某660 MW纯凝机组抽汽供热改造的热经济性分析

黄泳清 郭民臣

摘 要：本文以某660MW凝汽式汽轮机组为研究对象，使用MATLAB工具和热平衡法对其抽汽供热改造方案进行了理论分析。同时，计算了压缸排汽抽汽供热工况、冷再热蒸汽抽汽供热工况、热再热蒸汽抽汽供热工况下机组的发电功率、热耗率、煤耗率等热经济性指标，并进行对比。

关键词：热电联产;抽汽供热;热平衡法

中图分类号：TM311文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）10-0024-03

Thermal Economic Analysis of Extraction Steam Heating Retrofit for

660 MW Condensing Unit

HUANG Yongqing GUO Minchen

（College of Energy Power and Mechanical Engineering， North China Electric Power University，Beijing 102206）

Abstract： Taking a 660 MW condensing steam turbine unit as the research object， the authors used MATLAB tools and heat balance method to make a theoretical analysis of its steam extraction and heating transformation scheme. At the same time， the thermal economic indexes of the unit， such as the power generation， heat consumption rate and coal consumption rate， were calculated and compared under the conditions of the pressure cylinder exhaust steam extraction heating condition， the cold reheat steam extraction heating condition and the hot reheat steam extraction heating condition.

Keywords： cogeneration;extraction steam heating;heat balance method

目前，我國正处于能源生产和消费革命的重要转型期，对节能减排、清洁低碳的要求日益加强，并提出了“30·60”的减碳降耗目标。对于热力发电厂而言，节能减排成为重中之重。实行热电联产是热力发电厂实现节能减排的主要方法。目前，由于抽汽供热改造较为方便，因此，其仍是最为常见的供热方式。现有的对于抽汽供热的研究指出，随着抽汽量的提升，机组发电标准煤耗率降低，热经济性提升[1-2]。与其他供热方式相比，抽汽供热虽然节煤量较低，但是适用性较好[3]。

本文以某660 MW凝汽式汽轮机组为研究对象，使用MATLAB工具和热平衡法，对其抽汽供热改造方案进行了理论分析。同时，计算了不同供热负荷下三种改造方案的机组发电功率、热耗率、煤耗率等热经济性指标。

1 机组的热平衡计算

1.1 计算对象

本文以NZK660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷660 MW凝汽式汽轮机为研究对象。该机组额定参数如表1所示。对象机组热力系统示意图如图1所示。

拟进行抽汽供热改造方案如下：①冷再热蒸汽抽汽供热，②热再热蒸汽抽汽供热，③中压缸排汽抽汽供热。供热回水引入凝汽器热井。供回水温度选择集中供暖标准130 ℃/70 ℃。

额定工况下抽汽参数如表2所示。

1.2 计算模型

本文使用MATLAB软件，通过热平衡法建立汽轮机纯凝工况模型[4-5]。

1.2.1 汽轮机各级压力在抽汽工况下的变化。利用弗留格尔公式近似计算汽轮机各级压力在抽汽工况下的变化，计算公式为：

[P1=P0D1D0]                                         （1）

式中：[P0]、[P1]分别为基准工况下与变工况下的级前压力，MPa;[D0]、[D1]分别为基准工况下与变工况下的级前流量，kg/h。

1.2.2 变工况下级组效率。根据汽轮机级组不同工况下的效率拟合曲线计算。

1.2.3 汽轮机各级抽汽点参数与排汽参数。通过汽轮机各级压力，主蒸汽、再热蒸汽初参数，排气压力与变工况下级组效率计算各点的抽汽参数与排汽参数。

1.2.4 汽轮机各级加热器抽汽参数。通过各级抽汽点参数、给水参数，在保持各级加热器上下端差不变的情况下，计算各级加热器出口水温度、疏水温度和焓，再通过热平衡法计算各级加热器的抽汽流量。

1.2.5 发电功率。通过蒸汽在汽轮机内的总焓降计算发电功率，计算公式为：

[Pe=DiΔhi-DciΔhciηmηg3 600×1 000]                   （2）

式中：[Pe]为机组发电功率，MW;[Di]为进入汽轮机各缸的蒸汽流量，kg/h;[Δhi]为该蒸汽流量在缸中的焓降，kJ/kg;[Dci]为各级抽汽流量，kg/h;[Δhci]为各级抽汽焓与对应缸排气焓的差值，kJ/kg;[ηm]为机械效率;[ηg]为发电机效率。

1.2.6 锅炉吸热量

[Qb=Dgshzzq-hgs+Dzrzqhzrzq-hlzrzq]          （3）

式中：[Qb]为机组锅炉吸热量，kJ/h;[Dgs]为主给水流量，kg/h;[hzzq]为主蒸汽焓，kJ/kg;[hgs]为主给水焓，kJ/kg;[Dzrzq]为再热蒸汽流量，kg/h;[ hzrzq]为再热蒸汽焓，kJ/kg;[hlzrzq]为冷再热蒸汽焓，kJ/kg。

1.2.7 供热热耗量

[Qgrh=1 000×3 600×Qgrηbηp]                    （4）

式中：[Qgrh]为机组供热热耗量，kJ/h;[Qgr]为机组供热负荷，MW;[ηb]为锅炉效率;[ηp]为管道效率。

1.2.8 发电热耗量

[Qe=Qb-Qgrh]                           （5）

式中：[Qe]为机组发电热耗量，kJ/h。

1.2.9 发电热耗率

[q=QePe]                                  （6）

式中：[q]为机组发电热耗率，kJ/（kW·h）。

1.2.10 发电标准煤耗率

[B=123Qe3 600Pe]                          （7）

式中：[B]為机组发电标准煤耗率，g/（kW·h）。

1.2.11 总能源利用效率

[ηth=3 600Pe+QgrηbηpQb]                 （8）

式中：[ηth]为总能源利用效率。

2 计算结果与分析

2.1 发电量与供热负荷的关系

图2是三种不同改造方案在不同供热负荷下的发电功率变化。由图2可知，随着供热负荷的增加，机组发电量减少;不同供热方式下机组发电量的变化速度不同，中压缸排气抽汽方式发电量最高，冷再热蒸汽抽汽方式发电量最少。中压缸排汽抽汽方式与热再热蒸汽抽汽方式影响发电功率的因素主要是进入汽轮机做功的蒸汽流量减少;冷再热抽汽方式对机组发电能力的影响最大，主要原因是冷再热抽汽不仅减少了进入汽轮机做功的蒸汽流量，而且减少了再热蒸汽在锅炉中的吸热总量。

2.2 热经济性与供热负荷的关系

图3、图4、图5分别是三种不同改造方案的发电热耗率、标准煤耗率与总能源利用效率随供热负荷变化关系图。

从图3、图4和图5可知，随着供热负荷的增加，发电热耗率与标准煤耗率降低，总能源利用效率提高。中压缸排汽抽汽方式发电热耗率与煤耗率最低，能源利用效率最高。热再热蒸汽抽汽方式发电热耗率与煤耗率最高，能源利用效率最低，且随供热负荷的提升，提升速率小于其他两种方式。主要原因是热再热蒸汽抽汽方式抽汽参数较高，在定供热负荷条件下抽汽量较少，与其他方式相比，冷源损失较大。

3 结论

①对某660 MW凝汽式汽轮机组以文中所述的三种方法进行抽汽供热改造后，能在一定程度上降低机组的发电热耗煤耗，提升总能源利用效率，提高机组的热经济性。同时，供热负荷越高，能源利用效率越高。

②对比三种改造方法可知，在同一供热负荷下，在发电功率上，中压缸排汽抽汽方式最高，冷再热蒸汽抽汽方式最低;在热经济性上，中压缸排汽抽汽方式的热经济性最好，热再热蒸汽抽汽方式的热经济性较差。

③冷再热蒸汽抽汽供热可能涉及锅炉再热器超温问题，在实际应用中还需要进一步研究。

④文中所述的三种抽汽式供热方法的抽汽参数较高，在实际中可应用于其他较高参数的用汽中。

参考文献：

[1]张瑞青，杨旭昊，王雷.不同抽汽工况下供热机组热经济性分析[J].热力透平，2011（1）：70-72.

[2]李代智，周克毅，徐啸虎，等.600 MW火电机组抽汽供热的热经济性分析[J].汽轮机技术，2008（4）：282-284.

[3]孙晓东，李国浦，郭民臣，等.直接空冷机组不同供热方式的热经济性分析[J].内蒙古电力技术，2016（3）：16-20.

[4]陈海平.热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，2018：25.

[5]余耀.空冷机组高背压供热与抽汽供热的热经济性比较[J].中国电力，2016（9）：104-108.