335MW热电机组供热参数与经济性分析

（邹县发电厂热力公司,山东 邹城 273500）

335MW热电机组供热参数与经济性分析

杨 瑞

（邹县发电厂热力公司,山东 邹城 273500）

对335MW供热机组首站、一级热网、二级热网供热参数的变化与热网供热经济性进行了详细分析，证实了供热参数的变化可对热网经济性产生很大影响，为合理调控热网供热参数、保障热网经济运行提供了依据。

首站；供热；泵效；水泵轴功率；经济性

一、概述

邹县发电厂供热用汽轮机为335MW亚临界、中间再热、四缸、四排汽、冲动凝汽式机组。电厂自2010年3月起开始对一期1#、2#机组进行供热改造，将2台汽轮机中压缸的排气经导管引到热网首站，通过首站3台热网加热器将热能交换给一级热网循环水。通过两台电动循环水泵建立一级热网高温水循环，将设计温度为130℃的高温热水输送到各换热站，再经各二级换热站完成二级热网热量的交换，最终将热能送到各个用户。一期集中供热工程已完成供热覆盖面积400万m2，热力主管网铺设72km，建设换热站46座，2010年11月15日起正式向邹城市城区供热，实现了当年设计、当年施工、当年供热目标。

二、首站供热设计参数

首站设计机组抽汽压力为0．35MPa，抽汽温度为236．6℃，单台335MW机组改造后最大抽汽量350t/h。

汽轮机组对外供热量计算：

式中： Dh—用于供热的蒸汽的抽汽量，kg/h；

hh—供热抽气的焓值，kJ/kg；

hhi—抽汽凝结水的焓值，kJ/ kg。

汽轮机组发电热耗率计算：

式中： ηgl—锅炉效率，%；

ηgd—管道效率，%；

D0—机组新蒸汽流，kg/s。

经计算，得出首站供热参数变化对机组发电热耗率影响如表1所示。

表1 首站供热参数变化对机组发电热耗率影响

从表1可以看出，提高可调整抽汽凝汽式发电供热机组的热化发电量的比重、减少凝汽发电量，是提高机组热电联产效益的关键所在。

三、热网供热设计参数

一次网设计供、回水温度130℃、70℃，供、回水压力1．6MPa、1．0MPa，经区域换热站完成换热。二级网根据热用户的采暖方式的不同，供、回水温度设计为挂暖80℃、60℃；地暖60℃、50℃。

一次网循环水压力的高低直接影响系统的经济性，其数值选择主要依据系统最不利点来选取，避免压力过高带来的能源的浪费，同时避免压力过低，影响系统的有效循环，一次网循环水供水压力确定后，就不必做大更改。

根据设备情况，热网系统的二次网循环水供水压力选择0．9MPa，回水压力为0．5MPa；供水温度60℃，回水温度为50℃。一次网受补水及部分回水管路上部件承压的影响，循环水供水压力最高仅1．1MPa，回水压力为0．4MPa。上述参数作为本次热网经济性分析的基础。

为利于热网经济性分析，简化系统，提高分析效率，将46座换热站拟合为1个换热站模型，把一、二级网整合为如图1所示热力系统。

图1 热网流程简

四、热网运行现状

目前，一次网运行参数远低于设计值，供水压力仅可达到1．1 MPa，供水温度最高仅95℃，回水压力0．4MPa，回水温度65℃，系统流量最高达4 800m3/h，然热网末端用户供热量仍呈现不足；二次网运行参数也低于设计值，供水温度最高仅60℃，回水温度50℃。

五、供热压力、温度升高对热网经济性的影响

1．一次网经济性分析

企业实际供热面积约300万m2，根据山东本地房屋条件，住户的供热功率约46W/m2。因此，300万m2的所需功率约为138MW，估计每天供热量约为1．2万GJ，供热系统显示每天供热量约为1．3万GJ。

(1)一次网流量分析

依据系统显示参数所对应的耗热量，即以供水压力0．94MPa、温度94℃，回水压力0．36MPa、温度65℃为原始计算依据，选取不同的供、回水温度，在供热量相同的条件下分别计算该参数下对应的一次网循环水流量。

式中： G—循环水泵流量，kg/s；

T1—循环水回水温度，℃；

T2—循环水供水温度，℃；

Cp—循环水的平均定压比热，kJ/kg。

依据上述公式分别计算不同参数下，一次网循环水流量相关数据如表2所示。

表2 等供热量条件下的各供热参数对比

据表2可知，一次网供热参数的提高对循环水量的影响巨大。1．06MPa、94℃供热参数下的流量是1．1MPa、130℃条件下流量的1．8倍。

(2)一次网水泵效率及轴功率分析

为分析水泵效率随流量变化的特性，避免采用查图法查找效率数据所造成的误差，将水泵特性曲线（图2）拟合为数学模型，利用准确的数学计算来落实水泵效率，从而保证水泵轴功率数据的准确性。

图2 水泵效率等曲线

水泵流量—效率拟合数学模型：

η= 3．85919044081828E-04+5．5560151676912E-04Q-8．87082079888839E-08Q2

式中： Q—循环水体积流量，m3/h；

η—水泵效率。

水泵轴功率计算公式：

P=γQH/η

式中： γ—循环水的重度，N/m3；

H—水泵扬程，m。

将表2内对应的流量数据代入水泵流量—效率拟合数学模型，计算出水泵效率，然后计算出水泵所需轴功率，如表3所示。

由表3可知，供热参数的提高可显著降低一次网循环水泵的轴功率，参数提高后可有效地将水泵轴功率降至原功率的40%，节能潜力巨大。

因此，一次网供热参数的提高是降低供热成本的重要影响因素，参数提高节能效果显著。

2．二次网经济性分析

(1)二次网调节理论及流量分析

在热网系统稳定工况下，二级热网采用质调节，供热量、散热器散热量与建筑物耗热量相等的前提条件下，对二次网供、回水温度理论值经公式推导得出如下结论：系统供、回水的平均温度与二次网流量无关，也就是说系统在不同流量情况下均可满足用户预期室温。 在系统供热量一定的前提下，系统流量越大，供水温度越低，回水温度越高；系统流量越小，供水温度越高，回水温度越低，供、回水温差越大。上述结论对于正确指导运行调节有特别重要的意义。

根据公式计算二次网流量比随供、回水温度数据变化如表4所示。

表4 二次网流量随供、回水参数变化

因此，可根据推导出的二次网供热温度数据，选取适当的二次网供、回水温度，进而有效地降低二次网循环水泵的流量，达到二次网节能的目的。

(2)二次网流量焓降分析法

根据能量平衡原理，供热量与用户消耗热量近似相等，所以二次网的消耗热量可以用一次网热量作为分析参考数据。利用焓降分析方法计算二次网流量，即二次网的热量=循环水焓降值×循环水质量流量。

以1．06MPa、94℃供热参数下的板式换热器的数据为原始分析数据，在二次网消耗热量不变（按照室外温度较低时一天热量13 380GJ作为参考），假设水泵效率不变（水泵超流量程情况下，随着水泵实际流量降低，水泵的效率反而会提高）、水泵扬程不变的条件下，计算二次网不同供热参数下的循环水泵流量数据表（表5）。

因此，二次网供热参数的提高，温差的加大可以有效降低循环水流量。若依据设计参数调整，循环水流量可降低至原流量的一半。

(3)二次网水泵效率及轴功率定性分析

由于各换热站水泵型号不同，因而流量-效率曲线不同，因此对二次网水泵轴功率仅进行定性分析。随着二次网流量的降低，水泵的轴功率也要下降；若二次网供热参数采用设计温度，流量将会更低，对热网电耗影响巨大。

3．热网参数变化导致系统能耗变化

依据上述对一、二次网流量及水泵轴功率数据分析，说明一次网、二次网供热参数的提高对热网运行经济性影响较大；目前热网运行方式节能潜力巨大，可进一步有效的降低一、二次网供热成本。

表5 二次网不同供热参数条件下的循环水流量

六、结语

供热首站的供热参数的选取直接影响供热机组的发电热耗率；一、二次网供热参数降低，将导致热网系统（一、二次网）的循环水流量增加、循环水泵轴功率增加即水泵电耗增加、热网系统供热成本增加。为使用户室温达标，必须在整个供暖期，随室外气温的变化，随时进行供水温度、流量的调节，以期实现按需供热。因此，依据数据分析，实时优化首站、一次网、二次网的供热参数系统，节能潜力巨大。

[1] 石兆玉．供热系统运行调节与控制[M]．清华大学出版社，1994．

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