供热改造热经济性的定量分析

供热改造热经济性的定量分析QuantitativeanalysisofheateconomyinExternalheatingTransformation门常山华电国际邹县发电厂，山东邹城，273522Abstract:ThenatureofExternalheatingTransformationistorecoverthepartoflossthatwillbedischargedtothecoolingtowerattheexpenseofreducingelectricitypowersupply,whichcanimprovefuelenergyutilization.Fromtheoveralllookofheatingandpowergeneration,Externalheatingunitcansavealotoffuelandimprovepowerplantheateconomy.Onthebasisofdiscussingheateconomyimpactofbackwaterrateandbackwatertemperatureandbackwatermethod,thispaperquantitativelyanalyzeheateconomyofZouxianPowerPlant335MWunitheatingTransformationandpointedoutthatthekeyissuesintheprocessandactualoperationofHeatingtransformationshouldbecontrolled.Finally,externalheatingcostsisconvertedintopowersupplyreductionofunits.Thesehaveagoodreferenceforimprovingpowerplantheateconomyandstrivingforbenefits.Keywords:ExternalheatingtransformationbackwaterratebackwatertemperatureQuantitativeanalysisHeateconomy摘要：供热改造节能的实质是以牺牲一部分供电量为代价，将排放到凉水塔中的冷源损失部分回收利用，从而达到提高燃料热能利用程度的目的。从供热和发电的整体看，机组供热能够大量节约燃料，提高电厂热经济性。本文在探讨回水率、回水温度以及回水方式对供热机组热经济性影响的基础上，以邹县发电厂335MW机组供热改造为例，进行定量分析计算，指出供热改造过程及实际运行中应控制的重点问题，并将机组供热的代价折算成对外供电量的减少，对供热效益的控制及提高供热机组热经济性具有一定的借鉴意义。关键词：供热改造；回水率；回水温度；定量分析；热经济性1引言供热是把膨胀作功后仍具有一定温度、压力的蒸汽从汽轮机中抽出供外界热用户使用，是机组节能的重要途径之一，其实质是以牺牲一部分供电量为代价，将排放到凉水塔中的冷源损失部分回收利用用于采暖供热，替代分散用户燃煤采暖，节约燃煤，随着供热面积的增加，供热抽汽量增加，回收的冷源损失增加，燃煤节约量就会增加。同时随着网上电力负荷相对富余，中小容量机组发电量比例不断降低，经常处于调峰状态运行，锅炉效率、汽轮机效率下降，设备经济性无法得到保证；动力设备出现“大马拉小车”的现象，厂用电率上升；然而，在“以热定电”的原则下，供热采暖期内，机组负荷将会得到大幅提升，设备能够在经济状态下运行，性能、效率得到极大改善，各类指标向好；因此，对于靠近城市的电厂，将中小容量凝汽机组进行供热改造，从热力循环和设备经济性两方面都能受益，是降低煤耗，提高经济性的一种重要方式。2供热改造热经济性的定量分析在热经济性分析中，对外供热需要牺牲的一部分供电量主要包括：供热抽汽的做功损失导致的发电量减少、纯供热系统运转需要的耗电量、由于供热的存在导致原机组辅助系统增加的用电量。后两种都比较明确，能够准确计量；关键是供热导致的发电量减少及其影响因素才是热经济性分析的重点。作功效率法是一种先进的节能理论，在对电厂热力系统做定量分析方面，该理论比等效热降法的应用更加简捷、方便。作功效率法所提及的各能级效率只与机组的初参数、终参数、抽汽参数及热力系统结构有关，与抽出蒸汽的数量和抽汽的用途无关。就是说，抽汽是用于回热加热还是用于对外供热，抑或用作其他任何用途，将不影响机组的各能级效率。所以，供热机组的分析计算方法和公式与纯凝机组一样。2.1作功效率法简介作功效率法将“回路做功能力原理”、“热功转换网络”和“焓向量”视为构成热力系统及其与外界作用的完整的描述手段，正是由于这种全新的描述，使得做功效率法不出现“质量”量纲，也不出现“等效热降”的概念，对于工质进出热力系统的状态（蒸汽、热力或纯热量）不必进行分类处理；同时，热力系统的网络化使得各种能量损失都是对这个网络的作用，每种作用都处于同等的地位，处理它们的方法也完全相同[1]。“回路做功能力原理”指出单位热量在热力系统中某一确定位置的做功能力是一个定值，由其所携带的能量和在热力系统中的作用位置决定，与工质具体通过哪一条路径实现做功无关。“热功转换网络”将热力系统看做由若干个能级组成，若热力系统有n级非调节抽汽，称回热系统有n个能级；锅炉、和凝汽器也各是一个能级，这样，热力系统共有n+2个能级。在每个能级内，做功效率是常数，热量是可以直接相加减的；不同的能级之间，热量是不能直接相加减的。热力系统中能级按做功能力从高到低依次编号为0，1，2，…，n，n+1。锅炉为第0能级，凝汽器为第n+1能级。引入做功效率向量表示各个能级效率：Tne,,,10“焓向量”是用来描述热力系统中热量的一种有效的方法，根据热力学第一、二定律，热量对热力系统的作用不仅与热量的数量有关，而且与热量加入热力系统的位置有关。这样，当我们要表示热量对热力系统的作用时，既要指出其数量，又要指出其在热力系统中的分布情况，这时，热量（或工质焓）用向量来描述比较方便，称为“焓向量”。焓向量是出发自凝汽器水侧焓，终至于外部作用对热力系统做功网络作用点的向量，用向量的分量来形象表示各加热器的位置，用向量各分量的数值（向量在热力系统中各个能级上的投影）来表示工质在各加热器中热量的增减。2.2供热抽汽的作功损失对外供热的的方案很多，但就其基本实质而言，可归结为两种方式，一种是供热蒸汽的凝结水全部回收（即供热回水率等于1）；另一种是供热蒸汽的凝结水部分回收（即供热回水率小于1）。2.2.1供热回水率等于1时供热引起的作功损失图1是水网采暖系统，供热抽汽进入热网循环水加热器放热凝结，其凝结水全部回收并从第j+1级低压加热器出口返回热力系统。单位对外供热抽汽离开热力系统时所携带的作功能力为：ncnoutcnhh.（kj/kg），式中cnh表示供热抽汽焓；nh表示汽轮机排汽焓。单位供热回水返回系统时所携带的作功能力为：max11.jrrrjjcnincnii式中cni表示供热回水焓；1ji表示第j+1级低压加热器出口水焓；j表示第j能级的作功效率；r表示凝结水在任意加热器中的焓升；r表示任意能级的作功效率；max表示最后加热器级数。单位供热抽汽的实际作功能力损失显然等于热抽汽离开热力系统时所携带的作功能力与返回热力系统时所携带的作功能力的差值。即incnoutcncn..max11jrrrjjcnncniihh供热抽汽总的实际作功能力损失：max11jrrrjjcnncncncncncniihhDD………………（1）当供热凝结水回水焓小于j+1级加热器出口水焓值时（回水温度小于加热器出口水温度），式（1）中1jcnii为负值，导致供热抽汽的实际作功能力损失增加，引起机组出力降低，发电量减少；解决方法，一是在供热改造过程中，事先核算回水温度，与各级加热器出口水温进行比较，以便正确的选择回水接入点；另外，也不可因为保证回水温度大于加热器出口水温，便选择更低级的加热器，虽然此时能够避免负值的出现，但j也相应变小，一样会导致作功能力损失增加；二是运行中注意加强调整，避免回水温度过低。2.2.2供热回水率小于1时供热引起的作功损失hcnjj+1ij+1图1水网采暖系统icn热用户图2是汽网采暖系统，供热抽汽直接供给热用户，其凝结水只能部分回收，为了补充供热凝结水损失，化学补水与生产回水一同进入低压除氧器中除氧，然后从第j+1级低压加热器出口返回热力系统。按低压除氧器热平衡计算低压除氧器的耗汽量为：ddbssgbsbsdsgdihiiDiiDD式中sgD、dD、bsD分别表示供热抽汽量、除氧耗汽量、补水量，其中补水量等于供热抽汽量与回水量的差值；sgi、bsi、dh、di分别表示供热抽汽焓、补水焓、除氧用汽焓、除氧器出口水焓。单位对外供热抽汽离开热力系统时所携带的作功能力为：nsgoutsghh.（kj/kg），式中sgh表示供热抽汽焓。单位除氧器耗用蒸汽离开热力系统时所携带的作功能力为：ndoutdhh.（kj/kg）单位供热抽汽、化学补水以及低压除氧器加热蒸汽的凝结水返回热力系统时所携带的作功能力是相同的，皆为：max11...jrrrjjdindinbsinsgii因此，由供热引起的作功能力损失为：max11max11max11...jrrrjjdnddjrrrjjdnsgsgjrrrjjddsgnddnsgsginddsgoutddoutsgsgsgiihhDiihhDiiDDhhDhhDDDDD………………（2）当除氧器出口水焓小于j+1级加热器出口水焓值时（除氧器出水温度小于加热器出口水温度），式（2）中1jdii为负值，导致供热抽汽的实际作功能力损失增加，引起机组出力降低，发电量减少（解决方法与2.2.1中的相同）；另外，通过比较式（1）与式（2）可以看出式（2）比式（1）多增加做功能力损失项为max11jrrrjjdnddiihhD，该项是由补水除氧引起的，因此在运行中消除设备泄漏，减少补水是提高机组做功能力的有效途径；同时，降低除氧用汽的参数dh也可减少做功能力损失。idisghsgjj+1ij+1图2汽网采暖系统ibshd热用户2.2.3邹县发电厂机组供热改造热经济性分析邹县发电厂所实施的＃1、2机组供热改造简图如图3所示，是在机组原运行系统上，从汽轮机中压缸至低压缸导汽管上接出抽汽管道至热网首站，对热网循环水进行加热，厂外热网循环水管延伸至城市供热系统。供热抽汽凝结水全部回至热力系统，但厂外热网循环存在补水量130t/h，该部分补水需要热力除氧。与前面两种供热方式不同的是，虽然供热抽汽凝结水全部回至热力系统，但厂外热网需要补水，补水除氧用汽采用部分供热抽汽。因为除氧用汽取自供热抽汽，在对外供热量不变的情况下，供热抽汽量与没有补水时是一致的，为325t/h；除氧用汽凝结水在实际情况中做为补水的一部分进入厂外热网，热力系统需要从凝汽器增加部分补水，这将会引起系统各能级的效率变化，但变化甚微，可忽略不计；为了更加贴近前面两种供热方式，可以假设低压除氧器的一部分出水补入热力系统，如图3中虚线部分所示，这样假设使得供热改造的热力分析适合于回水全部利用的供热方式，使分析更为简便。邹县＃1、2机组热力系统共九个能级（