火力发电厂热经济性分析

火力发电厂热经济性分析

1热经济性分析发电厂是一家将发电效率转化为便捷、无尘、方便的能源生产的工厂，实现了从一、二、环节能源向二、环节能源的转变。火力发电的生产过程是燃煤变成电的过程,在这个转变过程中,燃煤在锅炉里燃烧,其化学能转变成了工质的热能,工质的热能在汽轮机里推动转子高速旋转变成转子的旋转机械能,转子旋转切割磁力线,机械能变成电能,输送出去。电是由煤转变而来的,煤是火力发电企业生产过程中最大、最主要的消耗品,煤以热量的方式来实现能量的转换,减少热量,就可以减少煤的消耗,这样就形成了火力发电企业的热经济性,下面是国产汽轮发电机组的热经济指标。从表1可以看出,影响汽轮发电机组热经济性最大的因素是汽轮机组绝对内效率,而导致汽轮机组绝对内效率低的主要原因是热力循环效率低。减少冷源损失可以提高循环效率,对于一个运行的火力发电厂,采取热电联产是实现减少冷源损失、提高循环热效率进而提高汽轮发电机组热经济性的有效举措。2热梨花的原理、方法和热经济性分析2.1采用热电联产来提高煤耗从上面的分析可知,影响火力发电厂热经济性最大的因素是循环的冷源热损失,由热力学第二定律可知,完全避免冷源热损失是绝不可能的,只能从减少冷源损失的方向出发,来降低煤耗,提高热经济性,采用热电联产就是实现这个措施最有效的途径。高品位的热能用来发电,低品位的热能用来对外供热,按照热能质(品位)的差别,来安排能量的消耗,提高热能的综合利用率和热的经济性,这种生产过程叫做热电联产。热电联产不仅反映出热、电两种产品在质上的内涵,而且更为重要的是:热化供热汽流,在汽轮机中做功后,抽出去对外供热,无冷源损失,热力循环的热效率可以达到100%,大大提高了热经济,可以达到资源的优化配置,这就是热电联产热经济性显著的原因所在。2.2一般热耦合法和热经济性分析2.2.1背压供热方式的热电联产用汽轮机做完功具有一定压力和温度的排汽,加热热网的循环水而对外进行供热,这种方式就叫做采用背压供热方式的热电联产。这种热电联产方式是一种比较简单的、纯粹的联合能量生产形式,采用这种方式,因无冷源损失,所以热经济性很高,但是这种生产过程存在着电、热两种负荷相互制约和供热的经济好、发电的经济性差的缺点,因此,这种供热方式一般在小供热机组上使用。2.2.2采用低压抽汽供热燃煤在锅炉里燃烧,产生的热量被工质水吸收后,生成高温、高压的水蒸汽,进入汽轮机,推动汽轮机转子高速旋转,在汽轮机的低压部分,抽出一部分蒸汽,加热热网的循环水,另一部分蒸汽继续在汽轮机的低压缸做功,转变为电能,这种热电联产就叫做采用低压抽汽供热方式的热电联产。因抽出的一部分蒸汽,加热了热网的循环水,不存在冷源损失,热力循环的冷源热损失为零,因此,热经济好。于天良·热电联产提高热经济性的分析与研究2010年第14期采用这种供热方式,电、热两种产品相互影响不大,适用于大机组,因此,被得到广泛应用。这种供热方式的缺点是:为满足供热的需求,必须采用调节抽汽,导致了一部分继续在低压缸做功的凝汽流通过调节阀门时引发了节流不可逆损失,使得这部分凝汽流的热效率相对于比不供热方式时要低,引起机组热效率降低。3机组接带供热后,机组的运行方式供热抽汽流,除需要一定的温度和压力外,还需要一定的流量。凝汽流也需要一定的温度、压力和流量,如果凝汽流的流量不足,在抽汽点后汽轮机低压缸做功引起的损失更大,效率下降得更多,而且还会影响到汽轮机的安全运行,因此,机组必须接带一定的负荷后,才允许开始供热。机组接带供热后,机组生产的产品不仅有电,还有热,机组的运行方式即电、热负荷的分配方式有“以热定电”和“以电定热”两种。“以热定电”的方式是指先满足对外供热热量的需求,在增加供热量的同时,也伴随着机组电负荷的增加,但是发电量的增加是建立在增加供热量的基础上,是为保障供热量而增加的。“以电定热”的方式与“以热定电”的方式恰好相反,是指先满足电量的需求,而后抽出一部分蒸汽供热,随着机组电负荷的增加,热负荷也在增加,但是增加的幅度很小。下面,就“以热定电”和“以电定热”的运行方式,进行热经济性的分析。3.1凝汽流调整阀门控制下面是一台单抽一次中间再热机组的“以热定电”热电联产流程示意图,如图1所示,机组启动并网后,先在冷凝工况下发电,凝汽流调整阀门处于全开状态。当电负荷升到一定数值时,逐渐开启供热抽汽管道上的电动调整阀门,加热热网循环水,进行对外供热,当全开供热抽汽管道上的电动调整门无法满足供热需求时,于是必须通过逐渐关小凝汽流的调整阀门,增大供热抽汽流量的方式,来满足供热的需求。当凝汽流的调整阀门关到一定位置时,开始出现节流损失,凝汽流的调整阀门限位,此时,供热量到最大。在供热量增加的过程中,发电量也在增加,但是,增加的量比较平缓。下面是“以热定电”方式下,热、电负荷变化过程的示意图(图2)。图的横坐标为燃煤量,纵坐标其一为发电量,其二为供热量,燃煤量的Co点为机组开始接带供热点,从此点后,热量增加的斜率大于发电量增加的斜率,这就是“以热定电”运行方式的特征。将热负荷用电热当量3600折算到发电量的示意图如图3所示。由图示可知,采用“以热定电”运行方式的热电联产,在相同煤量下,热和电的收入将大于单纯发电的收入,使得燃煤的利用系数增加,热效率提高。3.2以电定热:热电联产的热、电收入变化规律图4是一台单抽一次中间再热机组的“以电定热”热电联产流程示意图,与“以热定电”的示意图相比,取掉了凝汽流的调整阀门。如图4所示,机组启动并网后,先在冷凝工况下发电,当电负荷升到一定数值时,方可开启供热抽汽管道上的电动调整阀门,加热热网循环水,进行对外供热,但是,供热量的调整是在先满足发电量的基础上进行的。当发电量达到满负荷时,依据锅炉的出力、汽轮机各缸的负荷情况,来决定接带供热量的多少。下面是“以电定热”方式下,电、热负荷变化过程示意图(图5)。图的横坐标为燃煤量,纵坐标其一为发电量,其二为供热量,燃煤量的Co点为机组开始接带供热点,从此点后,发电量增加的斜率大于热量增加的斜率,这就是“以电定热”运行方式的特征,将热负荷用电热当量3600折算到发电量的示意图如图6所示。由图示可知,采用“以电定热”运行方式的热电联产,在相同煤量下,热和电的收入将大于单纯发电的收入,使得燃煤的利用系数增加,热经济性提高。比较“以热定电”的图3和“以电定热”的图6,可以看出它们的共同点是:采用热电联产,均可以实现热、电的收入大于单纯发电的收入。不同点的是:采用“以热定电”方式热、电负荷的收入大于“以电定热”方式热、电负荷的收入,其主要原因是:“以热定电”热电联产方式的冷源损失小于“以电定热”的冷源损失,导致了“以热定电”方式的热、电负荷的收入增加。所以,热电联产必须采用“以热定电”的方式,才能把热电联产的热经济性充分发挥出来,下面用一个案例进行说明。某台单抽一次中间再热的热电联产200MW机组,采用“以热定电”和“以电定热”运行方式的数据如下:采用“以热定电”方式全厂的热效率为:η热—电=(981000+145×3600)/105×21125=67.76%采用“以电定热”方式全厂的热效率为:η电—热=(685000+200×3600)/105×21125=63.34%显然η热—电>η电—热由此看来,采用“以热定电”比“以电定热”方式的热经济性更好。4利用热网,推动转子旋转做功采用低压抽汽供热,既可以实现热电联产提高热经济性的优点,又有被广泛应用的优势,但是,如果热价不到位,热电联产的热经济性就不能转变为经济效益,下面,从热、电价格的角度出发,分析热电联产的经济效益。具有一定压力、温度的蒸汽进入汽轮机,推动汽轮机转子旋转做功。从汽轮机低压部分抽出一部分汽流,进入热网换热设备,加热对外供热的循环水,供热的循环水经过加热后,温度升高,用水泵送入热网系统中。供热的抽汽流被热网的循环水吸热后,温度、压力降低,变成了疏水,用水泵提压后,回到热力循环系统中,这样就完成了抽汽供热的生产过程。如果这部分汽流用作供热后产生的收入大于用作发电产生的收入,那么,这部分汽流采用供热为经济可行,反之,采用供热为不经济,下面是抽汽汽流的发电、供热收入计算过程。4.1kj的热量设抽汽流的流量为Qkg/h,抽汽点的焓为h1kJ/kg,排汽焓为hCkJ/kg,电—热当量3600,即1kW·h的电能相当于3600kJ的热量。抽汽点后的汽轮机缸效率为ηi,机械效率为ηj,发电机效率为ηfd,上网厂用电率λ,抽汽流后因存在回热抽汽,抽汽流不可能完全做功,必然有一部分抽出去,加热凝结水,设抽汽流的回热抽汽做功不足系数为a,主变损耗忽略不计,上网电价为Pfd元/千瓦时,则抽汽流的发电收入为:Ifd=[Q(h1—hC)×ηi×ηj×ηfd×a/3600]×(1-λ)×Pfd4.2抽汽点疏水—抽汽流的供热收入由图1和前面的分析可知,抽汽流出来后进入热网换热设备,凝汽流经过调整阀门,进入汽轮机低压部分,继续做功,调整门的节流作用导致了凝汽流不可逆损失,引起了抽汽流供热后的潜在热损,其次,利用抽汽流的热量对外供热,需要消耗电能,也引起了抽汽流供热后的潜在能耗,这两项使得抽汽流供热收入发生减少,因此,抽汽流的供热收入为抽汽流的热焓降减去节流不可逆损失和供热耗电能。设抽汽流的流量为Qkg/h,抽汽点的焓为h1KJ/kg,疏水焓为h2KJ/kg,电—热当量3600,即1kW·h的电能相当于3600KJ的热量。抽气管道的效率为ηd,热网加热器的效率为ηr,节流损失为△h,抽汽流供热耗电能Wr,热价为Pr元/千瓦时,则抽汽流的供热收入为:Igr=[Q(h1—h2)×ηd×ηr-3600Wr-△h]×Pfd下面,引入一个案例进行说明。某单抽、一次中间再热200MW热电联产供热于天良·热电联产提高热经济性的分析与研究2010年第14期机组,供热汽流来自汽轮机的六段抽汽,抽气量320t/h,抽汽点的参数为:温度260.5℃,压力0.1235Mpa,焓值3021KJ/kg,汽轮机的排汽参数为:压力0.003Mpa,焓值2545KJ/kg,热网加热器的疏水温度70℃,焓值293KJ/kg,抽气管道的效率0.99,热网加热器的效率0.98,凝汽流的节流损失焓降0.02KJ/kg,抽汽流每小时供热耗电能4798kW(包括单纯供热转机耗电能和供热分摊转机耗电能),抽汽点后的汽轮机缸效率0.83,机械效率0.99,发电机效率0.99。抽汽流的回热抽汽做功不足系数0.95,上网厂用电率0.088,电—热当量3600,含税热价16.2元/吉焦,含税电价0.2845元/kW·h,计算抽汽流的发电、供热收入。4.2.1pfdifdIfd=[Q(h1—hC)×ηi×ηj×ηfd×a/3600]×PfdIfd=[320000×(3021—2545)×0.83×0.99×0.99×0.95/3600]×(1-0.088)×0.2845Ifd=8484元4.2.2从热价计算热电联产的热经济性Igr=[Q(h1—h2)×η-3600Wr-△h]×PfdIgr=[320000×(3021—293)×0.99×0.98-3600×4798-0.02]×10-6×16.2Igr=13441元从上面的计算可知,抽汽流的供热收入大于抽汽流的发电收入,说明热价已到位,热电联产的热经济性转变为经济效益。5优化热网运行,降低热网温度,提高热电联产的热经济性热电联产由于供热汽流的循环热效率为1,完全没有冷源损失,使得热耗率、煤耗率降低,使得热效率提高,采用热电联产,可以大大提高机组的热经济性和燃煤的利用率,在有热、电市场的条件下,发展热电联产,具有十分重要的意义。总结上面的内容,就充分挖掘热电联产的热经济性,提出了以下指导性的措施:①由上面的分析可知,抽汽流的疏水温度越低,供热的收入越大,而疏水温度受供热循环水回水温度的制约,优化热网运行,降低热网循环水回水温度,提高供热收入,从而提高热电联产的热经济性。②减少调整凝汽流阀门的节流不可逆损失,调节阀门采用流线型较好的阀门,在调整阀门上安装限位装置,当调整阀门关到一定位置时,无法继续关闭,以确保节流损失引发机组经济性、安全性的下降,对机组的稳定运行产生不利的因素。③热电联产机组的运行方式必须采用“以