供热机组热电比影响因素研究.pdf

第 3 5卷 第 1 2期 2 0 1 3年 1 2月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 5 No 1 2 De c 2 01 3 供热机组热电比影响因素研究 戴军 ， 刘光耀 ， 徐婷婷 ， 严俊杰 ( 1 中国华电集团江苏分公司， 江苏 南京2 1 0 0 1 9 ； 2 华电电力科学研究院， 浙江 杭州3 1 0 0 3 0 ) 摘要： 通过建立供热机组热电比计算模型以及变工况计算 ， 研究和分析了影响供热机组热电比的因素。研究结果表 明： 热电比与凝汽循环和供热循环输入热量之比、 凝汽循环及供热循环的热电转换效率等因素有关 ， 其中凝汽循环与供 热循环输入热量之比影响最大 ， 该比值增大， 热电比下降。对某 3 0 0 M W 供热机组变工况计算表明， 其热电比随供热抽 汽量的增加而增加， 随机组电负荷的增加而下降， 随供热抽汽压力的增加而增加 ， 随主蒸汽温度及压力的增加而增加， 排 汽压力变化时热电比基本不变。 关键词： 热电比； 供热机组 ； 变工况； 数学模型； 影响因素； 理论分析 中图分类号 ： T K 1 1 2 文献标志码： A 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 0 7 0 4 0 引言 供热机组将燃料的化学能转化为高品位 的热能 用来发 电， 同时将供热式汽轮机做功后的低 品位热 能对外供热， 从而实现热能的梯级利用， 提高能源利 用效率 。热电比定义为供热机组供热量与发电 量之比， 它是国家 4 个部委( 国家发展计划委员会、 国家经济贸易委员会、 建设部及环境保护总局) 计 基础 2 0 0 0 1 2 6 8号 文 关于发展热电联产的规 定 确定的热电联产量化指标， 它作为考核热电厂 经济性指标之一， 对热电厂的生产及热电联产事业 的发展具有重要意义 J 。2 0 0 0 年 8月， 在4部委联 合下发的 计基 础 2 0 0 0 1 2 6 8号 文 关 于发展热 电联产的规定 中， 热电比应符合下列要求： 单机容 量小于 5 0 MW 的热电机组 ， 其热 电比年平均应大于 1 0 0 ； 单机容量在 5 02 0 0 MW 的热 电机组 ， 其热 电比年平均应大于 5 0 ； 单机容量大于 2 0 0 M W 的 抽 汽凝 汽 两 用 供 热 机 组 ， 采 暖期 热 电 比应 大 于 5 0 。用热电比这一经济特性指标来考核热电厂 的 节能效果是科学和直观的， 它适用于对热电机组或 热电厂热经济效果的分析评价 。本文通过建立供热 机组热电比计算模型 ， 研究和分析了影 响供热机组 热电比的因素， 对于提高供热机组运行热经济性， 对 火电行业的节能减排有重要意义。 1 热 电比的数学模型 1 1 供热机组变工况计算模型 机组在实际运行中， 各运行参数( 电负荷、 主蒸 汽温度、 主蒸汽压力、 再热温度、 排气压力等) 的变 收稿日期： 2 0 1 3 0 9 04； 修回日期： 2 0 1 31 1 1 0 动会使热力系统各参数偏离设计值， 造成变工况运 行 。本文以参考文献 4 变工况计算模型为基 础， 建立了供热机组变工况计算模型。该模型首先 依据常规热平衡简捷计算方法计算基准工况( 本文 以额定工况为基础工况) 的各热力数据， 然后根据 弗留格尔公式， 计算变工况时各抽汽 口的压力值。 调用水蒸气模块， 依据级组气态焓熵曲线计算各抽 汽口的焓值。以常规热平衡简捷计算方法为基础， 计算各级加热器给水焓升( i ) 、 抽汽放热量( q i ) 、 疏 水放热量( i ) ， 再根据加热器热平衡结果 ， 计算各级 加热器抽汽份额( O t i ) 。在计算时， 保持机组功率不 变， 由此计算变工况下的主蒸汽量， 并与上一次计算 得到的主蒸汽量进行对 比， 如此反复计算迭代 ， 以达 到收敛之目的。最后计算此变工况条件下的各经济 性指标 。 1 2 供热机组热电比计算模型 热电比定义为供热机组供热量与发电量之比。 目前热 电比有两种定义方法 ， 根据 D L T 9 0 4 -2 0 0 4 火力发电厂技术经济指标计算方法 ， 热电比定 义为每发 1 M W h电所供应的热量 = Q h ， ( 1 ) 式 中： 为采用 电力行业标 准的规定的热电 比； Q 为供热机组 供热量 ， G J ； 为供热机组 的发 电量 ， MWh。 在 4 部委联合下发的 计基础 2 0 0 0 1 2 6 8号 文 关于发展热电联产的规定 中， 规定了热电比的 计算方法 J 。 热 电比 = 1 。 0 。 ( 2 ) 由此可见 ， 4部委规定 的热 电比定义方法是热 8 华 电技 术 第 3 5卷 量的比值 Q h X 1 0 一 ， L j 式中： 为 4部委发文规定 的热 电比； Q 。 为供热机组 发电量转化为热量 ， k J 。 由此可见 ， 4部委发文规定 的热电 比与 电力行 业标准所定义 的热 电比之间有下述关系 X = 3 6x 。 为简化研究 ， 在本文推导 中采用了这 2种定义 ， 而在计算结果表述中采用了电力行业标准所定义的 热电比。 2 热电比影响因素的理论分析 将供 热机组划分为凝汽循环及供热循环 2部 分 ， 则机组的发电量 Q 可分为凝汽循环发 电量 Q 及供热循环发电量 Q 。 2 部分。 Q ：Q +Q 。 ， ( 4 ) 式中： Q 为机组 发电量 ， k J ； Q 。 为凝汽循环发 电量 ， k J ； Q 为供热循环发电量转化为热量 ， k J 。 其热 电比为 Q Q Q “ Q Q 。 Q 。 Q n Q Q Q 。Q ， ( 5 ) 式中： Q 为凝汽循环的冷源损失； Q 为供热机组供 热量。 设凝汽循环输入热量 Q 。 转换为电能的效率为 叼 ， 供热循环输入热量 Q 。 转换为电能的效率为 ， 则有 = ： ， ( 6 )1 一 叼 gh Q= Q 1 = 1 ， 一 h 一 0 h( 一叼 h )一 一叼 h 式中： 为凝汽循环热电转换效率； Q 。 为凝汽循环 输入热量； 为供热循环热电转换效率； Q 。 为供热 循环输入热量 。 + ( + ) ， + ( + ) ， 式中： 为机械效率； 叼 d j 为电动机效率。 设 Q 。 =k Q 卟， 则有 南 鲁 ( i 0 ) 式 中： 为凝 汽循 环输入 热量 与供 热循环 输入 热 量 比。 虽然热电比的物理意义是供热机组供热量与发 电量的比值 ， 但从上述公式可以看 出， 影响热电比的 因素有凝汽循环热电转换效率 、 供热循环热电转 换效率 与2个循环的输入热量比k 。 当 与 不变时， k 值越大， 凝汽循环的输入 热量越大 ， 其热电比就越小 。当 k值为无穷大时， 供 热机组以凝汽方式运行， 其热电比为零。k 值越小， 凝汽循环 的输入热量越小 ， 其热电比越大。当 k值 为 0时， 供热机组 以背压方式运行 ， 此时其热电比为 ： 1 。 ( 1 1 ) 考 根据前面 的定义可知 ， 事实上是 以当量热 量 比定义的热化发电率 ， 因此 ， 背压机组的热电比与 其热化发电率有关 ， 两者成反比。 3 某3 0 0 M W供热机组热电比影响因素研究 为了验证上述理论分析结果 ， 对某 3 0 0 M W 供 热机组的热电比影响因素进行了研究 。该机组汽轮 机基本数据见表 1 ， 某 3 0 0 M W供热机组为亚临界一 次再热机组 ， 其回热系统包括 3级高压加热器 、 1级 除氧器及 4级低压加热器 ， 采 暖抽汽 由中压缸 与低 压缸之间的连接导管引出。 表 1 C N 2 5 0 3 0 01 6 6 7 5 3 7 5 3 7型供 热 汽轮 机的基本 数据 参数 基本数据 类型 回热级数 额定功率 额定主蒸汽参数 额定再热蒸汽参数 额定工作转速 额定排汽压力 额定给水温度 额定 主蒸汽流量 额定工况下热耗率 一 次中间再热 、 单轴 、 双缸双排汽 、 抽凝式 8 ( 3 高、 4 低、 l 除氧) 3 o 0MW 1 6 6 7 0 MP a 5 3 7 3 1 7 3MP a 5 3 7 3 0 0 0 r rai n 4 9k P a 2 7 0 5 8 9 2 4 3 t h 7 8 7 6I【 j ( k W h ) 对前面的变工况模型及热电比的计算方法进行 了分析 I 1 ， 研究 了热 电比与各因素之间 的关 系， 研究结果如下。 图 1 给出了采用变工况软件计算获得的某供热 组热电比与抽汽量和电功率的关系。从图 1 可以看 出， 当供热抽汽流量不变时， 随着电功率的增加， 凝 汽循环与供热循环输入热量之 比上升 ， 热电 比随之 下降。当电功率不变时 ， 随着抽汽流量的增加 ， 凝汽 循环与供热循环输入热量之比下降， 热电比随之上 = 第 1 2 期 戴军， 等： 供热机组热电比影响因素研究 9 升。当k 值与 不变时， 越大， 其热电比越小； 而 越小 ， 其热电 比越大。这是 因为当 增大 时， 相 同的供热量下供热循环的发电量增加。 +供 热抽汽流量 2 0 0 t e n 1 8 0 l 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 电负荷 MW 图 1 某供 热机组热电比与电负荷及供 热 抽汽流量的关系 在图 1中， 新蒸汽压力为 l 6 6 7 MP a ， 温度 5 3 7 c I = ； 采暖抽汽 压力为 0 2 4 5 MP a ； 排 汽压力为 0 4 9 k Pa 。 图 2给出了采用变工况软件计算获得的某供热 组热电比与采暖抽汽压力 的相对变化关 系。从 图 2 可以看出， 随着采暖抽汽压力的升高 ， 其热化发 电率 减小， 而热电比增大， 当 k 值与 不变时， 增大， 由于凝汽循环的发电量增大， 其热电比降低。 图 2某供热机组热电 比与采暖抽汽压力的变化规律 在 图 2中， 电负荷为 2 4 0 MW， 新蒸 汽压 力为 1 6 6 7 MP a ， 温度为 5 3 7 o C， 凝汽器压力为 O 4 9 k P a 。 图3 给出了采用变工况软件计算获得的某供热 机组热电比随排汽压力 的变化规律。从 图 3可以看 出， 当排汽压力变化时， 其热电比基本不变， 这是由 于一方面排汽压力降低使 增大而热电比降低； 而 另一方面在机组功率不变而排汽压力降低时， 主蒸 汽流量减少， 凝汽循环与供热循环输入热量比减少， 使热电比增大。两者相互抵消， 从而使机组的热电 比基本保持不变。 邑 8 0 _3 5 O 2 5 0 1 5 2 5 3 5 45 5 5 6 5 7 5 8 5 95 1 0 5 1 1 5 凝汽器压力 l【 P a 一供热抽汽流 量 2 O 0t h -1 1- 供热抽汽流 量 2 5 0t h 一供热抽汽流 量 3 0 0t h * 一供热抽汽流 量 3 5 0t h +供热抽汽流 量 4 O 0t h 一供热抽汽流 量 4 5 0t h 图 3某供热机 组热 电比随排汽压 力的变化 规律 在 图 3中， 电负荷 为 2 0 0 MW， 新蒸 汽压力 为 1 6 6 7 MP a ， 温度 5 3 7 o C， 采 暖抽 汽 压 力 为 0 2 4 5 MP a。 图 4和图 5给出了热 电比随新蒸汽压力及温度 的变化规律。从 图4、 图 5可以看 出， 随着新蒸汽压 力的增加 ， 热电比增加。随着新蒸汽温度 的增加 ， 热 电比也增加。由于新蒸汽压力及温度增加时 ， 在保 持机组功率不变的条件下， 凝汽循环与供热循环输 入热量比减少， 使热电比增加。 与 增大， 热电 比减小 ， 3个因素相互作用。从计算结果来看 ， 与 增大的影响比k 值的影响要小， 从而从总体上使 热电比增加。 图 4某供 热机组热电比随新蒸汽压力的变化规律 在图 4中， 电负荷为 2 0 0 M W， 新蒸汽温度为 5 3 7 oC， 采暖抽汽压力为0 2 4 5 M P a ， 凝汽器压力为 0 4 9 k Pa 。 在图 5中， 电负荷为 2 4 0 M W， 新蒸汽压力为 1 6 6 7 MP a ， 采暖抽汽压力为 0 2 4 5 MP a ， 凝汽器压力 为 0 4 9k P a 。 0 O O O 0 【 I - 一I 一 f _0 删霰 1 0 华 电擞 刁 = 第 3 5卷 姆 靛 丑 辏 新 蒸 汽 温 度 C 图 5 某供热机组热 电比随新蒸汽温度 的变化规律 4 结论 ( 1 ) 热电比定义为供热机组供热量与发电量之 比。理论分析表明， 供热机组热 电比与凝 汽循环与 供热循环输入热量之 比、 凝汽循环及供热循环 的热 电转换效率等 3 个因素有关， 其中凝汽循环与供热 循环输入热量之 比影 响最大 ， 该 比值 增大 ， 热 电比 下降。 ( 2 ) 对某 3 0 0 M W 供热机组变工况计算表明， 其 热 电比随供热抽汽量的增加而增加 ， 随机组电负荷 的增加而下降 ， 随供热抽汽压力的增加而增加 ， 随主 蒸汽温度及压力的增加而增加 ， 排汽压力变化 时热 电比基本不变。 参考文献 ： 1 武学素热 电联产 M 西安：西安交通大学出版社， 1 98 8 2 冀树芳 ， 冀树春 深刻领会热电比含义， 正确指导热电厂 生产 J 煤炭技术， 2 0 0 3 ， 2 2 ( 1 1 ) ： 8 7 8 9 3 黄新元 热力发电厂课程设计 M 北京： 中国电力出版 社 ， 2 0 0 4 4 林万超 火电厂热力系统节能理论 M 西安 ： 西安交通 大学出版社， 1 9 9 4 5 D L T 9 0 4 -2 0 0 4 ， 火 力发电 厂技术经 济指标 计算方 法 s 6 杨豫森 供热机组热经济性分析和研究 M 西安 ： 西安 交通大学 ， 2 0 0 4 7 吕沥锋 ， 王培红 ， 金旭英， 等 供热机组热化发 电率算法 研究 J 汽轮机技术， 2 0 0 2 ， 4 4 ( 4 ) ： 2 1 0 2 1 2 8 郭江龙 ， 张树芳 ， 宋之平， 等 供热机组热化发 电率矩阵 计算模型 J 热力发电， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 1 7 1 9 9 邱丽霞 ， 郝艳红， 吉晓梅 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