330 MW机组不同供热方式下的经济性分析

郑之民

(大唐鲁北发电有限责任公司， 山东滨州 251909)

节能减排是我国经济实现可持续发展的基本国策，对于发电行业，热电联产是实现国家节能减排的一项重要措施，利用大型亚临界、超临界或超超临界燃煤凝汽式再热机组的抽汽，替代周边低参数、高能耗、大污染的小型燃煤机组进行供热或供暖，既能提高大型燃煤机组的热能利用效率，又可有效降低污染排放、减少煤炭用量，进而推进资源节约型、环境友好型社会的建设[1-3]。

在热电联产企业中，广泛存在机组抽汽参数与用户需求参数不匹配问题，目前主要有抽汽减压减温供热、引射汇流供热、背压式汽轮机排汽供热等方式将抽出蒸汽匹配到用户需求参数，不同供热方式因转换原理不同对机组节能量及经济效益产生的影响不同。马魁元[4]基于热力试验方法对比分析了不同工况下再热热段抽汽供热与引射汇流供热的节能量，试验结果得出机组负荷在 230 MW 以上节约标准煤耗约 2 g/(kW·h)；刘东勇等[5]比较分析了纯凝机组打孔抽汽供热与背压式汽轮机排汽供热两种改造方案，认为背压式汽轮机排汽供热方案可以充分利用抽汽的高品位能量进行发电，实现能量的梯级利用，提高了能源利用效率，具有良好的经济性；赵盼龙等[6]提出在供热系统设计中引入背压式汽轮机代替原有的减温减压器， 回收具有一定压力的蒸汽直接用于发电或拖动引风机的技术方案，计算表明驱动引风机方案在锅炉低负荷工况下经济性欠佳，余压发电方案作为相对独立的发电系统具备一定的经济性。按供热抽汽的能级高低进行能量梯级利用，充分发挥热电联产的最大效能，是当前大型凝汽式汽轮机供热改造首要的研究方向[7]。

笔者以某330 MW电厂的3种供热方式改造为研究对象，利用等效热降法分别对再热热段抽汽供热、引射汇流供热、背压式汽轮机排汽供热3种供热方式的改造效益进行计算，并进行对比分析。

1 供热方式

1.1 3种供热方式的系统接入形式

该电厂为满足工业园区内工业用汽需求计划进行供热改造，供热用户需要质量流量为100 t/h、压力为1 MPa、温度为220 ℃的蒸汽。方式1为再热热段抽汽供热，从再热热段管道打孔引出抽汽，抽汽经减温、减压后供热；方式2为引射汇流供热，从机组再热冷段管道处打孔引出抽汽，将再热冷段抽汽作为驱动引射汇流装置的用汽，从机组五段抽汽管道打孔引出抽汽至引射汇流装置，混合汽与少量减温水混合后达到供热参数；方式3为背压式汽轮机排汽供热，从机组再热热段管道处打孔引出抽汽以驱动背压式汽轮机，发电并入厂用电系统，背压式汽轮机排汽经减温后并入供热母管。

3种供热方式的管道可以相互备用并入同一供热母管(见图1)，各抽汽管道应设置电动阀、逆止阀、疏水阀、安全阀等部件，并设置流量计量装置以监视统计供热系统的流量，减温水来自化学除盐水并经增压后喷入。

图1 3种供热方式的系统接入形式

1.2 供热系统参数

机组负荷为250 MW(75%负荷)时，在供热抽汽质量流量为100 t/h的条件下，3种供热方式的运行参数见表1，其中：背压式汽轮机设计排汽温度为430 ℃，机电效率为0.94，发电功率为5 MW。

表1 不同供热方式下的运行参数

2 经济性计算及分析

2.1 等效热降法节能量计算

等效热降法是 20 世纪 70 年代发展起来的热工理论，是分析、计算和研究热力系统的一种实用性方法。等效热降法既可用于整体热力系统的计算，也可用于热力系统的局部定量计算[8]。将等效热降法理论与现场实际应用相结合，为火电厂热力系统的经济性诊断、节能改造项目效益评估、运行指标分析等提供了一种计算方法，可作为项目可行性研究时经济性方面的分析手段。以3种供热方式的运行数据为基础，在机组设计工况下，分别计算其对机组能效的影响，根据等效热降法计算机组做功变化量ΔH、循环吸热变化量ΔQ和经济性指标变化量δη。

再热热段抽汽对ΔH和ΔQ影响的计算公式为：

(1)

式中：αzr为再热热段抽汽经再热器的质量流量分数；hzr为再热热段蒸汽比焓，kJ/kg；hp为汽轮机排汽比焓，kJ/kg。

再热冷段抽汽对ΔH和ΔQ影响的计算公式为：

(2)

式中：αzl为再热冷段抽汽经再热器的质量流量分数；hzl为再热冷段蒸汽比焓，kJ/kg；Qz为蒸汽经过再热器的吸热量，kJ/kg。

五段抽汽对ΔH和ΔQ影响的计算公式为：

(3)

式中：α5为五段抽汽质量流量分数；h5为五段抽汽比焓，kJ/kg。

机组再热减温水取自给水泵中间抽头，再热减温水对ΔH和ΔQ影响的计算公式为：

(4)

式中：αzj为再热减温水经再热器的质量流量分数；h0为新蒸汽比焓，kJ/kg；m为除氧器所在加热器编号；z为加热器总级数；τr为r级加热器水侧焓升，kJ/kg；ηr为r级抽汽效率；c为抽汽是再热冷段时的加热器编号；Δαr为排挤的r级抽汽通过再热器变化的质量流量分数；ΔQzr,r为排挤的r级抽汽在再热器的吸热变化量，kJ/kg。

再热热段抽汽、再热冷段抽汽、五段抽汽及再热减温水对δη影响的计算公式为：

δη=(ΔH-ΔQ·ηT)/(δH+ΔH)

(5)

式中：δH为新蒸汽等效热降，kJ/kg；ηT为汽轮机效率。

背压式汽轮机发电对δη影响的计算公式为：

δη=P/W

(6)

式中：P为背压式汽轮机功率，MW；W为汽轮机功率，MW。

表2为不同供热方式的等效热降法相关指标(Δbg为标准煤耗的变化量)。由表2可得：当分别采用供热方式1、2、3，机组标准煤耗分别变化了42.05 g/(kW·h)、36.41 g/(kW·h)、38.91 g/(kW·h)。供热方式1最不经济，供热方式2的节能量最大，供热方式3居中。

表2 等效热降法相关指标

2.2 经济性计算

机组负荷为250 MW、供热蒸汽质量流量为100 t/h时，按照标准煤价格为650元/t，上网价格为0.4元/(kW·h)，且在供热方式1下发电边际利润为0.1元/(kW·h)进行计算，以供热方式1为基准，分别得到3种供热方式下的机组各项经济性指标(见表3)。

表3 经济效益计算数据

由表3可以得出：供热方式2较供热方式1全年节约标准煤12 352 t，增加经济效益803万元；供热方式3较供热方式1全年节约标准煤6 877 t，增加经济效益447万元，另一方面背压式汽轮机增加了上网电量，增加经济效益403万元，共增加经济效益850万元。供热方式3较供热方式1节能量低但增加了上网电量，在煤价低、电价高时具有经济优势，但其改造投资比供热方式2高，是否改造需要参考电厂实际煤价、电价等进行考虑。

3 结语

(1) 通过等效热降法对3种供热方式进行了计算，得到引射汇流供热方式节能量最大，再热热段抽汽供热方式节能量最小，背压式汽轮机排汽供热方式节能量居中。

(2) 在机组负荷为250 MW、供热蒸汽质量流量为100 t/h时，以再热热段抽汽供热方式为基准，引射汇流供热方式全年节约标准煤12 352 t、增加经济效益803万元，背压式汽轮机排汽供热方式全年节约标准煤6 877 t、增加经济效益850万元。

(3) 背压式汽轮机排汽供热方式较引射汇流供热方式节能量低但增加了上网电量，在煤价低、电价高时具有经济优势，但其改造投资比引射汇流供热方式高，具体是否改造应综合考虑多方面因素。