輪機(jī)流量為邊界，汽機(jī)側(cè)工質(zhì)損失如排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內(nèi)漏等跑冒滴漏均已計算在內(nèi)。

鍋爐傳遞給汽輪機(jī)的熱量Q0，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和克服各項損失后輸出有效電功率Pel。

由式（3）可得汽輪機(jī)熱耗率HR 與各效率之間的關(guān)系為：

式中：Q0—進(jìn)入汽輪機(jī)的總熱量，kJ/h；

ηt、ηri、ηm、ηg分別為汽輪機(jī)的理想循環(huán)熱效率、相對內(nèi)效率、機(jī)械效率、發(fā)電機(jī)效率。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T904-2004，對于凝汽式電廠，采用反平衡方法得到的全廠熱效率可表示為

當(dāng)采用發(fā)電機(jī)輸出功率和鍋爐輸入熱量表示全廠熱效率時，即可求得供電煤耗率。

b—供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，g/(kW·h)；

εap—廠用電率，%。

從公式（1）～（6）可以看出汽機(jī)側(cè)熱耗率計算與鍋爐效率計算邊界條件的不統(tǒng)一，使基于鍋爐反平衡供電煤耗值失去了真實的意義。為此，本文提出供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機(jī)熱耗率在同一邊界統(tǒng)計下進(jìn)行，鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保用汽以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量得到考慮，汽機(jī)側(cè)工質(zhì)損失如排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內(nèi)漏等均已計算考慮在內(nèi)，即汽機(jī)熱耗率計算時主蒸汽流量等于給水流量。

2 工程實例分析及其驗證

2.1 鍋爐熱效率及各項損失計算

焚燒爐-余熱鍋爐熱效率計算見表1。

表1 鍋爐熱效率計算表

由表1可見，鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保伴熱以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率。

2.2 汽機(jī)熱耗率計算

機(jī)組純凝工況主要參數(shù)見表2。

從表2 可以看出，汽機(jī)熱耗率以給水流量為邊界，汽機(jī)側(cè)工質(zhì)損失如排氧、加熱器運行排汽、取樣、抽汽、閥門內(nèi)漏等跑冒滴漏均已計算考慮在內(nèi)，鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保用汽以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量也考慮在內(nèi)，對評判機(jī)組整體運行水平更有意義。

2.3 廠用電率統(tǒng)計

連續(xù)統(tǒng)計五天發(fā)電量和上網(wǎng)電量，得到機(jī)組日常運行廠用電率，廠用電率統(tǒng)計見表3。機(jī)組平均廠用電率在15.24%左右。

表2 機(jī)組純凝工況主要參數(shù)表

表3 機(jī)組廠用電率統(tǒng)計

2.4 供電煤耗計算

供電煤耗率計算見表4。

表4 機(jī)組供電煤耗率計算

由表4 可見，以進(jìn)汽機(jī)蒸汽流量為基準(zhǔn)和以給水流量為基準(zhǔn)對機(jī)組日常能耗統(tǒng)計影響較大，由于垃圾電站鍋爐和汽機(jī)系統(tǒng)汽水交換相對常規(guī)電站不同，垃圾電站在日常運行中，作一個整體運行優(yōu)化調(diào)整。汽機(jī)熱耗率計算時以給水流量作為主蒸汽流量，在供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機(jī)熱耗率在同一邊界下進(jìn)行，鍋爐側(cè)的吹灰、排污、取樣、環(huán)保用汽以及鍋爐側(cè)跑冒滴漏等帶走的能量，汽機(jī)側(cè)工質(zhì)損失，如：排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內(nèi)漏等跑冒滴漏均已包含在計算中。

3 結(jié)論

1)本文提出供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機(jī)熱耗率在同一邊界下進(jìn)行。

2)本文從供電煤耗計算方法入手，以某垃圾電站為例，分析了計算結(jié)果產(chǎn)生差異的主要原因，為全廠節(jié)能診斷和挖掘節(jié)能潛力奠定了基礎(chǔ)。