某600MW超临界供热机组的热负荷折算方法及经济性分析

谭从平

摘  要：文章以C600/476-24.2/1.0/566/566型汽轮机和HG-1962/25.4-YM3型锅炉组成的超临界热电联产机组为对象，介绍了两种供热负荷折算成电负荷的方法，并分析了该类型机组的热经济性。

关键词：热电联产;负荷折算;经济性

中图分类号：TM621 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）31-0110-02

Abstract： Taking the supercritical heat and power cogeneration unit composed of C600/476-24.2/1.0/566/566 steam turbine and HG-1962/25.4-YM3 boiler as the object， two methods of converting heating load into electric load are introduced， and the thermal economy of this type of unit is analyzed.

Keywords： cogeneration; load conversion; economy

引言

热电联产机组就是对外既供电又供热的机组。鸿山热电两台600MW抽凝供热机组，汽轮机型号：C600/476-24.2/1.0/566/566。锅炉为超临界参数变压运行直流锅炉，型号为：HG-1962/25.4-YM3。单台机组额定低压供热参数：600t/h，1.0MPa（a），250℃;额定中压供热参数：127t/h，

2.8MPa（a），285℃。热电联产机组输出的能量包括蒸汽热能和电能，这两能的形式不同、特性也不同，需要将它们折算成同一种能量形式后才便于分析、计算、研究。

1 供热机组的热电负荷折算

1.1 理论依据

供热比αr：供热比表示对外供热占总锅炉产汽热量百分比，公式为：

供热量=不同供热参数的供汽量（吨数）*相对应温度和压力下的蒸汽焓值

热电联产机组在不对外供热的工况下即为纯凝机组，锅炉出口的蒸汽热量全部用于发电，此时供热比αr=0;当机组既供热又发电时，供热比αr在0～1之间。供热比的意义是热电厂供热量占全厂发电、供热总耗热量的份额，利用热量法将耗煤量对热、电进行分摊，以便分别计算出发电标准煤耗率和供热标准煤耗率及其单位成本。

热电联产的机组总负荷=发电负荷+供热负荷，电负荷即为发电机负荷（kW·h），热负荷的直观参数是供热流量（t/h）、压力（MPa）、溫度（℃）。一般我们在统计热量时用“GJ”统计计算单位，1GJ=27.78kW·h。显然，热、电负荷单位不统一，在进行数据分析时很不方便。

1.2 折算方法

目前来说，供热量的负荷折算主要有两种方法，一是热量法，二是试验测量曲线插值法。

1.2.1 热量法

（1）通过供热比αr分摊供热耗热量与发电耗热量。

（2）电负荷与发电分摊的耗热量算出供热情况下的发电热耗率。

（3）通过供热耗热量与发电热耗率将供热折算成电负荷。

这种方法忽略了热电负荷叠加后的实际损耗，计算出的结果可能比实际值较大。而且这种方法需要计算出供热焓值、锅炉总焓值，在日常工作中很不方便。所以这种方法多用于理论分析，实际生产中则很少采用。

1.2.2 试验插值法

以汽轮机入口蒸汽流量参数宏观折算发电负荷。比方说汽轮机入口蒸汽流量为1550t/h对应的纯凝工况下的发电负荷为550MW，那么在供热工况下，我们也认为此时的折算总负荷在550MW，如果发电负荷为450MW，那么中低压供热折算的负荷为100MW。在实际运行中，我们是通过试验不同的负荷工况求得供热蒸汽量与发电量的对应曲线关系。机组协调控制逻辑则根据这个曲线关系拟定了一种折算方法。如图1，其中，抽汽量为200t/h、300t/h、400t/h、500t/h的电负荷折算量是通过实际数据得到的，由于抽汽工况数据量较少，其余数据点为通过线性插值得到的折算关系。

图1是由试验参数模拟出来的折算曲线，显然，当抽汽参数发生了偏离时，比方说抽汽压力提高或降低、抽汽温度提高或降低，折算比率都会发生一定程度的变化。很多时候，在实际运行中的抽汽参数与试验时的抽汽参数也是不相同的。

中压供热抽汽的折算与低压供热的相似，稍微不同的就是折算比率不一样。如表1，根据不同的中低压抽汽流量折算的电负荷及总负荷。

一般地，为了简化统计和分析，我们将折算比折中取为某一固定值。所以，当我们知道了中、低压供热抽汽流量，就可以根据折算比很快计算出其相应的中、低压折算负荷，这很方便。

2 供热机组的经济性分析

2.1 热电联产机组的热效率高于同类型的纯凝机组

火电机组的理论根据是朗肯循环模型，同样遵卡诺循环理论，那么纯凝机组的循环效率是：η纯凝=1-T高/T低，式中的温度均为平均温度。

由于对外供出的热蒸汽已经在汽轮机高中压缸做了功，既有效利用了蒸汽的高品质能量，又将较低品质的蒸汽或者热能供给热用户，供热部分的蒸汽热能实现了零损失的价值利用，大大提高了机组的整个热循环效率。根据卡诺循环的原理，相对于纯凝机组，热电机组减少了排入凝汽器的蒸汽量，从而减少了冷源损失，相当于提高了平均初参数，从而提高了机组的循环效率。提高循环效率就相当于提高了机组的经济指标，如煤耗指标。供热机组的热循环效率则包括可以通过以下公式计算：η供热=（1-T高/T低）*（1-αr）+1*αr，式中“1”表示供热的效率，因为产出的热全部被利用，效率可以看作式1。那么，η供热-η纯凝=（1-T高/T低）*（1-αr）+1*αr-（1-T高/T低）=T高/T低*αr>0。由此，我们从理论上论证了热电联产机组的热经济性是高于同类型的纯凝机组的。而且显然，供热比αr越大，机组的热经济性越好。

2.2 不同供热参数对热电联产机组的热经济型有一定的影响

以鸿山热电厂的抽汽供热折算方法分析。额定供热参数P=1.0MPa（a）、T=250℃，供热比焓h=2943kJ/kg。这个设计参数在供热品质上是有一定的余量的，实际运行时要求供热压力0.85～0.95MPa（g），温度230℃～250℃。若发电负荷为420MW，低压供热抽汽量为300t/h时，发电煤耗为280g/kW·h。

当供热参数为P=0.85MPa（g）、T=230℃时，即供热比焓h=2900kJ/kg，煤耗减少了多少？

300t/h供热蒸汽节省的总热量折算成电负荷为：

Q=（2943-2900）*300*1000/3600=3583.33kW·h

那么减少的煤耗：

3583.33÷420000*280=2.39g/kW·h

折算成百分比：

2.39/280*100%=0.85%

可以看出，就是对于相同的供热抽汽量，通过调整供热参数也对机组的热经济性有很明显的影响。

3 结论

为了解决热电联产机组中在分析、计算、研究的便利性，本文介绍了两种将供热负荷折算成电负荷的方法，分别对应热电机组的理论研究和实践生产运行。

本文还分析了热电联产机组的热经济性以及不同供热抽汽参数对热经济性的影响。随着新能源的兴起和大力发展，火力发电企业的生存环境受到了严峻的挑战，迫切需要增强其在行业内的竞争力。热电联产机组的热经济性高于同类型的纯凝机组，对于节能降耗和增强行业竞争力有着积极意义。不同参数的经济性分析对热电联产机组如何提高机组循环热效率提供了实践指导思路。

参考文献：

[1]福能鸿山热电有限责任公司集控运行规程[S].2018.

[2]沈维道，童钧耕.工程热力学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2016.

[3]叶涛.热力发电厂（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4]刘志真，邱丽霞.热电联产[M].北京：中国电力出版社，2018.