基于等效焓降法300MW热电联产机组热经济性分析

基于等效焓降法300MW热电联产机组热经济性分析

作者：闫顺林蔚群超张泽淼腾龙

来源：《科技视界》2014年第27期

【摘要】热电联产符合能源梯级利用的原理，具有节约能源、改善环境质量、缓解电力需求压力、提高供热质量等优越性。300MW热电联产机组是未来发展的重点，用等效焓降法对300MW热电联产机组进行变工况计算，分析抽汽量和抽汽压力对机组热经济性的影响，对机组的实际运行具有重要的指导意义。

【关键词】热电联产；等效焓降；热经济性；变工况

0 引言

热电联产是国内外公认的节能减排的重要手段，是城市化发展的重要基础设施，也是我国政府大力倡导的十大重点节能工程之一。目前，北方采暖地区共有6MW以上热电联产机组近1.3亿kW，其中200MW以上的热电联产机组容量超过 8000万kW，并且未来发展的重点是300MW级大型、高参数、高效率的热电机组。

虽然近年来热电联产发展较快，但目前北方采暖地区集中供热比例还较低，平均水平不足40%，大量采暖锅炉正在分散运行，不仅热效率低、能耗高、污染物排放多，而且供热质量还差，影响居民生活质量，因此，做好采暖地区热电联产对节能减排的意义重大[1-4]。

对于热电联产机组来说，外界环境温度对其运行情况具有很大的影响。不同的外界环境温度对应不同的供热热负荷，匹配不同的热网参数，进而对应不同的机组供热抽汽参数；根据不同的供热抽汽参数，研究汽轮机的变化情况，确定其发电功率的变化，则需要进行供热机组的变工况计算。

等效焓降在对热力系统作局部定量分析时，具有简洁、方便的特点，供热机组热力系统的局部定量分析仍旧保留这一特色。如果把新蒸汽流量固定不变，则热力系统中出现的任何影响经济性的变化，只是改变了汽轮机的功率和该变工况以后的供热抽汽份额，各级抽汽流量不致全部变动。然而供热机组的变工况则是指，主汽量不变，而热负荷变化，供热抽汽参数也随之发生变化，从而影响汽轮机的做功。因此，就可以把等效焓降法应用在热电联产机组变工况功率计算程序中[5-7]。

1 等效焓降法在变工况计算中的应用原理

先利用热平衡和质量守恒原理计算出各段回热抽汽的流量，得到各段回热抽汽系数，再确定各段抽汽等效焓降、抽汽效率和新蒸汽毛等效焓降，去除各种焓降损失之后得到机组的净等效焓降，进而计算机组的功率和热耗率等指标。在变工况计算过程中，跟据各级抽汽效率不变原则，只需要计算额定供热抽汽工况下的各级抽汽效率，使计算大大简化。

通过等效焓降计算机组热经济性从凝汽器开始较易确定，靠近凝汽器的低压加热器记为一号加热器，沿给水流动方向依次标记。具体计算公式如表1所示。

式中hh、hw，h、hw5、hsg、hl分别为供热抽汽焓、抽汽回水焓、除氧器出口焓、轴封漏汽焓和有轴封漏汽汇入的抽汽焓；τj、γj为j级加热器给水焓升和疏水放热量；qrh为再热吸热量；α、α、α分别为供热抽汽份额、轴封漏汽份额和新蒸汽再热份额。Ar取γr或τr视加热器而定，如果j为汇集式加热器，则取τr；如果j为疏水放流式加热器，则从j以下直到（包括）汇集式加热器取γr，而在汇集式加热器以下，无论是汇集式还是疏水放流式加热器，一律取τr[8]。

2 实例计算

本文计算对象为某亚临界供热300MW汽轮发电机组，该机组为一次中间再热、8级回热抽汽。其中主蒸汽流量为1025t/h，主蒸汽压力为16.7 MPa，供热抽汽压力为0.45MPa，供热抽汽量为500t/h。对外抽汽段用汽选为第4段，供热抽汽回水进入除氧器。以制造厂商提供的额定抽汽工况为基准，在保证主蒸汽流量、主蒸汽参数、再热参数不变的情况下，分析供热抽汽参数对机组热经济性的影响。

表1 等效焓降具体计算公式

表2 热电联产机组各段回热抽汽相关指标计算结果

表3 热电联产机组各项指标计算结果

2.1 基准工况下各抽汽效率计算结果

根据热各段回热抽汽的压力和焓值，利用热平衡和质量守恒原理计算出各段回热抽汽的流量。再根据等效焓降法对各段回热抽汽进行计算，得到各段抽汽等效焓降和抽汽效率。通过计算得出新蒸汽毛等效焓降，减去各漏汽做功损失和供热抽汽做功损失，再加上轴封冷却器焓升增益和给水泵焓升增益，即得到新蒸汽净等效焓降，进而转化为机组电功率、汽耗率和热耗率等参数。在额定抽汽工况下，由于抽汽量较大，为了保证低压缸的安全运行，一级抽汽处于关闭状态。具体计算结果见表2和表3。

2.2 不同供热工况热经济指标计算结果

为了研究不同抽汽参数对机组热经济性的影响，在额定抽汽参数的基础上，分别改变抽汽量和抽汽压力，分析抽汽量和抽汽压力对热经济性的影响。所选工况分别为：工况一（基准工况），500t/h，0.45MPa；工况二，500t/h，0.43MPa；工况三，560t/ h，0.45MPa；工况四，560t/h，0.43 MPa，计算结果如表4所示。

从计算结果表明，相同抽汽量下，抽汽压力降低，机组的功率增大，煤耗降低，因为品质高的蒸汽做功能力好于品质低的蒸汽，高品质蒸汽做功增加，使机组功率增大，同时更合理的利用冷源损失，更符合能量的梯级利用原理，提高了热经济性；同时，相同抽汽压力下，抽汽量增加，蒸汽有效做功减少，功率降低，在相同主蒸汽流量下，汽耗率增大，但供热方面的煤耗分配增大，发电方面的煤耗分配减小，热化发电比增大，对外供热带来的好处增加，煤耗下降。

表4 不同工况热经济指标计算结果

3 结论

以上对供热机组热经济性的计算分析表明：

（1）根据各级抽汽效率不变原则，只需对额定抽汽工况下的抽汽效率进行计算，等效焓降法对供热机组变工况热经济性计算具有简洁方便的特点。

（2）相同抽汽量下，抽汽压力降低，发电煤耗降低，机组热经济性好；相同抽汽压力下，抽汽量增大，发电煤耗降低，机组热经济性提高。

（3）在保证供热负荷的情况下，选择合适的机组运行工况，对机组的热经济性至关重要，才能更好地发挥热电联产的优越性。

【参考文献】

[1]周云，徐彤，王新雷.300MW热电联产机组热经济性研究[J].能源技术经济， 2012，24（4）：57-61.

[2]钟史明，陈效儒，刘龙海.热电联产的节能分析[J].热机技术，2004（4）：43-49.

[3]于天良.热电联产提高热经济性的分析与研究[J].内蒙古科技与经济，2010（14）：12-15.

[4]廖原，洪利红，赵建峰，徐旭，等.效焓降法在热电联产经济性分析中的应用[J].能源与节能，2013（11）：5-7.

[5]刘志真.热电联产[M].北京：中国电力出版社，2006.