鄭之民

（大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濱州 251909）

0 引言

近年來(lái)，隨著新能源發(fā)電占比不斷提高及電力市場(chǎng)現(xiàn)貨改革的持續(xù)推進(jìn)，傳統(tǒng)火力發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，節(jié)能降耗工作作為火力發(fā)電廠降本增效的重要手段關(guān)乎企業(yè)的生死存亡，供熱的經(jīng)濟(jì)性對(duì)火力發(fā)電廠的營(yíng)收及能源利用率具有重大影響，供熱方式的優(yōu)化改造具有極大社會(huì)意義［1］。

某發(fā)電廠原供熱方式為再熱熱段經(jīng)減溫減壓后對(duì)工業(yè)用戶供汽，從熱力學(xué)第二定律分析，此方式供熱過(guò)程存在極大不可逆損失，高品質(zhì)蒸汽減溫減壓為低品質(zhì)蒸汽，熵增增大做功能力降低；通過(guò)引射匯流技術(shù)對(duì)供熱裝置改造，以冷段高品質(zhì)抽汽為驅(qū)動(dòng)汽源引射五段低品質(zhì)抽汽實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，充分利用高品質(zhì)蒸汽做功能力，減少供熱過(guò)程的做功損失，實(shí)現(xiàn)能源的按質(zhì)利用。文獻(xiàn)［2-4］分別從引射匯流供熱的分析、等效熱降、熱力試驗(yàn)方面進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，理論分析模型計(jì)算與實(shí)際能耗變化缺乏對(duì)比驗(yàn)證。

以某330 MW 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組引射匯流供熱改造為研究對(duì)象，利用等效熱降法對(duì)供熱熱段減溫減壓與引射匯流兩種供熱方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，并通過(guò)實(shí)際熱力試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，計(jì)算對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果為此類供熱改造的前期項(xiàng)目可行性評(píng)估及后期的試驗(yàn)分析提供參考。

1 供熱方式介紹

1.1 引射匯流裝置

引射匯流裝置［5］是以拉瓦爾氣體噴射原理為基礎(chǔ)結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，以滿足不同工業(yè)用戶的供汽參數(shù)需求，圖1 為本次供熱改造的多噴嘴引射匯流裝置，每個(gè)噴射器是由一個(gè)噴嘴和一個(gè)混合室及其對(duì)應(yīng)的共用擴(kuò)壓段組成，可在用戶蒸汽流量變化較大（30%～100%）情況下使用，高壓蒸汽從入口1 進(jìn)入噴嘴產(chǎn)生高速汽體，低壓蒸汽經(jīng)入口3 被引射卷吸，在混合段6 內(nèi)進(jìn)行能量動(dòng)量交換，并通過(guò)擴(kuò)壓管7 進(jìn)行動(dòng)能向壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)換，以達(dá)到設(shè)計(jì)壓力參數(shù)。

圖1 多噴嘴引射匯流裝置

1.2 現(xiàn)場(chǎng)供熱系統(tǒng)接入

引射匯流裝置在供熱系統(tǒng)的接入方式如圖2 所示，從機(jī)組高旁閥后再熱冷段管道處開(kāi)孔引出再熱冷段抽汽作為引射匯流裝置的驅(qū)動(dòng)用汽，從機(jī)組五抽至輔汽聯(lián)箱電動(dòng)門前處管道開(kāi)孔引五段低壓抽汽至引射匯流裝置，五段抽汽分三路分別引入相應(yīng)噴嘴，可在用戶蒸汽流量變化較大（30%～100%）情況下使用，機(jī)組再熱熱段供熱保持熱備用狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組供熱流量超過(guò)引射匯流設(shè)計(jì)值及發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，兩路管道相互備用并入原供熱用戶供熱母管，各段抽汽管道設(shè)置相應(yīng)電動(dòng)閥門、逆止門、疏水閥、安全閥等部件，并設(shè)有流量計(jì)量裝置以便供熱系統(tǒng)的流量監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)分析工作，供熱減溫水自化學(xué)除鹽水經(jīng)增壓后供給。

圖2 引射匯流裝置接入

2 引射匯流裝置的試驗(yàn)評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)引射匯流裝置改造后供熱經(jīng)濟(jì)性，對(duì)在相同供熱流量約80 t／h 下分別對(duì)引射匯流供熱方式與再熱熱段供熱方式進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，由于引射匯流裝置受機(jī)組負(fù)荷影響較大，試驗(yàn)選取了從60%～100%負(fù)荷的六種工況試驗(yàn)，計(jì)算對(duì)比分析以機(jī)組日常最常見(jiàn)75%負(fù)荷250 MW 運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別基于等效熱降法及現(xiàn)場(chǎng)熱力試驗(yàn)分別計(jì)算其節(jié)能效果?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 75%負(fù)荷供熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)

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，是熱力系統(tǒng)分析、計(jì)算和節(jié)能研究的一種實(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［6］。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)目可行性研究改造經(jīng)濟(jì)方面的分析手段。

以引射匯流與再熱熱段兩種供熱方式的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算兩種供熱方式下對(duì)機(jī)組能效的影響，根據(jù)再熱機(jī)組變熱量等效熱降法計(jì)算過(guò)程如下。

引射匯流供熱方式下再熱冷段對(duì)機(jī)組做功量變化ΔH0與循環(huán)吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzl為再熱冷段經(jīng)再熱器份額；hzl為再熱器冷段焓；σ 為1 kg 蒸汽經(jīng)過(guò)再熱器的吸熱量；hn為汽輪機(jī)排汽焓。

五段抽汽對(duì)機(jī)組做功量變化ΔH0與循環(huán)吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：α5為五段抽汽份額；h5為五段抽汽焓。

再熱熱段供熱方式下再熱熱段對(duì)機(jī)組做功量變化ΔH0與循環(huán)吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzr為再熱熱段份額；hzr為再熱器熱段焓。

機(jī)組再熱減溫水取自給水泵中間抽頭，再熱減溫水對(duì)機(jī)組做功量變化ΔH0與循環(huán)吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzj為再熱減溫水份額；h0為新蒸汽焓；η0r為抽汽效率；m 為除氧器所在加熱器編號(hào)；z 為加熱器總級(jí)數(shù)；τr為加熱器焓升；c 為抽汽為再熱冷段的加熱器編號(hào)；Δαr為排擠抽汽通過(guò)再熱器的變化份額；ΔQzr-r為排擠1 kg 抽汽在再熱器的吸熱量變化。

局部變動(dòng)經(jīng)濟(jì)相對(duì)變化為

式中：H0為新蒸汽等效熱降；ΔH0為做功的變化量，當(dāng)做功增加時(shí)ΔH0為正值，反之為負(fù)值；ΔQ0為吸熱量的變化量，當(dāng)循環(huán)吸熱量增加時(shí)ΔQ0為正值，反之為負(fù)值；η0i為汽輪機(jī)裝置效率。

通過(guò)等效熱降法計(jì)算引射匯流及再熱熱段兩種供熱方式下機(jī)組供電煤耗變化，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 等效熱降計(jì)算數(shù)據(jù)

由表2 可知，引射匯流方式下機(jī)組供電煤耗變化為33.26 g／kWh，再熱熱段方式下機(jī)組供電煤耗變化為35.79 g／kWh，引射匯流較再熱熱段供熱方式節(jié)能2.53 g／kWh。

2.2 熱力試驗(yàn)節(jié)能量計(jì)算

通過(guò)熱力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采集的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分別計(jì)算兩種供熱方式下的機(jī)組各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 熱力試驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)

通過(guò)熱力試驗(yàn)計(jì)算引射匯流及再熱熱段兩種供熱方式下供電煤耗分別為311.22 g／kWh、314.01 g／kWh，引射匯流較再熱段供熱方式節(jié)能2.79 g／kWh。

利用等效熱降法理論計(jì)算兩者節(jié)能量較實(shí)際熱力試驗(yàn)結(jié)果偏差約9.3%，這是因?yàn)榈刃峤捣ǖ耐茖?dǎo)是以主蒸汽流量不變?yōu)樵瓌t，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部熱力系統(tǒng)變化經(jīng)濟(jì)診斷的便捷性，本文中熱力試驗(yàn)是以等功率條件下兩者供熱量保持不變?yōu)榛A(chǔ)計(jì)算兩者節(jié)能量，兩者計(jì)算邊界條件有所不同，此外等效熱降計(jì)算中抽汽對(duì)汽輪機(jī)膨脹線變化及汽輪機(jī)運(yùn)行老化等因素進(jìn)行了忽略，以上是誤差的主要來(lái)源，但等效熱降法作為對(duì)節(jié)能項(xiàng)目的預(yù)評(píng)估其誤差在可接受范圍內(nèi)。

通過(guò)等效熱降及熱力試驗(yàn)分別計(jì)算了不同負(fù)荷下兩種供熱方式下的節(jié)能量，計(jì)算表明兩者具有一致性，如圖3 所示。

圖3 不同負(fù)荷下節(jié)能量計(jì)算數(shù)據(jù)

由圖3 可知，在機(jī)組230 MW 負(fù)荷以上供熱流量80 t／h 時(shí)，引射匯流較再熱熱段供熱方式具有約2 g／kWh 的節(jié)能量，在機(jī)組負(fù)荷降低至210 MW 時(shí)節(jié)能量迅速降低至0.78 g／kWh，主要是因?yàn)殡S機(jī)組負(fù)荷降低，引射匯流裝置引射五段低品質(zhì)蒸汽量降低，機(jī)組節(jié)能量較再熱熱段方式隨之降低。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)等效熱降法計(jì)算了引射匯流及再熱熱段供熱方式下節(jié)能量，并通過(guò)實(shí)際熱力試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明等效熱降法與熱力試驗(yàn)結(jié)果具有一致性，等效熱降法可用于設(shè)備改造節(jié)能量的近似計(jì)算。

引射匯流供熱方式在機(jī)組230 MW 負(fù)荷以上供熱流量80 t／h 時(shí)較再熱熱段供熱方式具有約2 g／kWh節(jié)能量，在機(jī)組230 MW 以下時(shí)隨負(fù)荷降低節(jié)能量迅速降低，主要是因?yàn)闄C(jī)組隨負(fù)荷降低，引射匯流裝置引射五段低品質(zhì)蒸汽量降低，引射匯流方式較再熱熱段機(jī)組節(jié)能量降低。

引射匯流供熱改造后與再熱熱段供熱并聯(lián)接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了供熱系統(tǒng)安全與節(jié)能的雙提升，具有極大推廣利用價(jià)值。