关于小型采暖背压机组热化系数适用范围

徐明才，王广宏，周 欢

(1.黑龙江省能源研究所 哈尔滨 150001;2.黑龙江省节能技术服务中心 哈尔滨 150001)

黑龙江地处严寒地区，采暖期天数从167～225 d，采暖小时数均超过4000 h，利用小型供暖背压式热电联产机组解决冬季采暖问题，可以获得较好的经济和节能效益。依据热负荷如何配置背压式热电联产机组是热电联产业界关注度较高的话题，以往的重点只是经济和节能效益负荷效果的最大值(在《小型火力发电厂设计规范》条文说明中，对热化系数确定原则引用的是原东北电力学院研究结论，热化系数最优值范围为0.51～0.83，这是指众多采样点的汇集，不是本文研讨的一个采样点的可选范围)，没有将系统作为动态过程来研究，现时的热电联产供热体系总是随着社会经济的发展而带来的热负荷发展而变化，体系中重要的组成部分热电联产机组有其自身特点(投资大、建设周期长)在较短的周期内不宜变化，因而促使人们去研究热化系数的范围适用性问题，以使机组配置在一个阶段中保持合理的经济效益和节能效益。本文力图通过对各影响因素的分析，以简单的图解方法，寻找某一特定地点适合建设条件的机组配置形式下的热化系数适用范围。

1 研究模型设计

鉴于目前县级城镇人口规模在6～20万人之间(可供采暖建筑面积在200×104m2～650×104m2)，故拟通过针对10万人口(可供采暖建筑面积330×104m2)的中等规模城镇采暖供热为基础(设计状况热化系数0.6)，扩展比较规模为6～20万人，以配置2×B12－4.9/0.294+3×75 t/h背压热电联产机组为基本热源，辅以调峰热水锅炉形成的供热体系，以此为基础进行热负荷的调整，在投资、节能和经济运行等诸方面观察受影响的敏感度，进而得出热化系数的适合范围。为分析方便假设热电联产机组规模不变，上下调整热负荷和与之相配的热水锅炉组合，形成期望的系统热化系数，机组热化系数的增减幅度为以5%递增(绝对值0.05)。极限状况，全部为热水锅炉供热(7×58 MW)655.5×104m2(设计状况热化系数0.0)，全部为机组供热(2×B12)196.6 ×104m2(设计状况热化系数1.0)，机组参与时起始热化系数定为0.3(主要考虑本地区采暖期初始热负荷占比一般为30%左右，机组可以在采暖期满负荷运行)。比较元素采用单位供热能力(MW)下的利润总额和节能量价值。

2 基本计算参数

(1)研究区域:选择黑龙江地区具有代表性的区域北纬47°左右环境为事件演绎地，平均综合热指标值按现状60 W/m2计。

(2)采暖参数设定:采暖期天数185 d，采暖室外计算温度－26℃，采暖期室外平均温度－9.5℃。

(3)供热形式及参数:假定热网为间供网，一级热网供回水温度130℃/70℃。

(4)原材料及产品价格:煤价4500 kacl/kg，500元/t，合标煤价777.78元/tce;热价使用面积40.35 元/m2，建筑面积27.83 元/m2(平均建筑系数按1.45 计)，折 46 元/GJ(0.6GJ/m2);锅炉房购电价 0.8元/kWh;购水价 0.3元/t;售电价0.38 元/kWh。

(5)估算及经济评价:背压机造价8000元/kW，热水锅炉造价60万元/MW;发电材料费5元/MWh，供热材料费1元/GJ;人员工资30000元/人·年;大修费2.5%;建设期一年。

3 设备选择及计算方法

3.1 设备选择

热电联产机组按2×B12－4.9/0.294+3×75t/h不变配置，调峰热水炉则按五个档次7、14、28、46和58MW按热负荷需求合理搭配，联产机组设备参数见表1，调峰设备参数见表2。

表1 锅炉、汽轮机参数表

表2 热水锅炉参数表

3.2 计算方法

3.2.1 供热量计算

(1)热负荷延续曲线。利用统计公式计算不同室外气温tw下的延续时间H:

式中:H为延续时数;hi为采暖时数;tw为任意室外温度℃;t′w为采暖室外计算温度;b为采暖修正系数。

按公式(1)计算出不同室外气温tw下的延续小数H，按计算结果数据绘制各个对应热化系数的采暖热负荷延续曲线。全年供热量是由年热负荷延续曲线和坐标轴之间的面积决定的，也可由平均热负荷值乘以年供热时间。

(2)机组运行方式。

根据公式(1)绘制各个对应热化系数的采暖热负荷延续曲线，按机组供热能力及热水锅炉运行条件，绘制机组运行热负荷分配图，再按机组和调峰热水锅炉承担热负荷的比例计算各自的年供热量。

以热化系数α=0.65为例，根据优先运行背压机组，再运行热水锅炉的原则，取2×B12机组供热能力数值作一条平行坐标轴(H)的直线与年热负荷延续曲线相交，直线下部年热负荷延续曲线和坐标轴之间的面积是机组承担的采暖热负荷，直线上部年热负荷延续曲线和坐标轴之间的面积是热水锅炉承担的采暖热负荷。考虑到热水锅炉启动运行应承担热负荷，需对机炉承担热负荷进行修正，如图1所示，直线CD数值为单台热水锅炉运行承担最小热负荷，曲线BC与年热负荷延续曲线对应曲线平行。按修正后机组和热水锅炉承担热负荷区域面积计算各自的年供热量。

图1 采暖热负荷延续曲线

3.2.2 热经济指标计算

(1)年发电量。

按机组年供热量计算其热化发电量

符号及意义同《热电联产项目可行性研究技术规定》，以下同。实际计算中，可分别计算机组运行各工况的热化发电率，取加权平均值再计算Pr。

年供电量:

式中ξ为综合厂用电率，根据炉型和热化系数不同有所改变。

(2)发电标煤耗率与供热标煤耗率。

用汽轮发电机组运行平均热耗率计算机组年平均发电标煤耗率:

年平均供热标煤耗率:

(3)耗煤量。

年耗标煤量:

(4)全厂热效率。

年平均全厂热效率:

3.2.3 经济评价

依系统计算的发电量、供电量、供电标煤耗、供热标煤耗和总耗煤量等数据，按国家发改委颁布的《建设项目经济评价方法与参数》(第三版)，计算经济方面的有关投资强度和利润总额等参数。

3.2.4 节能量计算

(1)比较基线。

根据近年统计数据，节能量计算比较基线选择机组发电平均标煤耗率0.325 kg/kWh，供热锅炉生产单位吉焦的标准煤耗率取46.42 kg/GJ(此数据不含电耗，仅考虑锅炉运行热效率)。

(2)节能计算。

年节能量:

4 机组配置研究

4.1 研究对象及条件

以所拟供热体系模型和基本计算参数为基础，拟定燃料价格变化区间为基准价格的150%～50%(在经济评价中燃料价格变化对评价指标影响较敏感，也是市场影响最大的因素)，热负荷变化范围393.30～117.99 MW，对应热化系数为0.3～1.0，采用单位供热负荷利润总额(投资)价值、节能价值和综合价值三项指标，研究机炉配置所对应的最佳热化系数区间。

4.2 三项指标变化状态

按研究模型及计算参数，绘制热化系数与价值关系图，如图2～图7所示。

利润总额(投资)价值变化状态。燃料价格在基准价格的118.5% ～150%状况下，利润总额(投资)价值在热化系数0.3～1.0区间均为负值，在50%～110%状况下均为正值。在每个燃料价格状态下，利润总额(投资)价值均随热化系数的提高而下降，整个燃料价格变化区间，利润总额(投资)价值随燃料价格的降低而升高。

节能价值变化状态。燃料价格在基准价格的50% ～150%整个区间，节能价值在热化系数0.3～1.0区间均为正值，且随热化系数的提高而增加;但随燃料价格的降低，节能价值也随之下降。

综合价值变化状态。燃料价格在基准价格的150%状况下，综合价值在热化系数0.3～1.0区间基本为零值，在118.5% ～50%区间均为正值。在每个燃料价格状态下，综合价值在热化系数0.3 ～0.4区间呈上升趋势，0.4 ～0.85 区间呈平稳趋势，0.85～1.0区间呈下降趋势。整个燃料价格变化区间，综合价值随燃料价格的降低而升高。

4.3 机炉配置研究分析

从上述利润总额(投资)价值、节能价值和综合价值三项指标变化状态可知，不同价值的变化随热化系数变化的趋势是不同的，反映出不同的机炉配置所产生的价值效果是不同的。本文从利润总额(投资)价值、节能价值和综合价值三项指标来研究分析经济合理的机炉配置。

利润总额(投资)价值随热化系数的提高而下降，即热化系数越低，投资效益越好。若从投资利益角度考虑，应以低热化系数进行机炉配置，选择小规模背压机组，配备大容量调峰热水锅炉，减少投资，提高利润效益。从燃料价格和利润总额(投资)价值变化趋势来看，燃料价格越低，利润总额(投资)价值越高。

节能价值随热化系数的提高而增加，即热化系数越高，节能效益越好。若从节能利益角度考虑，应以高热化系数进行机炉配置，选择大规模背压机组，配备小容量调峰热水锅炉，提高发电机组供热比重，增加节能效益。从燃料价格和节能价值变化趋势来看，燃料价格越低，节能价值越低。

综合价值是考虑了利润总额(投资)价值和节能价值两个因素的综合指标，体现了不同机炉配置下供热系统整体经济性。热化系数在0.4～0.85区间综合价值基本无显著变化，其他区间均为下降态势，故热化系数在0.4～0.85区间综合价值变化较小，处于较高值域。由此看来机炉配置应使热化系数在0.4～0.85区间最为合理，综合效益最高。从燃料价格和综合价值变化趋势来看，燃料价格越低，综合价值越高。

经研究分析可知，机炉配置在满足热化系数0.4～0.85综合效益最优区间内，可根据燃料价格有所侧重，若燃料价格较低可侧重投资效益，趋近低热化系数进行机炉配置。若燃料价格较高可侧重节能效益，趋近高热化系数进行机炉配置。

机炉配置在满足最佳热化系数0.4～0.85区间前提下，还应考虑热负荷的发展。本文认为，初期建设可按高端热化系数进行机炉配置，随着热负荷的增加逐步辅以调峰热水锅炉，达到满足热负荷需求，此过程热化系数也随之降低，这样机炉配置可选择较大容量、较高参数机组，能源综合利用效率高，并使供热系统在热化系数0.4～0.85最优区间运行期长，综合效益好。若初期建设就按较低热化系数进行机炉配置，随着热负荷的增加将不断扩建机组，这样机炉配置容量小、参数低，设备台数多，布置混乱，能源综合利用效率低。

5 结论

热电联产状态下综合经济效益在某一区段随热化系数变化反应迟缓，虽然不同的热价反应迟缓区段有些差异，但可以看到适宜的热化系数是一个范围，而不是一个点。因此在热化系数选择的时候，应考虑两方面因素，其一是依据期望值投资效益或节能效益去判断确定热化系数，其二是过程适用值在一定时间段内保持较高的综合效益，为热电联产供热系统热化系数的选择拓展了较大的空间。

［1］热电联产项目可行性研究技术规定，2001.

［2］小型火力发电厂设计规范，GB 50049－94.

［3］城镇供热管网设计规范，CJJ 34－2010.

［4］俞谢琼.多点温度测量系统及其在建筑方面的应用［J］.森林工程，2007，23(2):25 －27.

［5］王涛，王玉芬.住宅建筑中有利于现代居住模式的中介空间设计［J］.森林工程，2007，23(4):73 －76.