, ,,,

(1.華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

抽汽供熱機組節(jié)能優(yōu)化潛力的綜合調(diào)研分析

柏春光1,蔡鼎2,張可浩2,張修君1,左世春1

(1.華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

本文針對哈爾濱第三發(fā)電廠的2臺200 MW和2臺600 MW抽汽供熱機組的運行經(jīng)濟性進行了綜合調(diào)研分析，通過設(shè)計相關(guān)的試驗并結(jié)合相關(guān)的計算方法，得到了不同工況下的機組熱耗曲線組。試驗結(jié)果顯示，機組間的熱負荷分配存在很大的節(jié)能優(yōu)化潛力。這對于熱電廠充分挖掘機組節(jié)能優(yōu)化潛力、降低發(fā)電煤耗、提高上網(wǎng)競爭優(yōu)勢具有一定的借鑒意義。

供熱抽汽；冷凝器背壓；熱耗；熱負荷分配；節(jié)能優(yōu)化

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，城市集中供熱系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，其中熱電聯(lián)產(chǎn)能源轉(zhuǎn)換效率具有明顯優(yōu)勢[1]，因此，政府對熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)方式非常重視，這也使抽汽供熱機組得到了大力的發(fā)展。但是，我國能源相對不足，尤其是燃料供應(yīng)越來越緊張，煤價逐年上漲；因此，對于以煤為主要燃料的抽汽供熱機組來說，降低煤耗是關(guān)乎企業(yè)生存的重要因素。目前，我國熱電廠主要能耗指標仍然與世界先進水平差距較大[2]，其中平均供電煤耗比世界先進水平高出30～40 g/kW·h，為此全國一年發(fā)電要多消耗標準煤約1.2億t[3]?？梢?，目前絕大多數(shù)發(fā)電廠，尤其是熱電廠還存在很大的節(jié)能優(yōu)化空間[4-5]。所以，對于一般的熱電廠來說，針對機組做一些綜合調(diào)研和分析的相關(guān)試驗[6-7]，充分挖掘機組節(jié)能優(yōu)化潛力，對于今后采取相應(yīng)的方法和手段在最大程度上降低機組發(fā)電煤耗[8-9]，提高熱電廠運行經(jīng)濟性，節(jié)約發(fā)電成本，提高在上網(wǎng)競爭中的優(yōu)勢，在實際行動中響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，都具有非常重要的意義。

由于，我國目前的絕大多數(shù)電廠包括熱電廠，都是配備200 MW～600 MW級別的機組[10-12]，尤其是600 MW級別的機組在國內(nèi)是主流機組，其運行和節(jié)能優(yōu)化方面的經(jīng)驗非常寶貴。因此，本文針對哈爾濱第三發(fā)電廠2臺200 MW及2臺600 MW的供熱抽汽機組的經(jīng)濟性進行綜合調(diào)研分析，通過理論分析以及相應(yīng)的變工況試驗，計算出不同工況下的機組熱耗曲線組，得到每臺機組及機組間的節(jié)能優(yōu)化潛力，對于我國發(fā)電機組的優(yōu)化運行具有非常重要的借鑒意義。

1 機組發(fā)電煤耗概況及存在問題分析

哈三電廠配備國產(chǎn)600 MW機組兩臺和200 MW機組兩臺。由于，200 MW機組和600 MW機組煤耗特性差異很大，并且同類型的兩臺機組由于投產(chǎn)時間的不同以及設(shè)備運行狀況的不同，其煤耗特性差異也是較大的。因此，該電廠整體發(fā)電煤耗較高，據(jù)電廠內(nèi)部不完全統(tǒng)計，每年用于機組運行燃煤約400多萬t，燃煤費用高達數(shù)十億元。所以，該電廠非常希望通過綜合調(diào)研分析、充分挖掘機組的節(jié)能優(yōu)化潛力，從而提高整廠的運行經(jīng)濟性。

2 機組變工況試驗及結(jié)果分析

2.1 機組變工況熱耗特性試驗

相關(guān)文獻資料的研究顯示，影響抽汽供熱機組經(jīng)濟性的兩大主要因素即為供熱抽汽量和發(fā)電用的蒸汽量[13]。因此，主要建立每臺機組不同電負荷和熱負荷時的機組熱耗值關(guān)系曲線，從而對機組的節(jié)能優(yōu)化潛力進行綜合的調(diào)研分析。但是，在對曲線結(jié)構(gòu)和形式一無所知的情況下，為了確定曲線，需要對每一熱負荷、電負荷做試驗，通過大量組合才能得到曲線。然而，通過理論計算和分析可知，熱(電)負荷一定，機組電(熱)負荷與熱耗率關(guān)系曲線為一直線或拋物線[14]。因此，在曲線結(jié)構(gòu)和形式確定的情況下，可以設(shè)計合理的變工況試驗方案，就能通過盡可能少的調(diào)研試驗便可獲得機組熱耗值曲線。在上述理論分析的基礎(chǔ)上，通過變工況理論計算確定試驗方案的示意圖，如圖 1～圖3所示。

首先，確定熱負荷1情況下，功率—熱耗曲線(如圖 1)，需要4個工況點。

圖1 熱負荷1情況下，功率—熱耗曲線

然后，確定功率1情況下，熱負荷—熱耗曲線，如圖 2，需要2個工況點。

圖2 功率1情況下，熱負荷—熱耗曲線

最后，與功率1相同，功率4情況下也需要2個工況點。

由此可見，確定不同電負荷和熱負荷時機組的熱耗曲線，最少需要開展8個工況的現(xiàn)場試驗，確定曲線的具體參數(shù)，進而得到機組熱耗率曲線。并且，需要針對600 MW機組和200 MW機組依次進行變工況試驗，具體試驗過程如下。

2.1.1 600 MW機組變工況試驗及結(jié)果

首先，進行600 MW機組熱耗特性試驗，試驗過程及相應(yīng)結(jié)果如下。

當抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況熱耗值如表1所示。

表1 抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時結(jié)果

將上述四個點進行擬合，結(jié)果如圖3所示。

圖3 抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

當功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況試驗熱耗值如表2所示。

表2 功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時的結(jié)果

將上述三個點進行擬合，結(jié)果如圖4所示。

圖4 功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

當功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況熱耗值如表3所示。

表3 功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時結(jié)果

將上述三個點進行擬合，結(jié)果如圖5所示。

圖5 功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

綜上，可以得到600 MW機組的熱耗曲線，如圖6所示,其中，抽汽量為420 t/h時的機組熱耗曲線是利用插值法得到的。

圖6 600 MW機組的熱耗曲線(背壓為4.9 kPa)

2.1.2 200 MW機組變工況試驗及結(jié)果

然后，進行200 MW機組上熱耗特性試驗，試驗過程與600 MW機組相同，試驗結(jié)果如下：

當抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況熱耗值如表4和圖7所示。

表4 抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時結(jié)果

圖7 抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

當功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況熱耗值如表5和圖8所示。

表5 功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時結(jié)果

圖8 功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

當功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時，得到的變工況試驗熱耗值如表6和圖9所示。

表7 功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時結(jié)果

圖9 功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時熱耗擬合曲線

綜上，可以得到200 MW機組的熱耗曲線組，如圖10所示。

圖10 200 MW機組的熱耗曲線(背壓為4.9 kPa)

2.2 機組節(jié)能優(yōu)化潛力分析

由上述具體的熱耗特性變工況試驗過程可知200 MW和600 MW機組的熱耗曲線符合以下規(guī)律：在背壓和功率不變的條件下，隨抽汽量的增加而減少；在背壓和抽汽量不變的條件下，隨功率的增大而減少。圖表結(jié)合還可以看出：改變抽汽量和功率的最大可調(diào)范圍時，機組熱耗值的變化范圍很大；并且，600 MW和200 MW機組在最大抽汽量時熱耗是不同的。因此，當全廠的總供熱抽汽量一定時，采用對200 MW機組和600 MW機組抽取不同汽量的方案時，全廠總供熱煤耗下降的程度是不同的。利用文中的試驗數(shù)據(jù)對全廠總熱耗進行初步評估，以全廠的總供熱量為1 600 t為例，采取抽汽方案1時，2臺200 MW機組分別抽200 t，兩臺600 MW機組分別抽400 t，全廠總熱耗最大可下降6 000 kJ/kW·h；采取抽汽方案2時，2臺200 MW機組分別抽0 t，兩臺600 MW機組分別抽800 t，全廠熱耗最大可下降4 000 kJ/kW·h；這兩種方案的熱耗下降值相差近2 000 kJ/kW·h；并且，如果熱耗降低50 kJ/kW·h，相當于發(fā)電煤耗可以降低 0.5～1 g/kW·h，按全廠每年年發(fā)電量80億kW·h，全廠年均節(jié)約燃煤4 000 t。由此可見，機組之間的熱負荷分配具有巨大的節(jié)能潛力，可以考慮進行熱電負荷分配的優(yōu)化技術(shù)研究，降低全廠的發(fā)電總熱耗值。

3 結(jié)論

本文通過針對哈爾濱第三發(fā)電廠4臺供熱抽汽機組開展節(jié)能優(yōu)化潛力的綜合調(diào)研分析工作，從理論分析計算和試驗相結(jié)合的結(jié)果得到了不同工況下的機組熱耗曲線組，通過對試驗數(shù)據(jù)和熱耗曲線的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當總供熱量不變時，機組間采用不同抽汽量時可以降低全廠的總發(fā)電熱耗值，存在很大的優(yōu)化潛力。從而，為后續(xù)進行熱電負荷分配綜合優(yōu)化工程實踐奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件。

此外，由于背壓、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱壓力、再熱蒸汽溫度、給水溫度等多方面因素都會對機組的能耗產(chǎn)生不同程度的影響，因此，后續(xù)的節(jié)能優(yōu)化工作需要綜合考慮各方面的影響因素，可在閥門管理的綜合優(yōu)化、利用背壓修正的滑壓運行綜合優(yōu)化以及利用供熱抽汽量修正的滑壓運行綜合優(yōu)化等方面開展技術(shù)層面的優(yōu)化工作。從而降低熱耗和發(fā)電成本，達到提高經(jīng)濟效益和節(jié)約能源的最終目的，響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召。

[1]趙峰，李清龍，王偉.電力市場中熱電聯(lián)產(chǎn)機組兩部制電價機制的研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2013，29(6)：56-60.

[2]周歡，劉惠寧.對抽凝式供熱機組主要節(jié)能指標的探討[J].應(yīng)用能源技術(shù),2007,120(12):15-17.

[3]焦慶豐，朱光明，等.我國火電廠能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析[J].湖南電力，2008,28(1):20-23.

[4]孔祥清，雷霞，劉斌，等.節(jié)能減排背景下可中斷負荷參與系統(tǒng)備用的優(yōu)化模型[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(1)：35-39.

[5]王達達，仇英輝，平安，等.云南節(jié)能發(fā)電調(diào)度運行問題及思考[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(12)：34-37.

[6]關(guān)海平，焦曉亮，等.600 MW汽輪發(fā)電機組運行狀況的調(diào)研分析[J]．節(jié)能技術(shù)，2011，29(1):57-65.

[7]徐志強，宋英東，等．國產(chǎn)引進型600 MW汽輪機順序閥投運情況調(diào)查及分析[J]．汽輪機技術(shù)，2008，50(5):374-377.

[8]易朝暉.汽輪機組抽汽壓損對加熱器疏水溫度的影響[J]．節(jié)能技術(shù)，2010，28(6):494-526.

[9]徐治皋.供熱機組負荷優(yōu)化分配的研究[D].東南大學(xué),2005.

[10]江飛，孫建國，等．國產(chǎn)亞臨界600 MW空冷機組單閥-順序閥切換試驗研究[J]．節(jié)能技術(shù)，2011，29(5):437-441.

[11]張秀坤，蔣明東，等．國產(chǎn)600 MW汽輪機配汽方式優(yōu)化改造[J]．節(jié)能技術(shù)，2005，23(1):87-90.

[12]張宇，劉衛(wèi)平，等.330 MW汽輪機組優(yōu)化運行試驗研究[J].熱力發(fā)電，2009，38(1):72-75.

[13]王玨，薛愷.淺析火電廠供電煤耗影響因素[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29(6):533-536.

[14]盛德仁，李蔚，等.汽輪機組熱耗率分析及實時計算[J].熱力發(fā)電，2003(5):16-18.

ComprehensiveInvestigationandAnalysisonEnergy-savingandOptimizationPotentialofHeat-supplyUnitswithExtractionSteam

BAI Chun-guang2,CAI Ding2,ZHANG Ke-hao2,ZHANG Xiu-jun2,ZUO Shi-chun2

(1.Energy Company Limited Harbin Third Power Plant,Harbin 150024,China;2.Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)

This paper comprehensively investigated and analyzed the economy of heat-supply units with extraction steam of Harbin Third Power Plant, which included two 200 MW and the other two 600 MW units. Heating consumption curves group of different conditions was obtained by designing related experiments and combined with related calculating method. The experiment results showed that there was great potential for the optimization of heating load distribution between the units, which was significante for thermal power plants to fully excavate the potential for saving energy,to reduce coal consumption and to sharpen competitive edge.

heat-supply with extraction steam; condensers’ back pressure; heat consumption; heating load distribution; energy-saving and optimization

2013-06-28修訂稿日期2013-12-04

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)公關(guān)項目(2012DB2CP022)

柏春光(1973～)，男，碩士，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠運行、檢修等生產(chǎn)技術(shù)方面的研究工作。

TK269+2

A

1002-6339 (2014) 01-0028-04