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，隨著新能源發(fā)電占比不斷提高及電力市場現(xiàn)貨改革的持續(xù)推進(jìn)，傳統(tǒng)火力發(fā)電的競爭愈發(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)性對火力發(fā)電廠的營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)減溫減壓后對工業(yè)用戶供汽，從熱力學(xué)第二定律分析，此方式供熱過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；通過引射匯流技術(shù)對供熱裝置改造，以冷段高品質(zhì)抽汽為驅(qū)動汽源引射五段低品質(zhì)抽汽實(shí)現(xiàn)對外供熱，充分利用高品質(zhì)蒸汽做功能力，減少供熱過程的做功損失，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象，利用等效熱降法對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，并通過實(shí)際熱力試驗(yàn)進(jìn)行了對比驗(yàn)證，計(jì)算對比驗(yàn)證結(jié)果為此類供熱改造的前期項(xiàng)目可行性評估及后期的試驗(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)行能量動量交換，并通過擴(kuò)壓管7 進(jìn)行動能向壓力勢能轉(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孔引出再熱冷段抽汽作為引射匯流裝置的驅(qū)動用汽，從機(jī)組五抽至輔汽聯(lián)箱電動門前處管道開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)評價(jià)

為評價(jià)引射匯流裝置改造后供熱經(jīng)濟(jì)性，對在相同供熱流量約80 t／h 下分別對引射匯流供熱方式與再熱熱段供熱方式進(jìn)行了現(xiàn)場對比試驗(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)算對比分析以機(jī)組日常最常見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)場熱力試驗(yàn)分別計(jì)算其節(jié)能效果。現(xiàn)場運(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)算過程如下。

引射匯流供熱方式下再熱冷段對機(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)過再熱器的吸熱量；hn為汽輪機(jī)排汽焓。

五段抽汽對機(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；z 為加熱器總級數(shù)；τr為加熱器焓升；c 為抽汽為再熱冷段的加熱器編號；Δαr為排擠抽汽通過再熱器的變化份額；ΔQzr-r為排擠1 kg 抽汽在再熱器的吸熱量變化。

局部變動經(jīng)濟(jì)相對變化為

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

通過熱力試驗(yàn)現(xiàn)場采集的各項(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)見表3。

表3 熱力試驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)

通過熱力試驗(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源，但等效熱降法作為對節(jié)能項(xiàng)目的預(yù)評估其誤差在可接受范圍內(nèi)。

通過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

通過等效熱降法計(jì)算了引射匯流及再熱熱段供熱方式下節(jié)能量，并通過實(shí)際熱力試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，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。