上海電力學(xué)院 能源與環(huán)境工程學(xué)院 羅婷

0 前言

中國能源研究所研究數(shù)據(jù)表明，2000年按現(xiàn)行匯率計(jì)算的每百萬美元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗，我國為1274t標(biāo)準(zhǔn)煤，比世界平均水平高2.4倍，火電供電煤耗比國際先進(jìn)水平高22.5%，火電機(jī)組平均效率僅為33.8%，比國際先進(jìn)水平低6%～7%，根據(jù)專家預(yù)測我國目前的節(jié)能潛力約為3億t標(biāo)準(zhǔn)煤[1]。我國的節(jié)能潛力很大，節(jié)能任務(wù)還很艱巨。發(fā)電廠作為我國燃煤大戶，需加大節(jié)能力度，提高機(jī)組運(yùn)行效率降低煤耗。在發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中，發(fā)電廠管道熱效率一度認(rèn)為是固定值，忽略其節(jié)能潛力的存在。文獻(xiàn)[2]建立了發(fā)電廠管道熱效率反平衡計(jì)算的表達(dá)式，全面闡述了發(fā)電廠管道熱力系統(tǒng)的范圍、內(nèi)涵及其在節(jié)能挖潛中的指導(dǎo)意義，同時(shí)證明了發(fā)電廠管道熱效率有著豐富的內(nèi)涵，節(jié)能潛力可觀。

耗差分析是根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際值與基準(zhǔn)值的差值，通過分析計(jì)算出運(yùn)行指標(biāo)對機(jī)組的熱耗率、煤耗率等指標(biāo)的影響程度，以指導(dǎo)運(yùn)行，使機(jī)組處于最佳或是接近最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[3]。因此，對存在節(jié)能潛力可挖的發(fā)電廠管道熱力系統(tǒng)中各項(xiàng)熱損失進(jìn)行耗差分析，能夠?yàn)殡姀S管道系統(tǒng)的監(jiān)測及維修提供指導(dǎo)依據(jù)，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 管道熱效率反平衡計(jì)算模型[2]

運(yùn)用反平衡計(jì)算管道熱效率，得出管道熱效率并且可確定管道的各項(xiàng)熱損失。管道的主要熱損失有新蒸汽管道散熱損失q1，工質(zhì)泄漏熱損失q2，再熱蒸汽管道熱損失q3，給水管道熱損失q4，廠用蒸汽熱損失q5，鍋爐連續(xù)排污熱損失q6，管道熱效率的計(jì)算公式為：

其中q1、q2、q3、q4、q5、q6的內(nèi)容分列如下：

新蒸汽管道散熱損失q1：

帶熱量的工質(zhì)泄漏熱損失q2：

再熱蒸汽管道散熱損失q3：

給水管道熱損失q4：

廠用蒸汽熱損失q5：

鍋爐連續(xù)排污熱損失q6：

式中：D0——主蒸汽流量，kg/h；

hb——鍋爐過熱器出口蒸汽焓，kJ/kg；

h0——汽輪機(jī)主汽門前蒸汽焓，kJ/kg；

Qb——鍋爐熱負(fù)荷，kJ/h；

D1——帶熱量的工質(zhì)泄漏量，kg/h；

hma——補(bǔ)充水焓，kJ/kg；

Drh——再熱蒸汽流量，kg/h；

h"rh(b)——鍋爐再熱器出口蒸汽焓，kJ/kg；

h"rh——汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)汽焓，kJ/kg；

h'rh——汽輪機(jī)高壓缸出口蒸汽焓，kJ/kg；

h'rh(b)——鍋爐再熱器進(jìn)口蒸汽焓，kJ/kg；

Dfw——鍋爐給水流量，kg/h；

hfw——汽輪機(jī)側(cè)給水焓，kJ/kg；

hfw(b)——鍋爐側(cè)給水焓，kJ/kg；

Dcy——發(fā)電廠每小時(shí)的廠用蒸汽量，kg/h；

hcy——發(fā)電廠廠用蒸汽焓，kJ/kg；

Dbl——鍋爐每小時(shí)連續(xù)排污量，kg/h；

hbl——鍋爐連續(xù)排污水焓，kJ/kg。

2 管道各項(xiàng)熱損失引起煤耗偏差的計(jì)算模型

運(yùn)行參數(shù)偏離基準(zhǔn)值所引起的煤耗偏差計(jì)算模型[4]如下：

式中 [△Bi]——某一參數(shù)偏離基準(zhǔn)值帶來的煤耗變化量，g/kW·h，該值為正時(shí)表示煤耗增加，為負(fù)時(shí)表示煤耗降低；

[δηcp]i——某一參數(shù)偏離基準(zhǔn)值導(dǎo)致的全廠熱效率相對變化值，%；經(jīng)濟(jì)性提高時(shí)為正，反之為負(fù)；

Bb——發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，g/kW·h。

當(dāng)熱力系統(tǒng)改變或運(yùn)行工況變化時(shí)，分析火力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性，一般情況下，對鍋爐效率ηb、機(jī)械效率ηm、發(fā)電機(jī)效率ηg產(chǎn)生變化可忽略，但管道效率ηp卻有直接的影響。因此，考慮管道熱效率的各項(xiàng)熱損失變化的問題，必須同時(shí)計(jì)入管道效率ηp和絕對內(nèi)效率ηi的變化，才能得出正確、合理的結(jié)論?？紤]管道效率后，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性變化算法[5]：

式中：H0—— 新蒸汽焓值，kJ/kg；

△H0—— 新蒸汽等效熱降變化值，當(dāng)作功增加時(shí)為正值，反之為負(fù)，kJ/kg；

△Q0—— 循環(huán)吸熱量變化值，當(dāng)循環(huán)吸熱量增加時(shí)為正值，反之為負(fù)值，kJ/kg；

2.1 新蒸汽管道的散熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有新蒸汽管道的散熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到新蒸汽管道的散熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量[6]：

式中：△H1——新蒸汽管道的散熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q1——新蒸汽管道的散熱損失變化量，kJ/kg。

2.2 工質(zhì)泄漏熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有工質(zhì)泄漏熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，并且為了便于計(jì)算，都把工質(zhì)泄漏損失集中于新蒸汽管道上而一并進(jìn)行分析計(jì)算，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到工質(zhì)泄漏熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量[6-7]：

式中：△H2——工質(zhì)泄漏熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

α2——工質(zhì)泄漏份額，%。

2.3 再熱蒸汽管道熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有再熱蒸汽管道熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到再熱蒸汽管道熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H"3——再熱熱段管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q"3——再熱熱段管道熱損失變化量，kJ/kg；

η6——6號(hào)加熱器抽汽效率，%；

△Qzr—— 再熱冷段管道熱損失變化引起的再熱吸熱量的變化，kJ/kg；

△α7——7號(hào)加熱器抽汽份額的變化量，%；

σ——再熱器吸熱量，kJ/kg；

△q'3——再熱冷段管道熱損失變化量，kJ/kg；

q7——蒸汽在7號(hào)加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△H'3——再熱冷段管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

η7——7號(hào)加熱器抽汽效率，%。

2.4 給水管道熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有給水管道熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到給水管道熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H4——給水管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q4——給水管道熱損失變化量，kJ/kg；

ηi—— 汽輪機(jī)組的絕對內(nèi)效率，%。

2.5 廠用蒸汽熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有廠用蒸汽熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到廠用蒸汽熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量[6]：

式中：△H5——廠用蒸汽熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△αcy——廠用蒸汽熱損失變化份額，%；

hcy—— 發(fā)電廠廠用蒸汽焓，kJ/kg；

hn—— 汽輪機(jī)組排汽焓，kJ/kg。

2.6 鍋爐連續(xù)排污熱損失變化引起的焓降

假設(shè)只有鍋爐連續(xù)排污熱損失偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)等效熱降法原理，可以得到鍋爐連續(xù)排污熱損失偏離基準(zhǔn)值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H6——鍋爐連續(xù)排污熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△αbl——鍋爐連續(xù)排污熱損失變化份額，%；

τr——給水在加熱器中的焓升，kJ/kg；

ηr——加熱器抽汽效率，%；

τ8——給水在8號(hào)加熱器中的焓升，kJ/kg；

q8——蒸汽在8號(hào)加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△Qzr-8——8號(hào)加熱器抽汽份額變化引起的再熱器吸熱的變化量，kJ/kg；

τ7——給水在7號(hào)加熱器中的焓升，kJ/kg；

q7——蒸汽在7號(hào)加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△Qzr-7——7號(hào)加熱器抽汽份額變化引起的再熱器吸熱的變化量，kJ/kg。

3 管道各項(xiàng)熱損失引起煤耗偏差的計(jì)算實(shí)例

采用上述耗差分析模型，對N600-16.7/538/538型汽輪機(jī)和SG-2008/17.5-M901型鍋爐所組成的亞臨界機(jī)組的管道各項(xiàng)熱損失進(jìn)行了耗差分析計(jì)算，其原則性熱力系統(tǒng)如圖1所示。有關(guān)管道各項(xiàng)熱損失計(jì)算的流量及汽水參數(shù)見表1和表2，計(jì)算結(jié)果見表3。

4 結(jié)論

根據(jù)管道效率反平衡計(jì)算模型、管道各項(xiàng)熱損失煤耗偏差計(jì)算模型以及煤耗偏差的計(jì)算結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

圖1 N600—16.7/538/538型中間再熱機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)（額定工況）

1）對電廠實(shí)際運(yùn)行中管道各項(xiàng)熱損失的耗差分析，定量地反映出管道各項(xiàng)熱損失一旦偏離基準(zhǔn)值都會(huì)引起對發(fā)電煤耗的增加，同時(shí)引起年發(fā)電成本增加。因此，在火電機(jī)組運(yùn)行中要盡可能使運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際值接近目標(biāo)值。

表1 N600-16.7/538/538型機(jī)組等效熱降及相關(guān)參數(shù)

表2 N600—16.7/538/538型汽輪機(jī)有關(guān)汽水流量及參數(shù)表（額定工況）

表3 N600-16.7/538/538型中間再熱機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)（額定工況）對機(jī)組效率及經(jīng)濟(jì)性影響

2）在管道各項(xiàng)熱損失增加相同百分比情況下，新蒸汽管道熱損失引起的發(fā)電煤耗增加最多，應(yīng)加強(qiáng)對新蒸汽管道的監(jiān)測及保溫。另外，因工質(zhì)泄漏引起的熱損失也不容忽視。

3）煤耗偏差結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于數(shù)學(xué)模型和基準(zhǔn)值的準(zhǔn)確性，采用上述管道各項(xiàng)熱損失耗差分析計(jì)算模型能夠較為準(zhǔn)確的計(jì)算出管道各項(xiàng)熱損失的偏離基準(zhǔn)值所引起的耗差，為電廠管道系統(tǒng)的監(jiān)測及維修提供指導(dǎo)依據(jù)。

[1] 李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006：119-131

[2] 石奇光，薛玉蘭，馬慶.關(guān)于發(fā)電廠管道熱效率的反平衡算法及其分析 [J].華東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，19(3)：99-105

[3] 王罡，張光.實(shí)時(shí)耗差分析方法的研究[J].華北電力技術(shù)，2000，(2)：10-12

[4] 許振宇，陳鴻偉，高建強(qiáng).火電廠鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)的耗差分析[J].熱力發(fā)電，2007，19(2)：16-18.

[5]石奇光，薛玉蘭，馬慶，鄭體寬.考慮發(fā)電廠管道熱效率的等效熱降法[J].動(dòng)力工程，1999，19(1)：41-44.

[6] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].陜西：西安交通大學(xué)出版社，1994：98-134

[7] Yong Li and Lihua Cao.Improvements on the Equivalent Enthalpy Drop Method And Its Application in ThermalEconomy Diagnosisof Thermal System of Steam Turbine[J].Challenges ofPower Engineering and Environment，2007，(15)：1300-1304

[8] Hongling Yu,Guojun Li,Fan Zhu et al.Research on Optimal Operation in Large-Scale Steam Piping System [J].ChallengesofPower Engineering and Environment，2007，(8)：593-596