电厂汽轮机运行参数与煤耗关系分析

董尚军

摘 要：目前，火电仍是我国电力生产的主要方式，煤耗就成为影响电力生产经济效益的重要因素，因为燃煤成本大约占发电成本的60%。降低发电煤耗，提高能源利用率，不仅提高了发电厂的经济效益，而且节能减排有利于环境和可持续发展，所以研究降低煤耗的措施具有重要的意义。影响煤耗的因素除了煤质和锅炉运行工况以外，还与汽轮机运行状态有关，因此本文对汽轮机运行参数与煤耗关系进行了分析。

关键词：汽轮机；运行参数；煤耗；关系；火电厂

一、研究汽轮机运行参数与煤耗关系的方法

目前，研究汽轮机运行参数与煤耗关系的方法[1]主要有以下这些：

1.常规热平衡法

该方法逻辑清晰，易于理解，但在逐级求解加热器从高压到低压抽气量的热平衡方程非常复杂，不易探求其内在规律，影响实际应用。

2.矩阵法

矩阵法实为在热平衡法建模基础上的二次建模，其数形结合的思想适于计算机编程，但用于汽轮机运行参数与煤耗关系的研究，方法还不够成熟。

3.火用分析法

火用分析法也称为?分析法。?表示单位质量的物质包含的热量可用性。?分析的理论基础是热力学第二定律，即孤立系统中的熵增原理。由于求解过程涉及高阶矩阵求逆，方法较为复杂，所以实际应用受限。

4.循环函数法

该方法将复杂的热力系统分为主循环及若干并列的辅助循环，然后分别计算主、辅循环的热经济指标，计算机计算量大为减少，但热力系统调整时端差的计算比较麻烦。

5.等效焓降法

这种方法实为定流量分析方法，由于不需要全盘重新计算就能探明系统变化的经济性，可以方便地算出系统局部变化对整机系统的影响，因而实用性很强。

通过上面分析不难看出，采用等效焓降法分析汽轮机运行参数与煤耗关系是较好的选择。

二、汽轮机运行参数与煤耗关系的计算模型与煤耗偏差分析

1.煤耗偏差计算模型

热力设备运行参数偏离目标的相对变化值和绝对变化值可用以下关系表达：

（1）

（2）

式（1）、（2）中，[?bb]i表示某一运行参数偏离基准值所引起的标准煤耗的绝对变化量，单位是g/（kW·h）；bb表示发电标准煤耗率，单位也是g/（kW·h）；[δη]i表示某一运行参数偏离基准值所引起的某分效率的相对变化量，单位是%；[δq]i表示某一运行参数偏离目标值所引起的热耗率相对变化率，单位是%；式（1）中的“-”表示标准煤耗与各分效率的关系是反比关系，也就是各分效率升高则标准煤耗降低；式（2）没有“-”，说明标准煤耗与热耗率的关系是正比关系，即热耗率提高，标准煤耗也升高。

2. 给水温度变化引起的煤耗偏差[2]

汽轮机排气压力变化及各级加热器性能变化都会使锅炉给水温度发生变化。给水温度下降，其给水比焓也降低，致使蒸汽循环吸热量增加，进而汽轮机内效率减少，而标准煤耗升高。锅炉给水温度变化偏离基准值对机组经济性的影响可用式（3）表示：

（3）

式（3）中，?q表示给水温度变化引起的经济性变化量；d'表示新蒸汽的汽耗率，单位为kg/（kW·h）；q0'表示新蒸汽比热耗实际值，单位是kJ/（kW·h）；d表示新蒸汽的汽耗率基准值，单位同d'；q0表示新蒸汽的比热耗基准值，单位同q0。

锅炉给水温度变化偏离基准值对汽轮机热耗率相对变化为：

（4）

再据式（2），取，可得锅炉给水温度变化偏离基准值对机组煤耗量变化关系如下：

（5）

3.主蒸汽压力变化引起的煤耗偏差

主蒸汽温度不变，而其压力下降，汽轮机内的蒸汽放热量将减少，整机理想焓降下降，机组经济性也随之降低。汽轮机运行过程中，主蒸汽压力从p1变化到p1'，高压缸理想状态下实际焓由h1'变化到h2'，基准焓值由h1变化到h2，机组比焓降变化量为：

（6）

汽轮机相对内在效率可表示为：

（7）

整个机组热效率变化量用下式表示：

（8）

式（8）中，表示主蒸汽压力变化前的机组效率。取，再据式（1）可得到主蒸汽压力变化引起机组煤耗偏差为：

（9）

4.主蒸汽温度变化引起的煤耗偏差

主蒸汽压力及其他运行参数不变，假如主蒸汽温度下降，则高压缸理想焓也下降，由于排汽湿度提高，机组内在效率也随之下降，因而功率也降低。主蒸汽温度由t变化到t'，汽轮机做功损失量为：

（10）

式（10）与式（6）形式相同，但意义并不相同。采用与2.3节同样的方法，可导出主蒸汽温度变化引起的煤耗偏差关系如下：

（11）

5.再热蒸汽压力变化引起的煤耗偏差

不同于高压的主蒸汽，由于再热蒸汽压力低，其单位压降做功损失比主蒸汽大得多，所以对机组经济性的影响绝对不能忽视。然而，再热蒸汽压力变化引起的煤耗偏差关系式相同：

（12）

6. 再热蒸汽温度变化引起的煤耗偏差

再热蒸汽温度变化的影响性质类似主蒸汽温度变化，所引起的煤耗偏差关系形式相同：

（13）

7. 排汽壓力变化引起的煤耗偏差

排汽压力变化对汽轮机做功有影响，一是排汽焓改變引起机组有效焓降做功量变化；二是引起凝结水温度变化，进而影响低压加热器抽汽量变化，并最终影响做功量。排汽压力变化引起的煤耗偏差关系式也与前几节的形式相同：

（14）

8.汽轮机运行参数综合变化引起的煤耗偏差

当汽轮机多个运行参数同时发生改变并引起煤耗偏差，可以将各个运行参数的影响进行累加：

（15）

当锅炉给水温度没有偏离基准值时，第一项bbδq为0。n表示所有运行参数的个数。

9.汽轮机运行参数与煤耗关系实例

某300MW火电机组运行参数与煤耗关系计算结果见表1。

总之，节能减排已成为我国经济发展的重要战略目标，作为耗煤大户的火电厂也有责任和义务承担起节能减排的重任。本文研究结果表明，汽轮机运行参数与煤耗之间存在着密切的关系，通过优化和控制运行参数可以实现煤耗降低的目标，这为电厂运行人员合理调整汽轮机运行方式提供了有效依据，从而为电厂节能减排发挥了积极的作用。

参考文献：

[1]沙伟，薛云灿，刘瑞阳，等. 电厂汽轮机主要运行参数变化的煤耗分析[J].陕西电力，2014，42（10）：10-12，17.

[2]张国立，曹丽华，姜铁骝. 某火电厂运行热经济性诊断和节能潜力分析[J].东北电力大学学报，2009，29（4）：72-77.

（作者单位：广东粤电云河发电有限公司）