大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠 王明柱

熱電廠的總熱效率反映了在電熱生產(chǎn)過(guò)程中，所燃燒的總的燃料的能量與所產(chǎn)生的對(duì)外供電供熱的總能量的比例關(guān)系。一般火力發(fā)電廠的總熱效率在30%～40%左右[1]，而熱電廠的熱效率可達(dá)50%以上，所以國(guó)家大力提倡熱電聯(lián)產(chǎn)，來(lái)有效提高能源的利用率。

眾所周知，火電廠有許多設(shè)備和系統(tǒng)，如鍋爐及其燃燒系統(tǒng)，汽輪發(fā)電機(jī)及其回?zé)嵯到y(tǒng)，凝汽器及供水系統(tǒng)，各種輔機(jī)及管道閥門(mén)等。其中60%～70%的能量都在這些系統(tǒng)中損失了,能量損失最大的地方就是汽輪機(jī)凝汽器中的冷卻水帶走的熱量—冷源損失。所以分析這些設(shè)備和系統(tǒng)對(duì)熱效率的影響很有必要，然后進(jìn)行科學(xué)合理的技術(shù)改進(jìn)，來(lái)提高全廠熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 熱電廠的總熱效率

熱電廠的總熱效率，或稱熱電廠的燃料利用系數(shù)反映了熱電廠能量輸出和輸入的比例關(guān)系，是評(píng)價(jià)火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性好壞的綜合指標(biāo)。

式中ηtp——熱電廠總熱效率，%；W——熱電廠年對(duì)外供電量，kWh／a；Qn——熱電廠年對(duì)外供熱量，t/a；ⅰn——熱電廠對(duì)外供熱工質(zhì)焓，kj/kg；Br——熱電廠年耗燃料量，kg／a；Qr——燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量，kJ/kg。

由于ηtp沒(méi)考慮兩種能量產(chǎn)品質(zhì)的差別，用熱量單位按等價(jià)能量相加，所以它表示熱電廠所消耗燃料的有效利用程度[1～2]。從公式中可以看出，在所消耗燃料能量一定的情況下，對(duì)外供電、供熱的總能量越多，全廠熱效率越高。顯然，內(nèi)部消耗能量越少、損失越少，對(duì)外供熱、供電能量就越多。

2 影響全廠熱效率的主要因素分析

從上面的全廠熱效率公式中可以看出，要想使熱效率提高，就要千方百計(jì)地減少內(nèi)部能量的消耗和各種損失，因此，主要從下面幾方面分析。

2.1 汽輪機(jī)方面

汽輪機(jī)方面影響熱效率的主要因素有汽輪機(jī)的冷源損失、回?zé)嵯到y(tǒng)投入率和凝汽器真空度等。

2.1.1 汽輪機(jī)的冷源損失

冷源損失是由于汽輪機(jī)排汽在凝汽器中向冷卻水凝結(jié)放熱而引起的，它是熱力學(xué)第二定律所決定的、是凝汽機(jī)組不可避免的一項(xiàng)能量損失[3～4]，也是影響熱效率最大的一項(xiàng)。

對(duì)于純凝汽式機(jī)組，其排汽熱量成為冷源損失，雖然機(jī)組發(fā)電量很大，但無(wú)對(duì)外供熱，冷源損失很大，熱效率較低；對(duì)背壓式汽輪機(jī)，其排汽熱量全部被利用，無(wú)冷源損失，其熱效率最高。

對(duì)抽汽凝汽式機(jī)組，因抽汽量是可調(diào)節(jié)的，可隨外界熱負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)抽汽量達(dá)到額定值時(shí)，排入凝汽器的蒸汽量較小，此時(shí)機(jī)組熱效率較高；當(dāng)外界無(wú)熱負(fù)荷時(shí)，相當(dāng)于純凝汽機(jī)組，此時(shí)機(jī)組熱效率甚至比同容量的凝汽機(jī)組還差[2]。

2.1.2 回?zé)嵯到y(tǒng)投入率

回?zé)嵫h(huán)是利用汽輪機(jī)發(fā)過(guò)部分電后的抽汽來(lái)加熱給水和凝結(jié)水，回?zé)嵫h(huán)不但減少了汽輪機(jī)的排汽量，使冷源損失減小，而且利用抽汽對(duì)給水加熱的換熱溫差要比在鍋爐中利用煙氣加熱時(shí)的溫差小得多，因而減小了給水加熱過(guò)程的不可逆損失，提高了電廠的熱經(jīng)濟(jì)性[5]。

2.1.3 凝汽器真空度

凝汽器是將汽輪機(jī)的排汽冷卻凝結(jié)成水，形成高度真空，使進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽能膨脹到低于大氣壓力而多做功[3]。冷源損失與凝汽器真空度成反比，與排汽溫度成正比。凝汽器真空度越高，汽輪機(jī)排汽壓力越低，排汽溫度也越低，蒸汽在汽機(jī)內(nèi)部有效焓降越大，冷源損失就越小。

2.2 鍋爐方面

鍋爐方面影響熱效率的因素主要有鍋爐的負(fù)荷、燃燒熱損失和排煙熱損失等。

2.2.1 鍋爐的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷

鍋爐的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷一般在鍋爐額定負(fù)荷的80%～90%范圍內(nèi)[6]，如圖2鍋爐負(fù)荷與鍋爐效率關(guān)系曲線圖：

圖2 鍋爐負(fù)荷和鍋爐效率關(guān)系曲線圖

從鍋爐負(fù)荷和鍋爐效率關(guān)系曲線圖可以看出，在80%～90%的鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi)，鍋爐效率最高，這一負(fù)荷稱作經(jīng)濟(jì)負(fù)荷。在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷以下時(shí)，負(fù)荷增加，效率也增高；超過(guò)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，效率則隨負(fù)荷的增加而下降。

2.2.2 燃燒熱損失

燃燒損失和排煙損失是影響鍋爐效率的最大因素。

燃燒損失存在于飛灰可燃物和爐渣可燃物之中，通常飛灰可燃物每增加1%，影響鍋爐效率約0.4%，影響的程度還與煤質(zhì)有關(guān)，煤的灰分每增加5%，對(duì)鍋爐效率影響增加約0.3%、熱值每降低1MJ/kg，對(duì)鍋爐效率影響增加約0.07%[6～7]。

2.2.3 排煙熱損失

排煙損失存在于排煙溫度和排煙過(guò)量空氣系數(shù)之中。排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.6%～1.0%[3]，影響鍋爐效率0.5～0.6%；排煙過(guò)量空氣系數(shù)每增加0.1，對(duì)鍋爐效率的影響要增加約0.03～0.04%[6～7]。

2.3 輔機(jī)方面

2.3.1 泵、風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備的耗電率

全廠有大小電動(dòng)機(jī)七百多臺(tái)，耗電量相當(dāng)大，尤其是大功率用電設(shè)備，如給水泵、熱網(wǎng)循環(huán)水泵、鍋爐吸、送風(fēng)機(jī)等。該廠有11臺(tái)功率為1600KW的給水泵、11臺(tái)710KW和6臺(tái)2000KW的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，耗電量的多少直接影響到廠用電率，從而影響全廠的熱效率。

2.4 其他方面

2.4.1 各種工質(zhì)的漏泄

工質(zhì)漏泄會(huì)引起全廠熱效率降低。尤其是高溫高壓汽水管道上的疏水門(mén)的內(nèi)、外漏。由于高溫高壓工質(zhì)能級(jí)較高，一旦發(fā)生少量漏泄便會(huì)引起煤耗率上升，使熱效率降低。

2.4.2 燃料的影響

燃料在火電廠生產(chǎn)過(guò)程中約占發(fā)電總成本的70%左右。因此，燃料管理是電廠成本管理的關(guān)鍵。該廠所燃用的煤種為褐煤，揮發(fā)份較高，易自燃。如果管理不好，將造成熱值大量下降，從而影響全廠的總熱效率。

2.5 某熱電廠全廠熱效率歷史數(shù)據(jù)分析[9]

從某熱電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)月報(bào)表中查取近三年每年的9月份至次年5月份生產(chǎn)期間全廠熱效率繪圖如圖2，可以看出每年的冬季供熱期11月到次年2月全廠的熱效率最高，因?yàn)榇穗A段供熱量最大，機(jī)組的抽汽量最大，且12月至2月#2機(jī)停機(jī)保供熱，此時(shí)無(wú)#2機(jī)冷源損失，而且此階段#3機(jī)組的真空度也最高，冷源損失最小，所以全廠熱效率最高，可達(dá)到70%左右。機(jī)組在非供熱期或抽汽量較少時(shí)，其冷源損失的能量遠(yuǎn)高于發(fā)電量，而此時(shí)的全廠熱效率只有30%左右。

圖3 某熱電廠全廠熱效率曲線圖

3 提高全廠熱效率的方法

3.1 從降低冷源損失方面考慮

就是想辦法減低或消除冷源損失，以下是某熱電廠采取的和欲采取的方法。

3.1.1 對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行

該熱電廠裝有五臺(tái)鍋爐、三臺(tái)汽輪機(jī)，其中#1汽輪機(jī)為50MW背壓機(jī)，#2機(jī)為50MW抽凝機(jī)、#3機(jī)為100MW抽凝機(jī)，該電廠的主蒸汽系統(tǒng)、高低壓給水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)和工業(yè)供汽系統(tǒng)均采用母管制連接。通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行，盡量降低冷源損失和內(nèi)耗。

對(duì)于抽凝機(jī)組，其最佳方法是盡可能多抽汽和提高回?zé)嵯到y(tǒng)的高、低加投入率，減少進(jìn)入凝汽器的排汽量。進(jìn)入供熱期根據(jù)熱負(fù)荷需求及時(shí)投入#1背壓機(jī)運(yùn)行，然后再投入抽凝機(jī)運(yùn)行，抽凝機(jī)投入后將抽汽帶至最大。

該廠節(jié)能小組通過(guò)對(duì)該廠熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)主設(shè)備鍋爐、汽輪機(jī)及附屬設(shè)備等運(yùn)行特性及不同負(fù)荷下的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素、該廠歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出了該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)，并據(jù)此對(duì)不同熱負(fù)荷下最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行[5]，該經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案經(jīng)過(guò)近三年的應(yīng)用，效果良好。每年冬季大負(fù)荷期間全廠的熱效率平均提高了1%左右。年節(jié)約原煤兩萬(wàn)多噸，降耗400多萬(wàn)元。

3.1.2 保持汽輪機(jī)凝汽器最佳真空度，降低排汽溫度

提高凝汽器真空方法有：增加凝汽器循環(huán)冷卻水的流量、降低冷卻水溫度，增加真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，保持凝汽器冷卻水管內(nèi)、外管壁的清潔，減小凝汽器換熱面的蒸汽負(fù)荷等。

3.1.3 將#2抽凝機(jī)改造為背壓機(jī)，消除冷源損失

由于連年供熱增容，目前該廠民用、工業(yè)用熱在冬季供熱高峰期已超出設(shè)計(jì)能力，為了保證民用采暖供熱，在每年冬季供熱高峰期#2抽凝機(jī)被迫停機(jī)不發(fā)電，新蒸汽通過(guò)減溫減壓器直接供給熱網(wǎng)首站，造成高品質(zhì)熱能的巨大浪費(fèi)；夏季由于該機(jī)組容量小、煤耗高，純凝運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，一般不運(yùn)行。

若將#2機(jī)改造成背壓機(jī)，消除了其冷源損失，該熱電廠熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能量分配將更趨合理，全廠綜合熱效率和經(jīng)濟(jì)性將顯著提高。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，改為背壓機(jī)后，將供熱尖峰期由減溫減壓器接帶的部分熱負(fù)荷轉(zhuǎn)由機(jī)組接帶，將年新增發(fā)電量約5714萬(wàn) kwh，消除冷源損失290GJ/h，新增供熱面積134萬(wàn)m2。每年可節(jié)約燃料31825噸，節(jié)水230400噸，節(jié)電2073600 kwh，年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4909.8萬(wàn)元，全廠熱效率可提高5%。

3.1.4 利用熱泵技術(shù)回收冷源損失

該廠可以該廠#3機(jī)凝汽器循環(huán)冷卻水作為低溫?zé)嵩?，利用熱泵技術(shù)將其從汽輪機(jī)排汽中吸收的熱量提取出來(lái)加熱熱網(wǎng)回水[10]，從而變成具有利用價(jià)值的高溫?zé)嵩矗?jīng)過(guò)論證完全可行，這樣就將機(jī)組的冷源損失回收了回來(lái)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，每年采暖期利用熱泵技術(shù)回收循環(huán)水全部余熱可回收的熱量達(dá)93.5MW，減少冷卻水的消耗量142.5×104 m3，提高全廠熱效率8%。每年可節(jié)省2.9萬(wàn)噸標(biāo)煤，將年節(jié)能降耗2436萬(wàn)元。

3.2 從鍋爐熱損失方面考慮

應(yīng)使鍋爐保持在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷區(qū)運(yùn)行，同時(shí)保證進(jìn)煤煤質(zhì)和磨煤機(jī)出口合理煤粉細(xì)度，并采取合理調(diào)整一、二次風(fēng)配比，調(diào)整爐膛氧量和負(fù)壓等手段來(lái)降低爐膛出口可燃物量和降低鍋爐排煙溫度在最低允許排煙溫度附近，從而提高熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗。

3.3 從輔機(jī)方面考慮

從輔機(jī)方面考慮就是千方百計(jì)的減少內(nèi)部消耗，如降低廠用電率。電動(dòng)機(jī)的耗電量是和其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即：

因此，采用高壓變頻技術(shù)對(duì)電廠大功率用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行技術(shù)改造,可以降低廠用電率。

該廠目前已在鍋爐引風(fēng)機(jī)、熱網(wǎng)線路水泵、灰渣泵等設(shè)備上應(yīng)用了變頻調(diào)速運(yùn)行技術(shù)。尤其是對(duì)熱網(wǎng)線路水泵進(jìn)行了一拖二變頻運(yùn)行改造，并實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)供回水高溫小流量靈活調(diào)節(jié)，大大降低了電耗，效果非常明顯。

另一種降低廠用電率的方法是將該廠大功率電機(jī)，如熱網(wǎng)線路水泵（2000KW）或給水泵采用透平機(jī)驅(qū)動(dòng)，其排汽用于熱網(wǎng)供熱，既可以減少?gòu)S用電率，又可以減少冷源損失。

3.4 其它方面

一是加強(qiáng)設(shè)備巡檢，及時(shí)消缺，減少各種工質(zhì)的漏泄；二是各爐主蒸汽管路加裝點(diǎn)火管路，回收點(diǎn)爐啟動(dòng)時(shí)的排汽，將其引入減溫減壓站用于供熱；三是加強(qiáng)燃料管理，降低生產(chǎn)成本，把牢入廠煤的質(zhì)量、數(shù)量和存儲(chǔ)關(guān)，做好煤的整型壓實(shí)工作，合理調(diào)整進(jìn)廠煤量，科學(xué)儲(chǔ)煤，縮短存期，減少自燃損失。