影响热电厂热效率的因素及提高方法

2018-11-15大庆油田电力集团宏伟热电厂王明柱

电力设备管理 2018年10期

大庆油田电力集团宏伟热电厂王明柱

热电厂的总热效率反映了在电热生产过程中，所燃烧的总的燃料的能量与所产生的对外供电供热的总能量的比例关系。一般火力发电厂的总热效率在30%～40%左右[1]，而热电厂的热效率可达50%以上，所以国家大力提倡热电联产，来有效提高能源的利用率。

众所周知，火电厂有许多设备和系统，如锅炉及其燃烧系统，汽轮发电机及其回热系统，凝汽器及供水系统，各种辅机及管道阀门等。其中60%～70%的能量都在这些系统中损失了,能量损失最大的地方就是汽轮机凝汽器中的冷却水带走的热量—冷源损失。所以分析这些设备和系统对热效率的影响很有必要，然后进行科学合理的技术改进，来提高全厂热效率，达到节能降耗的目的。

1 热电厂的总热效率

热电厂的总热效率，或称热电厂的燃料利用系数反映了热电厂能量输出和输入的比例关系，是评价火力发电厂经济性好坏的综合指标。

式中ηtp——热电厂总热效率，%；W——热电厂年对外供电量，kWh／a；Qn——热电厂年对外供热量，t/a；ⅰn——热电厂对外供热工质焓，kj/kg；Br——热电厂年耗燃料量，kg／a；Qr——燃料应用基低位发热量，kJ/kg。

由于ηtp没考虑两种能量产品质的差别，用热量单位按等价能量相加，所以它表示热电厂所消耗燃料的有效利用程度[1～2]。从公式中可以看出，在所消耗燃料能量一定的情况下，对外供电、供热的总能量越多，全厂热效率越高。显然，内部消耗能量越少、损失越少，对外供热、供电能量就越多。

2 影响全厂热效率的主要因素分析

从上面的全厂热效率公式中可以看出，要想使热效率提高，就要千方百计地减少内部能量的消耗和各种损失，因此，主要从下面几方面分析。

2.1 汽轮机方面

汽轮机方面影响热效率的主要因素有汽轮机的冷源损失、回热系统投入率和凝汽器真空度等。

2.1.1 汽轮机的冷源损失

冷源损失是由于汽轮机排汽在凝汽器中向冷却水凝结放热而引起的，它是热力学第二定律所决定的、是凝汽机组不可避免的一项能量损失[3～4]，也是影响热效率最大的一项。

对于纯凝汽式机组，其排汽热量成为冷源损失，虽然机组发电量很大，但无对外供热，冷源损失很大，热效率较低；对背压式汽轮机，其排汽热量全部被利用，无冷源损失，其热效率最高。

对抽汽凝汽式机组，因抽汽量是可调节的，可随外界热负荷的变化而变化，当抽汽量达到额定值时，排入凝汽器的蒸汽量较小，此时机组热效率较高；当外界无热负荷时，相当于纯凝汽机组，此时机组热效率甚至比同容量的凝汽机组还差[2]。

2.1.2 回热系统投入率

回热循环是利用汽轮机发过部分电后的抽汽来加热给水和凝结水，回热循环不但减少了汽轮机的排汽量，使冷源损失减小，而且利用抽汽对给水加热的换热温差要比在锅炉中利用烟气加热时的温差小得多，因而减小了给水加热过程的不可逆损失，提高了电厂的热经济性[5]。

2.1.3 凝汽器真空度

凝汽器是将汽轮机的排汽冷却凝结成水，形成高度真空，使进入汽轮机蒸汽能膨胀到低于大气压力而多做功[3]。冷源损失与凝汽器真空度成反比，与排汽温度成正比。凝汽器真空度越高，汽轮机排汽压力越低，排汽温度也越低，蒸汽在汽机内部有效焓降越大，冷源损失就越小。

2.2 锅炉方面

锅炉方面影响热效率的因素主要有锅炉的负荷、燃烧热损失和排烟热损失等。

2.2.1 锅炉的经济负荷

锅炉的经济负荷一般在锅炉额定负荷的80%～90%范围内[6]，如图2锅炉负荷与锅炉效率关系曲线图：

图2 锅炉负荷和锅炉效率关系曲线图

从锅炉负荷和锅炉效率关系曲线图可以看出，在80%～90%的锅炉负荷范围内，锅炉效率最高，这一负荷称作经济负荷。在经济负荷以下时，负荷增加，效率也增高；超过经济负荷，效率则随负荷的增加而下降。

2.2.2 燃烧热损失

燃烧损失和排烟损失是影响锅炉效率的最大因素。

燃烧损失存在于飞灰可燃物和炉渣可燃物之中，通常飞灰可燃物每增加1%，影响锅炉效率约0.4%，影响的程度还与煤质有关，煤的灰分每增加5%，对锅炉效率影响增加约0.3%、热值每降低1MJ/kg，对锅炉效率影响增加约0.07%[6～7]。

2.2.3 排烟热损失

排烟损失存在于排烟温度和排烟过量空气系数之中。排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6%～1.0%[3]，影响锅炉效率0.5～0.6%；排烟过量空气系数每增加0.1，对锅炉效率的影响要增加约0.03～0.04%[6～7]。

2.3 辅机方面

2.3.1 泵、风机等用电设备的耗电率

全厂有大小电动机七百多台，耗电量相当大，尤其是大功率用电设备，如给水泵、热网循环水泵、锅炉吸、送风机等。该厂有11台功率为1600KW的给水泵、11台710KW和6台2000KW的热网循环水泵，耗电量的多少直接影响到厂用电率，从而影响全厂的热效率。

2.4 其他方面

2.4.1 各种工质的漏泄

工质漏泄会引起全厂热效率降低。尤其是高温高压汽水管道上的疏水门的内、外漏。由于高温高压工质能级较高，一旦发生少量漏泄便会引起煤耗率上升，使热效率降低。

2.4.2 燃料的影响

燃料在火电厂生产过程中约占发电总成本的70%左右。因此，燃料管理是电厂成本管理的关键。该厂所燃用的煤种为褐煤，挥发份较高，易自燃。如果管理不好，将造成热值大量下降，从而影响全厂的总热效率。

2.5 某热电厂全厂热效率历史数据分析[9]

从某热电厂生产数据月报表中查取近三年每年的9月份至次年5月份生产期间全厂热效率绘图如图2，可以看出每年的冬季供热期11月到次年2月全厂的热效率最高，因为此阶段供热量最大，机组的抽汽量最大，且12月至2月#2机停机保供热，此时无#2机冷源损失，而且此阶段#3机组的真空度也最高，冷源损失最小，所以全厂热效率最高，可达到70%左右。机组在非供热期或抽汽量较少时，其冷源损失的能量远高于发电量，而此时的全厂热效率只有30%左右。

图3 某热电厂全厂热效率曲线图

3 提高全厂热效率的方法

3.1 从降低冷源损失方面考虑

就是想办法减低或消除冷源损失，以下是某热电厂采取的和欲采取的方法。

3.1.1 对热电联产系统进行优化运行

该热电厂装有五台锅炉、三台汽轮机，其中#1汽轮机为50MW背压机，#2机为50MW抽凝机、#3机为100MW抽凝机，该电厂的主蒸汽系统、高低压给水系统、供热系统和工业供汽系统均采用母管制连接。通过优化运行，尽量降低冷源损失和内耗。

对于抽凝机组，其最佳方法是尽可能多抽汽和提高回热系统的高、低加投入率，减少进入凝汽器的排汽量。进入供热期根据热负荷需求及时投入#1背压机运行，然后再投入抽凝机运行，抽凝机投入后将抽汽带至最大。

该厂节能小组通过对该厂热电联产系统主设备锅炉、汽轮机及附属设备等运行特性及不同负荷下的实际运行情况进行对比分析，对影响经济运行的因素、该厂历史运行数据进行分析，找出了该热电联产系统的最佳经济运行工况点，并据此对不同热负荷下最佳的经济运行方式进行了优化设计，形成作业指导书，用于指导生产运行[5]，该经济运行方案经过近三年的应用，效果良好。每年冬季大负荷期间全厂的热效率平均提高了1%左右。年节约原煤两万多吨，降耗400多万元。

3.1.2 保持汽轮机凝汽器最佳真空度，降低排汽温度

提高凝汽器真空方法有：增加凝汽器循环冷却水的流量、降低冷却水温度，增加真空系统的严密性，保持凝汽器冷却水管内、外管壁的清洁，减小凝汽器换热面的蒸汽负荷等。

3.1.3 将#2抽凝机改造为背压机，消除冷源损失

由于连年供热增容，目前该厂民用、工业用热在冬季供热高峰期已超出设计能力，为了保证民用采暖供热，在每年冬季供热高峰期#2抽凝机被迫停机不发电，新蒸汽通过减温减压器直接供给热网首站，造成高品质热能的巨大浪费；夏季由于该机组容量小、煤耗高，纯凝运行不经济，一般不运行。

若将#2机改造成背压机，消除了其冷源损失，该热电厂热电联产系统的能量分配将更趋合理，全厂综合热效率和经济性将显著提高。