黃泳清 郭民臣

摘 要：本文以某660MW凝汽式汽輪機(jī)組為研究對(duì)象，使用MATLAB工具和熱平衡法對(duì)其抽汽供熱改造方案進(jìn)行了理論分析。同時(shí)，計(jì)算了壓缸排汽抽汽供熱工況、冷再熱蒸汽抽汽供熱工況、熱再熱蒸汽抽汽供熱工況下機(jī)組的發(fā)電功率、熱耗率、煤耗率等熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，并進(jìn)行對(duì)比。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn);抽汽供熱;熱平衡法

中圖分類號(hào)：TM311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）10-0024-03

Thermal Economic Analysis of Extraction Steam Heating Retrofit for

660 MW Condensing Unit

HUANG Yongqing GUO Minchen

（College of Energy Power and Mechanical Engineering， North China Electric Power University，Beijing 102206）

Abstract： Taking a 660 MW condensing steam turbine unit as the research object， the authors used MATLAB tools and heat balance method to make a theoretical analysis of its steam extraction and heating transformation scheme. At the same time， the thermal economic indexes of the unit， such as the power generation， heat consumption rate and coal consumption rate， were calculated and compared under the conditions of the pressure cylinder exhaust steam extraction heating condition， the cold reheat steam extraction heating condition and the hot reheat steam extraction heating condition.

Keywords： cogeneration;extraction steam heating;heat balance method

目前，我國(guó)正處于能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要轉(zhuǎn)型期，對(duì)節(jié)能減排、清潔低碳的要求日益加強(qiáng)，并提出了“30·60”的減碳降耗目標(biāo)。對(duì)于熱力發(fā)電廠而言，節(jié)能減排成為重中之重。實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)是熱力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的主要方法。目前，由于抽汽供熱改造較為方便，因此，其仍是最為常見的供熱方式。現(xiàn)有的對(duì)于抽汽供熱的研究指出，隨著抽汽量的提升，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低，熱經(jīng)濟(jì)性提升[1-2]。與其他供熱方式相比，抽汽供熱雖然節(jié)煤量較低，但是適用性較好[3]。

本文以某660 MW凝汽式汽輪機(jī)組為研究對(duì)象，使用MATLAB工具和熱平衡法，對(duì)其抽汽供熱改造方案進(jìn)行了理論分析。同時(shí)，計(jì)算了不同供熱負(fù)荷下三種改造方案的機(jī)組發(fā)電功率、熱耗率、煤耗率等熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

1 機(jī)組的熱平衡計(jì)算

1.1 計(jì)算對(duì)象

本文以NZK660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷660 MW凝汽式汽輪機(jī)為研究對(duì)象。該機(jī)組額定參數(shù)如表1所示。對(duì)象機(jī)組熱力系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

擬進(jìn)行抽汽供熱改造方案如下：①冷再熱蒸汽抽汽供熱，②熱再熱蒸汽抽汽供熱，③中壓缸排汽抽汽供熱。供熱回水引入凝汽器熱井。供回水溫度選擇集中供暖標(biāo)準(zhǔn)130 ℃/70 ℃。

額定工況下抽汽參數(shù)如表2所示。

1.2 計(jì)算模型

本文使用MATLAB軟件，通過熱平衡法建立汽輪機(jī)純凝工況模型[4-5]。

1.2.1 汽輪機(jī)各級(jí)壓力在抽汽工況下的變化。利用弗留格爾公式近似計(jì)算汽輪機(jī)各級(jí)壓力在抽汽工況下的變化，計(jì)算公式為：

[P1=P0D1D0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：[P0]、[P1]分別為基準(zhǔn)工況下與變工況下的級(jí)前壓力，MPa;[D0]、[D1]分別為基準(zhǔn)工況下與變工況下的級(jí)前流量，kg/h。

1.2.2 變工況下級(jí)組效率。根據(jù)汽輪機(jī)級(jí)組不同工況下的效率擬合曲線計(jì)算。

1.2.3 汽輪機(jī)各級(jí)抽汽點(diǎn)參數(shù)與排汽參數(shù)。通過汽輪機(jī)各級(jí)壓力，主蒸汽、再熱蒸汽初參數(shù)，排氣壓力與變工況下級(jí)組效率計(jì)算各點(diǎn)的抽汽參數(shù)與排汽參數(shù)。

1.2.4 汽輪機(jī)各級(jí)加熱器抽汽參數(shù)。通過各級(jí)抽汽點(diǎn)參數(shù)、給水參數(shù)，在保持各級(jí)加熱器上下端差不變的情況下，計(jì)算各級(jí)加熱器出口水溫度、疏水溫度和焓，再通過熱平衡法計(jì)算各級(jí)加熱器的抽汽流量。

1.2.5 發(fā)電功率。通過蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的總焓降計(jì)算發(fā)電功率，計(jì)算公式為：

[Pe=DiΔhi-DciΔhciηmηg3 600×1 000]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：[Pe]為機(jī)組發(fā)電功率，MW;[Di]為進(jìn)入汽輪機(jī)各缸的蒸汽流量，kg/h;[Δhi]為該蒸汽流量在缸中的焓降，kJ/kg;[Dci]為各級(jí)抽汽流量，kg/h;[Δhci]為各級(jí)抽汽焓與對(duì)應(yīng)缸排氣焓的差值，kJ/kg;[ηm]為機(jī)械效率;[ηg]為發(fā)電機(jī)效率。

1.2.6 鍋爐吸熱量

[Qb=Dgshzzq-hgs+Dzrzqhzrzq-hlzrzq]? ? ? ? ? （3）

式中：[Qb]為機(jī)組鍋爐吸熱量，kJ/h;[Dgs]為主給水流量，kg/h;[hzzq]為主蒸汽焓，kJ/kg;[hgs]為主給水焓，kJ/kg;[Dzrzq]為再熱蒸汽流量，kg/h;[ hzrzq]為再熱蒸汽焓，kJ/kg;[hlzrzq]為冷再熱蒸汽焓，kJ/kg。

1.2.7 供熱熱耗量

[Qgrh=1 000×3 600×Qgrηbηp]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：[Qgrh]為機(jī)組供熱熱耗量，kJ/h;[Qgr]為機(jī)組供熱負(fù)荷，MW;[ηb]為鍋爐效率;[ηp]為管道效率。

1.2.8 發(fā)電熱耗量

[Qe=Qb-Qgrh]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式中：[Qe]為機(jī)組發(fā)電熱耗量，kJ/h。

1.2.9 發(fā)電熱耗率

[q=QePe]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

式中：[q]為機(jī)組發(fā)電熱耗率，kJ/（kW·h）。

1.2.10 發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率

[B=123Qe3 600Pe]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

式中：[B]為機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，g/（kW·h）。

1.2.11 總能源利用效率

[ηth=3 600Pe+QgrηbηpQb]? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：[ηth]為總能源利用效率。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 發(fā)電量與供熱負(fù)荷的關(guān)系

圖2是三種不同改造方案在不同供熱負(fù)荷下的發(fā)電功率變化。由圖2可知，隨著供熱負(fù)荷的增加，機(jī)組發(fā)電量減少;不同供熱方式下機(jī)組發(fā)電量的變化速度不同，中壓缸排氣抽汽方式發(fā)電量最高，冷再熱蒸汽抽汽方式發(fā)電量最少。中壓缸排汽抽汽方式與熱再熱蒸汽抽汽方式影響發(fā)電功率的因素主要是進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽流量減少;冷再熱抽汽方式對(duì)機(jī)組發(fā)電能力的影響最大，主要原因是冷再熱抽汽不僅減少了進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽流量，而且減少了再熱蒸汽在鍋爐中的吸熱總量。

2.2 熱經(jīng)濟(jì)性與供熱負(fù)荷的關(guān)系

圖3、圖4、圖5分別是三種不同改造方案的發(fā)電熱耗率、標(biāo)準(zhǔn)煤耗率與總能源利用效率隨供熱負(fù)荷變化關(guān)系圖。

從圖3、圖4和圖5可知，隨著供熱負(fù)荷的增加，發(fā)電熱耗率與標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低，總能源利用效率提高。中壓缸排汽抽汽方式發(fā)電熱耗率與煤耗率最低，能源利用效率最高。熱再熱蒸汽抽汽方式發(fā)電熱耗率與煤耗率最高，能源利用效率最低，且隨供熱負(fù)荷的提升，提升速率小于其他兩種方式。主要原因是熱再熱蒸汽抽汽方式抽汽參數(shù)較高，在定供熱負(fù)荷條件下抽汽量較少，與其他方式相比，冷源損失較大。

3 結(jié)論

①對(duì)某660 MW凝汽式汽輪機(jī)組以文中所述的三種方法進(jìn)行抽汽供熱改造后，能在一定程度上降低機(jī)組的發(fā)電熱耗煤耗，提升總能源利用效率，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，供熱負(fù)荷越高，能源利用效率越高。

②對(duì)比三種改造方法可知，在同一供熱負(fù)荷下，在發(fā)電功率上，中壓缸排汽抽汽方式最高，冷再熱蒸汽抽汽方式最低;在熱經(jīng)濟(jì)性上，中壓缸排汽抽汽方式的熱經(jīng)濟(jì)性最好，熱再熱蒸汽抽汽方式的熱經(jīng)濟(jì)性較差。

③冷再熱蒸汽抽汽供熱可能涉及鍋爐再熱器超溫問題，在實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步研究。

④文中所述的三種抽汽式供熱方法的抽汽參數(shù)較高，在實(shí)際中可應(yīng)用于其他較高參數(shù)的用汽中。

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