热电联产经济指标的计算.doc

热电联产经济指标的计算第1期20O2年1月热机技术?37热电联产经济指标的计算JL,-国电华北电力工程有限公司孙永斌内容摘要该文唐山西效热电厂二期扩建工程为例,阐述了热电联产电厂多项经济指标的计算方法,具有较强的实用性,供设计人员参考.关键词热电联产经济指标计算实例1前言供热有多种方式:热电联产,电锅炉,热泵,地热,太阳能,燃料电池等.对于电锅炉,从热力学第一定律来讲一次能源利用率只有25%,从热力学第二定律来讲一次能源的利用效率只有8%,效率很低,因此只适用于峰谷电价差较大和有相应政策的特定地区.对于热泵,只有当热泵性能系数大于1.875时,才能与热电联产全厂热效率45%相比,而目前的热泵性能系数仅仅在1的水平,因此也只能随着热泵技术的发展在特定条件下,利用低谷电,作为采暖空调用热的补充.地热,太阳能是清洁环保的能源,但受到地区,材料和容量的限制,还不适宜大规模采用.热电联产仍然是目前较好的电热联供方式,是解决供热的主要手段.国家鼓励发展热电联产,鼓励采用清洁的燃料和洁净煤燃技术实现热电联产,并制定了各种指标,明确了热电的地位和发展的方向.目前全国拟建的热电联产项目很多,北京国电华北电力工程有限公司承担了很多此类工程,在这些工程的设计过程中有许多指标的计算存在着不统一,为了更好地贯彻关于发展热电联产的规定(1268号文)和统一设计思想,本文以唐山西郊热电厂扩建工程为例,阐述热电联产电厂经济指标的计算,以供参考.2经济指标热电厂的经济指标计算有多种方法:有热量法,实际焙降法,作功能力法.热量法将好处全归电,实际焓降法则将好处全归热,作功能力法考虑了好处的合理分摊,但计算不太方便.最近有学者提出运用热量最大有效利用率的概念,将冷源损失合理分配给双方,该方法就属于作功能力法,它克服了热量法和实际焙降法的缺点,计算较简便,但大规模的使用还有待探讨.目前,热量法仍然是我国法定的供热经济指标计算方法.在热电联产工程设计中,经常需要计算的经济指标如下:热电联产的总热效率,年平均热电比热化发电率(电热比),年发电量,年供热量,机组的发电热耗率,机组的发电标准煤耗率,机组的年平均发电标准煤耗率,凝汽发电标准煤耗率,热化发电标准煤耗率,综合厂用电率,供热厂用电率,发电厂用电率,年均供热标准煤耗率,年均供电标准煤耗率,年耗标准煤量,热化系数等这些指标的正确与规范性直接影响到技术经济的计算,从而影响投资者的决策.3计算实例3.1唐山市西郊热电厂扩建情况介绍唐山市西效热电厂一期工程安装两台上汽厂生产的C508.83/01181型50MW单抽供热式汽轮机(额定抽汽量2180t/h,额定抽汽压力0.118MPa+额定抽汽焓2623kJ/kg),三台由无锡锅炉厂生产的UG一220/98一M3型220t/h燃煤,自然循环汽包炉,已于1998年前先后投产(两台机组).一期的供热能力为175Geal/h,如果按采暖热指标272.1kJ/h?m2(65keal/h-m2),一期可满足269万的采暖用热量.根据国家计委1998年批复,要求西郊热电厂提供850万m2采暖面积的热负荷,二期方案之一拟安装两台东锅生产的450t/h循环流化床锅炉和哈尔滨生产的CIO08.83/0.36高温高压,单轴,双缸双排汽,反动式,单抽凝汽式汽轮机,热网与一期一并考虑,供回水温度为130/80,供回水压力为1.6Mpa/0.2MPa,热网循环水量为8000t/h.根据建设部批准颁布的民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)(JcK2695),要求新建建筑物必?38?热机技术第1期22年1月须采用新型墙体材料或新型复合墙体,从而达到节能,降低供热热指标,按规定当前应降低30%,即热指标为原来的70%,根据唐山西郊现有的供热情况调查,采暖热指标取为48kcal/h?m2,这样该方案配置可满足842万m采暖负荷的要求,与国家计委的要求基本上是一致的3.2机组参数3.2.1汽轮机(哈尔滨汽轮机厂生产)项目凝汽工况最大抽汽工况额定抽汽工况型号C1一8.83/0.36额定功率1O0MW8344MW88.23埘最大功率lO0M额定转速20Dr/rain门前蒸汽压力883协丰汽门前蒸汽温度5调整抽汽压力036MPa调整抽汽温度l68.7调整抽汽量0h0221.5lt/h设计冷却水温度正常2o,最高33C汽轮机进汽量35693t/h450t/h43O0,h给水温度226.8239.523690c排汽压力00049m00D3lMPa00034m汽轮机热耗8913.9k_/kW-h54150u/kW-h6363.7kJ/kW-h汽轮机汽耗3569kg/kW.h5393k,g/kW?h4874kg/kWh3.2.2锅炉(东方锅炉厂生产)型式高温,高压循环流化床锅炉型号DG450/981额定蒸发量450t/h过热蒸汽温度540C过热蒸气压力981m给水温度22o冷风温度20排烟温度140锅炉效率91.2%钙硫摩尔比2脱硫效率90%3.3经济指标计算3.3.1发电设备年利用小时数H3=热机组的年发电量供热机组的额定功率发电设备的年利用小时数一般由与电网签定的供电协议所决定,该指标将影响与年运行小时数有关的众多数据.在供热机组的额定功率确定上,有多种理解,有的认为是额定供热工况所对应的汽轮机的发电功率+有的认为是凝汽额定工况所对应的汽轮机的发电功率.该额定功率确定的不同,在确定了年利用小时数后直接影响到年发电量这里我们认为采用凝汽额定工况所对应的汽轮机发电功率较为合适,这样处理比较简单,使该指标不受各种抽汽工况的影响,直接与机组的铭牌发生关系,便于控制和比较.在本工程的该阶段与电网的供电协议还不落实,我们暂取=5000小时.3.3.2热化系数a热化系数直接影响到机组的供热能力垫整堑鏖鲍垫量i塑睦自星煎最大设计热负荷按照热电联产项目可行性研究技术规定中的1.16,”单机容量大于100,主要用于城市供热的供热机组,根据城市的发展,其热化系数可暂大于1.0;对兼供工业和民用热用户.单机容量小于等于100MW的热电厂,其热化系数宜小于1.0.”,热化系数的取值一般需要优化,当小于1时一般取0.5O.8不等,本工程二期扩建热化系数取1.0,在供热范围内不再设尖蜂锅炉及其他调峰措施,这样的配置可满足火规中关于供热的要求.第1期2002年1月热机技术39?33.3采暖热负荷持续曲线采暖热负荷持续曲线一般由业主委托外网设计单位提供.但在工程的可研阶段一般得不到这些资料,在实际设计中经常采用一些简化的手段来处理,误差不大.处理方法为:首先在横坐标上按采暖期日历时间绘制时问刻度,再在纵坐标轴上绘制最大采暖负荷,并持续120小时,然后按一定的经验公式确定最小采暖热负荷,从最大采暖负荷至最小采暖负荷之间画一条下凹的曲线,就是近似的采暖热负荷持续曲线.如果供热中还有工业和热水负荷,只要在上面近似的采暖热负荷曲线上再按时间叠加上工业和热水负荷即为综合的热负荷持续曲线.唐山地区采暖日历时间为11月15Et至次年3三3逛碎j2502OOl5010050O月15Et,共2928小时,呆暖室外设计温度tltp=一9屯,采暖室内温度tB=l8屯,采暖热指标取48kcal/m2h,西郊热电厂一期的供热能力为175Gcal/h,可满足364万的采暖,则二期扩建所需供热的采暖面积为850365=485万.持续5天的最大热负荷为:Q一=S10=48485000010=232.8(Gcal/h)最小热负荷:Q=Qo一蒜z.s高=1121(Gcal/h)绘制的采暖热负荷持续曲线如下:ll2.8,I,曼:10120600l0801560204025202928时(h)栗暖热负荷持续曲线3.3.4机组的全年供热量有了采暖热负荷持续曲线后,机组的全年供热量也就确定下来,它就等于曲线与x坐标轴所围成的面积.对于从120h至2928h之问的曲线可采用回归的方法求取曲线的方程Y=一0.0432x+229.57,然后利用积分的方法求出面积年供热量:Q=232.812o+l(一o.o432x+229.57)dxNI=487699(Gcal/s13.3.5机组的额定供热小时数H1,凝汽发电小时数H一有了机组的全年供热量和机组的额定供热能力,就可以折算出机组的额定供热小时数.机组的额定抽汽量为221.5t/h,该抽汽压力下的温度约168.7,抽汽焙2796kJ/kg,饱和水焓589.IlkJ/kg(考虑140C的饱和水),机组的额定供热能力为:2215X(2796589110.98/(4.18681000)=114419Goal/hH24876992xl14.419=213l(hj采用了这种等效到额定抽汽供热工况小时数后,在计算供热,发电煤耗时必须要考虑到机组的实际运行是在部分负荷下,锅炉效率和汽轮机效率都会有所降低,一般为3%一5%机组的凝汽发电小时数H.,为电网批准的机组利用小时数减去机组的额定供热小时数,再考虑在额定供热工况时机组的发电出力的不足需用一定的凝汽发电时间来补足.?40?热机技术第1期2002年1月Hl:(I3一H2)+(机组凝汽额定功率一机组额定供热功率)H机组的凝汽额定功率=50003I+:3120(h)由上面可计算可看出H+H2>,这是由于额定供热工况发电出力的不足所造成的3.3.6机组的全年发电量机组的全年发电量为两台机组供热工况的发电量加上凝汽工况下的发电量.:2(P+P衄)=(88230Hz+10(D00H1)2:2(88230x2131+I(K)000x3120):1.0lo9fkqa)3.37机组的发电热耗率(HR)在拟订了供热发电原则性热力系统图后,根据汽轮机厂提供的热平衡计算,就可计算机组的发电热耗率HR.HR:ddxlo3(1d/kWla)式中,锅炉蒸发量(h)一主蒸汽的焓(kJ/kg)i锅炉给水的焓值(kJ/)DR再热蒸汽流量(h)IR再热蒸汽所吸收的焓值(kl/kg)Dr汽轮机对外供热油汽量(t/h)hc对外供热油汽焓(IG/)i一补水的生水焓值(k.1/kg)一热网凝结水的回水率i供热抽汽的凝结水焓(kJ/kg)P_一汽轮发电机功率(tW)凝汽工况:HR:8912.5(kJ/kwh)最大抽汽工况:HR:450(3475-103/)+0-290_1280-83.7-0.98(588.6-83.7l:.()额定抽汽工况:_1堑:兰1,翌:墅+!=.塑塑.i=坠810:63783(U/kWh)上述结果与汽轮机厂提供的数据略有差别,是因为汽机厂在计算热耗时忽略了对外供汽的凝结水焓和补水的焓.3.3凝汽发电标准煤耗率,供热发电标准煤耗率,年平均发电标准煤耗凝汽发电标准煤耗率为:.HRq一29308一塑一29308(O912一o03)0.98=0.352(ke/krh)供热发电标准煤耗率为:.一旦Iggr一293081一.一29308fo.9120.03)0.98=0.252(kg/kWh)年平均发电标准煤耗率为:一一:墼一312000000+188018000:0.314(kk1)式中bb,bpi凝汽,供热,年平均发电标准煤耗率(kg/k.%)HR,HR厂凝汽,额定供热工况的热耗率(kJ/kWh)P,凝汽,供热工况的年发电量(kWh),d锅炉,管道效率(%)锅炉的效率要考虑到实际运行变负荷时的效率折减,根据经验一般降低3%一5%.3.3.9供热标准煤耗热量法将两种能量联合产生所带来的热经济效率都归发电方面,所以热电联产的供热标准煤耗与集中供热锅炉的供热标准煤耗计算方法相同,只要锅炉,管道效率相同,供热标准煤耗就相同,它忽略了供热蒸汽的参数和作功能力,不鼓励热用户采用较低的供热参数,这也是热量法的缺点.一一一293081gd第t期2002年1月热机技术一一19308(0.9120.03)0.98:3947(ke/GJ)式中.b_供热标准煤耗(kg/cJ)3.310供热厂用电率,发电厂用电率,综台厂用电率供热厂用电率为供热设备所耗的电量与机组发电量的比,当此方面的资料不全时,可采用一些保守的,简化的处理方法.根据对集中供热锅炉的调查,一般当锅炉容量大于75t/h时,单位吉焦所耗电量为5.73kW(此数比较保守),对于热电联产因为采用了热量法,其供热部分的计算与集中供热锅炉房的计算相同,所以本工程供热的厂用电率为:5.73机组额定供热工况的功率/机组的额定88230/(114.4194.1868)j%发电厂用电率岛,一般也根据电厂统计的用电资料进行计算,在没有此资料时可参考相同容量的电厂的数值,对于本工程2lO0ldW发电厂用电率=8%.综合厂用电率=T+岛=3.1%+8%=l1.1%3.3.11年均供热标准煤耗率平均供热标准煤耗率为供热的标准煤耗加上考虑供热厂用电所造成的煤耗的增加的数值.=b+5.73b=39.47+5.730.314=41.27(k异/q)33.12年均供电标准煤耗率年均供电标准煤耗率为考虑了发电厂用电率后的准煤耗率bPd=0.丽314=o.341(kg/kWh)3.3.13年耗标准煤量年耗标准煤量等于两台机组发电的年耗标准煤量加上供热的年耗标准煤量.B=Bd+B=Pab+b=(1.010.314+4876994.186839.47)/1000=3.94594I(t/a)3.3.14年均热电比年均热电比为年供热量与年发电量之比.Q487699lO64.1868一一1.0lO93600=56.