小龙潭电厂300 MW机组热力系统 分析

吕国强, 王 华, 马文会, 陈 勇, 余春伟

(1.昆明理工大学 冶金节能减排教育部工程研究中心,昆明650093;2.昆明理工大学 冶金与能源工程学院,昆明650093)

符号说明:

h—比焓,kJ/kg

s—比熵,kJ/(kg·K)

ηth—热效率,%

ηex—效率,%

下脚标

o—出口

i—进口

0—寂态条件

ar—收到基

GW—高位发热量

DW—低位发热量

热力学第一定律说明了能量在转化和传递时的数量关系,热力学第二定律进一步解决了与热现象有关过程进行的方向、条件和限度问题,由此提出的分析方法为工业生产合理用能和有效用能提供了理论依据.对电厂热力系统的能量与进行分析具有重要意义,利用分析方法评估和定量计算其中的能量有效利用及损失等情况,弄清造成损失的部位和原因,以便提出改进措施,并预测改进后的效果[1].因此,分析已成为研究火电厂热力系统能量转化性能、量化能源有效利用率以及区分能源品质的重要方法[2-4].对热力系统中各单元的能量与进行分析,可进一步研究提高系统能量利用水平的技术措施以及优化整个电厂的热力系统[5].

1 电厂运行参数

小龙潭火电厂为一坑口电厂,位于云南省开远市境内小龙潭地区,褐煤资源储量丰富.现装机容量为2×300MW,电厂使用的燃料来自小龙潭煤矿,燃煤的基本属性及汽轮机额定负荷(TRL)工况下的运行参数见表1和表2.锅炉为亚临界中间再热、单锅筒自然循环、循环流化床锅炉,汽轮机为亚临界一次中间再热凝汽式汽轮机组,机组共设8级回热抽汽,分别供3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器,见图1.

2 分析方法

热力学中将能量可逆地转变到与环境平衡状态过程中所做的最大功量称为该能量的.对火电厂热力系统进行能量分析时,能量在热力系统各单元之间的转换保持收支平衡,满足能量守衡定律.但是,只是能量中的可用能部分,在实际的能量转换过程中,的收支是不平衡的,一部分输入将转变成不可用能,出现损失,因为损失无法补偿,所以损是火电厂能量转换过程中的真正损失.通过对火电厂能量转换过程中的进行分析,可定量计算能量的有效利用及损失等情况,弄清造成损失的部位和原因,以便提出改进措施,并预测改进后的效果

表1 小龙潭电厂的燃煤性质Tab.1 Coal properties in Xiaolongtan Power Plant

表2 小龙潭电厂的工作参数Tab.2 Working parameters in Xiaolongtan Power Plant

(1)系统中各辅助旁路对电厂整体热力性能产生的影响忽略不计;

(2)电厂补水率为零;

(3)忽略管道的热损失;

(4)忽略燃料中所添加的石灰石对锅炉系统产生的影响.

图1 电厂热力系统简图Fig.1 Schematic of thermal system of the power plant

质量守恒方程

能量守恒方程

循环的热效率

式中:ηwork=0.95,为泵(凝结泵、给水泵)的工作效率[7].

3 结果与讨论

表4给出了该电厂在TCR工况下的能量平衡情况.由表4可知:凝汽器散失到周围环境中的热量占输入热量的51.57%,锅炉单元损失的热量占输入热量的6.64%,汽轮机损失的热量占输入热量的2.56%,其他占1.24%.整个循环的热效率为37.99%.

表3 热力系统各单元损和效率的计算方程[8-10]Tab.3 Calculation formulas for exergy loss and efficiency of each unit in thermal system

表3 热力系统各单元损和效率的计算方程[8-10]Tab.3 Calculation formulas for exergy loss and efficiency of each unit in thermal system

images/BZ_88_1390_1411_1422_1443.png损效率images/BZ_88_1788_1411_1820_1443.png锅炉 I·boiler=X·fuel+X·i-X·o ηboiler=(X·i-X·o)/X·fuel汽轮机 I·turbine=X·i-X·o-W el ηturbine=1-I·turbine/(X·i-X·o)凝汽器 I·condenser=X·i-X·o ηcondenser=X·o/X·i加热器 I·heater=X·i-X·o ηheater=1-I·heater/X·i泵 I·pump=X·i-X·o-W pump ηpump=1-I·pump/W pump总循环 I·cycle=∑all I· ηcycle=W net/X·fuel

表4 TCR工况下电厂各单元能量平衡情况(T0=293.15 K,p0=80.18 k Pa)Tab.4 Energy balance of each unit in the power plant under rated working condition(T0=293.15 K,p 0=80.18 k Pa)

在环境温度T0=293.15 K、压力p0=80.18 kPa的条件下,TCR工况下图1中各节点的热力学参数见表5,该电厂各单元的损及效率见表6.由表6可知:在运行周期中,与其他所有不可逆损失相比,锅炉的损最大,占总损的64.78%,汽轮机的损占总损的18.55%,而凝汽器的损只占13%.根据热力学第一定律分析,凝汽器中的热量损失最多,因为它消耗了约51.57%输入电厂的热量,但分析表明,凝汽器中的损失却很少.锅炉中损失的热量虽然不多,但由于其品位较高、具有较强的做功能力,因而锅炉的损大.可见锅炉是整个系统的主要不可逆性部件,而锅炉中燃料燃烧反应以及工质和烟气的大温差传热是造成损的主要原因.整个动力循环的效率为51.88%,说明通过系统优化设计,提高整个系统效率仍有很大空间. 图2给出了热力系统中3个主要单元损随环境温度的变化情况.由图2可知:随着环境温度的升高,锅炉单元的损增大,汽轮机单元的损略有增大,而凝汽器单元的损减少,在278.15 K时凝汽器单元的损为56.85 MW,而在308.15 K时其损仅为25.02 MW.无论何种环境温度下,锅炉都是最大的损源.

表5 TCR工况下热力系统各节点的热力学参数Tab.5 Thermodynamic parameters of each node in thermal system under rated working condition

表6 TCR工况下电厂各单元的 损及 效率Tab.6 Exergy loss and efficiency of each unit in the power plant under rated working condition

表6 TCR工况下电厂各单元的 损及 效率Tab.6 Exergy loss and efficiency of each unit in the power plant under rated working condition

images/BZ_90_334_352_367_384.png损/MW 相对百分比/%images/BZ_90_828_352_861_384.png效率/%锅炉 188.12 64.78 67.79汽轮机 53.86 18.55 90.39凝汽器 37.76 13.00 3.04冷凝泵 1.27 0.44 27.67低压加热器4 0.81 0.28 80.88低压加热器3 0.86 0.29 88.52低压加热器2 0.36 0.12 96.50低压加热器1 0.86 0.29 94.94除氧器 1.24 0.43 96.48给水泵 1.28 0.44 83.14高压加热器3 1.52 0.52 97.61高压加热器2 1.39 0.48 98.40高压加热器1 1.07 0.37 98.98总动力循环 290.39 100.00 51.88

图2 三个主要单元损随环境温度的变化Fig.2 Variations of exergy loss of three major components with environmental temperature

图3 三个主要单元效率随环境温度的变化Fig.3 Variations of exergy efficiency of three majorcomponents with environmental temperature

图4 不同工况下一个动力循环的热效率和 效率Fig.4 Thermal and ex ergy efficiencies of a power cycle at different working conditions

4 结 论

(1)通过对小龙潭火力发电厂300 MW热力系统的能量和分析表明:凝汽器是热量损失的最大单元,输入热量的51.57%散失到周围环境.锅炉单元热量损失为6.64%,汽轮机单元为2.56%,其他单元为1.24%.循环热效率为37.99%.

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