鄭之民

(大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司， 山東濱州 251909)

節(jié)能減排是我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策，對(duì)于發(fā)電行業(yè)，熱電聯(lián)產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排的一項(xiàng)重要措施，利用大型亞臨界、超臨界或超超臨界燃煤凝汽式再熱機(jī)組的抽汽，替代周邊低參數(shù)、高能耗、大污染的小型燃煤機(jī)組進(jìn)行供熱或供暖，既能提高大型燃煤機(jī)組的熱能利用效率，又可有效降低污染排放、減少煤炭用量，進(jìn)而推進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)[1-3]。

在熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)中，廣泛存在機(jī)組抽汽參數(shù)與用戶需求參數(shù)不匹配問(wèn)題，目前主要有抽汽減壓減溫供熱、引射匯流供熱、背壓式汽輪機(jī)排汽供熱等方式將抽出蒸汽匹配到用戶需求參數(shù)，不同供熱方式因轉(zhuǎn)換原理不同對(duì)機(jī)組節(jié)能量及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生的影響不同。馬魁元[4]基于熱力試驗(yàn)方法對(duì)比分析了不同工況下再熱熱段抽汽供熱與引射匯流供熱的節(jié)能量，試驗(yàn)結(jié)果得出機(jī)組負(fù)荷在 230 MW 以上節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗約 2 g/(kW·h)；劉東勇等[5]比較分析了純凝機(jī)組打孔抽汽供熱與背壓式汽輪機(jī)排汽供熱兩種改造方案，認(rèn)為背壓式汽輪機(jī)排汽供熱方案可以充分利用抽汽的高品位能量進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，提高了能源利用效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)性；趙盼龍等[6]提出在供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入背壓式汽輪機(jī)代替原有的減溫減壓器， 回收具有一定壓力的蒸汽直接用于發(fā)電或拖動(dòng)引風(fēng)機(jī)的技術(shù)方案，計(jì)算表明驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案在鍋爐低負(fù)荷工況下經(jīng)濟(jì)性欠佳，余壓發(fā)電方案作為相對(duì)獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)具備一定的經(jīng)濟(jì)性。按供熱抽汽的能級(jí)高低進(jìn)行能量梯級(jí)利用，充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)的最大效能，是當(dāng)前大型凝汽式汽輪機(jī)供熱改造首要的研究方向[7]。

筆者以某330 MW電廠的3種供熱方式改造為研究對(duì)象，利用等效熱降法分別對(duì)再熱熱段抽汽供熱、引射匯流供熱、背壓式汽輪機(jī)排汽供熱3種供熱方式的改造效益進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1 供熱方式

1.1 3種供熱方式的系統(tǒng)接入形式

該電廠為滿足工業(yè)園區(qū)內(nèi)工業(yè)用汽需求計(jì)劃進(jìn)行供熱改造，供熱用戶需要質(zhì)量流量為100 t/h、壓力為1 MPa、溫度為220 ℃的蒸汽。方式1為再熱熱段抽汽供熱，從再熱熱段管道打孔引出抽汽，抽汽經(jīng)減溫、減壓后供熱；方式2為引射匯流供熱，從機(jī)組再熱冷段管道處打孔引出抽汽，將再熱冷段抽汽作為驅(qū)動(dòng)引射匯流裝置的用汽，從機(jī)組五段抽汽管道打孔引出抽汽至引射匯流裝置，混合汽與少量減溫水混合后達(dá)到供熱參數(shù)；方式3為背壓式汽輪機(jī)排汽供熱，從機(jī)組再熱熱段管道處打孔引出抽汽以驅(qū)動(dòng)背壓式汽輪機(jī)，發(fā)電并入廠用電系統(tǒng)，背壓式汽輪機(jī)排汽經(jīng)減溫后并入供熱母管。

3種供熱方式的管道可以相互備用并入同一供熱母管(見(jiàn)圖1)，各抽汽管道應(yīng)設(shè)置電動(dòng)閥、逆止閥、疏水閥、安全閥等部件，并設(shè)置流量計(jì)量裝置以監(jiān)視統(tǒng)計(jì)供熱系統(tǒng)的流量，減溫水來(lái)自化學(xué)除鹽水并經(jīng)增壓后噴入。

圖1 3種供熱方式的系統(tǒng)接入形式

1.2 供熱系統(tǒng)參數(shù)

機(jī)組負(fù)荷為250 MW(75%負(fù)荷)時(shí)，在供熱抽汽質(zhì)量流量為100 t/h的條件下，3種供熱方式的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1，其中：背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)排汽溫度為430 ℃，機(jī)電效率為0.94，發(fā)電功率為5 MW。

表1 不同供熱方式下的運(yùn)行參數(shù)

2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算及分析

2.1 等效熱降法節(jié)能量計(jì)算

等效熱降法是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的熱工理論，是分析、計(jì)算和研究熱力系統(tǒng)的一種實(shí)用性方法。等效熱降法既可用于整體熱力系統(tǒng)的計(jì)算，也可用于熱力系統(tǒng)的局部定量計(jì)算[8]。將等效熱降法理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，為火電廠熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性診斷、節(jié)能改造項(xiàng)目效益評(píng)估、運(yùn)行指標(biāo)分析等提供了一種計(jì)算方法，可作為項(xiàng)目可行性研究時(shí)經(jīng)濟(jì)性方面的分析手段。以3種供熱方式的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在機(jī)組設(shè)計(jì)工況下，分別計(jì)算其對(duì)機(jī)組能效的影響，根據(jù)等效熱降法計(jì)算機(jī)組做功變化量ΔH、循環(huán)吸熱變化量ΔQ和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)變化量δη。

再熱熱段抽汽對(duì)ΔH和ΔQ影響的計(jì)算公式為：

(1)

式中：αzr為再熱熱段抽汽經(jīng)再熱器的質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；hzr為再熱熱段蒸汽比焓，kJ/kg；hp為汽輪機(jī)排汽比焓，kJ/kg。

再熱冷段抽汽對(duì)ΔH和ΔQ影響的計(jì)算公式為：

(2)

式中：αzl為再熱冷段抽汽經(jīng)再熱器的質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；hzl為再熱冷段蒸汽比焓，kJ/kg；Qz為蒸汽經(jīng)過(guò)再熱器的吸熱量，kJ/kg。

五段抽汽對(duì)ΔH和ΔQ影響的計(jì)算公式為：

(3)

式中：α5為五段抽汽質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；h5為五段抽汽比焓，kJ/kg。

機(jī)組再熱減溫水取自給水泵中間抽頭，再熱減溫水對(duì)ΔH和ΔQ影響的計(jì)算公式為：

(4)

式中：αzj為再熱減溫水經(jīng)再熱器的質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；h0為新蒸汽比焓，kJ/kg；m為除氧器所在加熱器編號(hào)；z為加熱器總級(jí)數(shù)；τr為r級(jí)加熱器水側(cè)焓升，kJ/kg；ηr為r級(jí)抽汽效率；c為抽汽是再熱冷段時(shí)的加熱器編號(hào)；Δαr為排擠的r級(jí)抽汽通過(guò)再熱器變化的質(zhì)量流量分?jǐn)?shù)；ΔQzr,r為排擠的r級(jí)抽汽在再熱器的吸熱變化量，kJ/kg。

再熱熱段抽汽、再熱冷段抽汽、五段抽汽及再熱減溫水對(duì)δη影響的計(jì)算公式為：

δη=(ΔH-ΔQ·ηT)/(δH+ΔH)

(5)

式中：δH為新蒸汽等效熱降，kJ/kg；ηT為汽輪機(jī)效率。

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電對(duì)δη影響的計(jì)算公式為：

δη=P/W

(6)

式中：P為背壓式汽輪機(jī)功率，MW；W為汽輪機(jī)功率，MW。

表2為不同供熱方式的等效熱降法相關(guān)指標(biāo)(Δbg為標(biāo)準(zhǔn)煤耗的變化量)。由表2可得：當(dāng)分別采用供熱方式1、2、3，機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)煤耗分別變化了42.05 g/(kW·h)、36.41 g/(kW·h)、38.91 g/(kW·h)。供熱方式1最不經(jīng)濟(jì)，供熱方式2的節(jié)能量最大，供熱方式3居中。

表2 等效熱降法相關(guān)指標(biāo)

2.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

機(jī)組負(fù)荷為250 MW、供熱蒸汽質(zhì)量流量為100 t/h時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格為650元/t，上網(wǎng)價(jià)格為0.4元/(kW·h)，且在供熱方式1下發(fā)電邊際利潤(rùn)為0.1元/(kW·h)進(jìn)行計(jì)算，以供熱方式1為基準(zhǔn)，分別得到3種供熱方式下的機(jī)組各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(見(jiàn)表3)。

表3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算數(shù)據(jù)

由表3可以得出：供熱方式2較供熱方式1全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤12 352 t，增加經(jīng)濟(jì)效益803萬(wàn)元；供熱方式3較供熱方式1全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 877 t，增加經(jīng)濟(jì)效益447萬(wàn)元，另一方面背壓式汽輪機(jī)增加了上網(wǎng)電量，增加經(jīng)濟(jì)效益403萬(wàn)元，共增加經(jīng)濟(jì)效益850萬(wàn)元。供熱方式3較供熱方式1節(jié)能量低但增加了上網(wǎng)電量，在煤價(jià)低、電價(jià)高時(shí)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但其改造投資比供熱方式2高，是否改造需要參考電廠實(shí)際煤價(jià)、電價(jià)等進(jìn)行考慮。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 通過(guò)等效熱降法對(duì)3種供熱方式進(jìn)行了計(jì)算，得到引射匯流供熱方式節(jié)能量最大，再熱熱段抽汽供熱方式節(jié)能量最小，背壓式汽輪機(jī)排汽供熱方式節(jié)能量居中。

(2) 在機(jī)組負(fù)荷為250 MW、供熱蒸汽質(zhì)量流量為100 t/h時(shí)，以再熱熱段抽汽供熱方式為基準(zhǔn)，引射匯流供熱方式全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤12 352 t、增加經(jīng)濟(jì)效益803萬(wàn)元，背壓式汽輪機(jī)排汽供熱方式全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 877 t、增加經(jīng)濟(jì)效益850萬(wàn)元。

(3) 背壓式汽輪機(jī)排汽供熱方式較引射匯流供熱方式節(jié)能量低但增加了上網(wǎng)電量，在煤價(jià)低、電價(jià)高時(shí)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但其改造投資比引射匯流供熱方式高，具體是否改造應(yīng)綜合考慮多方面因素。