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汽轮机低真空运行节能的合理计算方法及其应用
作者:网站管理员    发布于:2016-05-11 08:21:47    文字:【】【】【
摘要:汽轮机低真空运行节能的合理计算方法及其应用

汽轮机低真空运行节能的合理计算方法及其应用

摘要:利用汽轮机低真空运行循环水供暖,是一种能源利用效率很高的热电联产方式,文章分析了汽轮机低真空运行的节能原理与成本计算方法,有针对性的提出相应措施和建议。

汽轮机低真空运行,直接用循环水供热,减少了冷源损失,显著提高了热电厂的经济性。循环水供热技术前苏联在六十年代前已经运行,国内七十年代以来,阜新发电厂、哈尔滨热电厂、长春第一汽车厂动力分厂 、长春发电厂等对汽轮机组进行低真空运行,真空可降到0.043Mpa(a),冷却 水出口水温达到80℃〔1〕。目前全国有许多电厂运用汽轮机低真空运行,无疑对提高能源利用率是件好事。然而,目前循环水供热的成本核算基本以热量法为基础,将供热量直接换算为标准煤的数量,再按照市场煤炭价格计算总燃料成本。由于热量法的不足,无法按照热能的品味高低进行区分,导致好处都归电,发电煤耗降低,而采暖的成本却得不到降低。
2. 汽轮机低真空运行的节能原理
在常规的火电厂汽轮机中,为充分利用蒸汽热能,汽轮机做完功的蒸汽(俗称乏汽)在凝汽器内放出汽化潜热,由汽态变为液态,而凝汽器的冷却水吸收了乏汽的汽化潜热后,由循环水泵送到冷却塔降温,循环使用。因此由循环水带到冷却塔散失到大气中的热量数量巨大(纯凝中温中压机组可占到70%以上),但因其品味低(夏季也不超过50℃,冬季只有20℃),又存在季节反差,所以很难利用。
而汽轮机的低真空运行技术则适当提高排汽压力(降低真空),提高循环水温度,使其达到建筑采暖要求,从而将用户的暖气片变成冷却塔,将乏汽的汽化潜热变成居民采暖的热量。由于杜绝了冷却塔的损失,因此这种供暖方式热能利用率很高,理论上的燃料利用率可接近于锅炉热效率乘管道效率。其工作原理可见图1。
T
 
                                         1
                               
                 5                6
                                      
            3a                            2a
3                                2
                                        

0       9   8                          7              S
图1  凝汽运行和低真空运行的温熵图
如图1所示,凝汽发电时,面积1-2-3-5-6-1为蒸汽做功的焓,面积2-7-9-3-2为排汽的焓;低真空运行后,面积1-2a-3a-5-6-1为蒸汽做功的焓,面积2a-7-8-3a-2a为用于供暖的热量。显热,低真空运行后蒸汽热能得到全部利用,当然,汽轮机的低真空运行技术违背了充分利用蒸汽高位热能的原则,提高排汽压力付出的代价是蒸汽焓降降低(图1中由1-2线缩短为1-2a线),汽轮机负荷降低,汽耗增加。
由此可见,汽轮机的低真空运行之所以能充分利用低位热能,是以损失一小部分蒸汽高位热能为代价,提高了原来品味很低、无法利用的循环水的能位,使其可满足采暖要求。
3. 汽轮机低真空运行的成本计算方法
目前我国热电联产的热经济性计算方法有热量法、实际焓降法、做功能力法,其中热量法为我国目前的法定计算方法。他们各有特点,以下计算将针对某热电厂一个供热季的数据分别进行计算,以此比较三种计算方法对最终热力成本的影响。
计算机组:C12-4.9/1.37型抽汽凝汽式机组,新蒸汽压力4.9Mpa(a),新蒸汽温度435℃,额度功率12MW,工业抽汽压力1.37Mpa(a),额定排汽压力 0.0049Mpa(a),额度进汽量94T/H,额度抽汽量50 T/H。配套锅炉为YG-75/5.29-M5型循环流化床锅炉,设计热效率85%,取供暖期一天的数据进行计算,计算工况如下表1:
序号 项    目 符号 单位 数据来源 平 均
1 进

汽 温    度 tjq1 ℃ 实 测 431.20
2  压    力 Pjq1 MPa 实 测 4.632
3  进汽焓值 Hjq1 KJ/kg 查 表 3276.36
4  平均流量 Djq1 T/h 实 测 80.00
5  进汽热量 Qsr MJ/h 计 算 262086.55
6 发
电 发 电 量 Wfd1 kW·h/h 实 测 9205.00
11  自用电率 ηz1 % 计 算 13.30
12  供 电 量 Wgd1 kW·h/h 计 算 7980.69
13  运行时间 Hfd1 h 实 测 24.00
14 蒸汽供 热 抽汽温度 tgq1 ℃ 实 测 304.25
15  抽汽压力 Pgq1 Mpa 实 测 1.44
16  蒸汽焓值 Hgq1 KJ/kg 查 表 3046.64
17  蒸汽平均流量 Dgq1 t/h 实 测 28.00
18  蒸汽供热量 Qgq1 MJ/kg 计 算 86552.72
19 循 环水 供热 供水温度 tgs1 ℃ 实 测 59.57
20  供水压力 Pgs1 Mpa 实 测 0.77
21  供水焓值 Hgs1 KJ/kg 查 表 250.49
22  回水温度 Ths1 ℃ 实 测 45.20
23  回水压力 Phs1 Mpa 实 测 0.50
24  回水焓值 Hhs1 KJ/kg 查 表 189.68
25  热水流量 Dgs1 T/h 实 测 1600.00
26  循环水供热量 Qrs1 MJ/h 计 算 97296.00
27 排汽 排汽压力(a) Pc Mpa 实 测 0.02566
28  排汽温度 Tc ℃ 实 测 65.55
29  排汽焓值 Hc KJ/kg 查 表 2618.46
30  排汽流量 Dc T/h 计 算 37.15
31 耗煤 总耗煤 B Kg/h 计算 10573.8
表1   低真空日运行数据记录表
表中焓值根据国际水和水蒸汽性质协会(IAPWS) 1997年制定的水和水蒸汽热力性质工业标准公式 IAPWS-IF97查得。
管道效率ηgd取0.995,锅炉热效率ηg取设计热效率0.85。
3.1 用热量法计算循环水供热成本
热量法是将热电厂的总耗热量按热电厂生产的热量和电量的比例来分摊。它建立在热力学第一定律的基础上,不区分能量的品质。
供热比α1=ΣQgr/ΣQsr= (Qgq1+Qrs1)/ Qjq1
=(86552.72+97296.00)/262086.55
=0.7015
式中:
ΣQgr ——热力系统供出的热量,kJ/h;
ΣQsr ——热电厂产生的总热量,kJ/h;
由此计算的各项指标如下表2
序号 项    目 符号 单位 数据来源 数据
1 供热比 α  计算 0.7015
2 总耗标煤 B Kg/h 来自表1 10573.8
3 发电标煤耗量 Bfd Kg/h 计算 3156.5
4 发电标煤耗率 b fd g/KW.H 计算 342.9
5 抽汽供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 3492.0
6 循环水供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 3925.3
7 循环水供热的标煤耗率 brs Kg/GJ 计算 40.34
表2  热量法计算的低真空运行分项指标
由此可见,热量法计算的循环水供热成本只取决于锅炉和管道热效率,只收到“集中节能”的效果,与是否热电联产无关,既热电联产的好处都归电了,在此例中发电煤耗可以与亚临界机组的水平相当。由此计算的热力生产成本也较高,得不到热电联产的好处,其生产成本与大型热水锅炉基本相当。但由于此法简单易行,所以仍为我们目前的热电联产成本分摊的法定计算方法。
3.2 用实际焓降法计算循环水供热成本
实际焓降法是按供热抽汽的实际焓降不足与新汽焓降之比来分配总热量。其供热比为:
α2=〔Dgq1(Hgq1- Hc)+ Dc (Hc- Hc1)〕/ Djq1 (Hjq1- Hc)
 =28.00×(3046.64-2618.46)+37.15×(2618.46-2560.12)/ 80.00×(3276.36-2618.46)
=0.2690
式中:Hc1为汽轮机额定排汽压力下的干饱和蒸汽焓,KJ/kg。按照额定排汽压力0.0049Mpa,查表为2560.12。
由此计算的各项指标如下表3
序号 项    目 符号 单位 数据来源 数据
1 供热比 α2  计算 0.2690
2 总耗标煤 B Kg/h 来自表1 10573.8
3 发电标煤耗量 Bfd Kg/h 计算 7729.5
4 发电标煤耗率 b fd g/KW.H 计算 839.7
5 抽汽供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 1339.1
6 循环水供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 1505.2
7 循环水供热的标煤耗率 brs Kg/GJ 计算 15.47
表3  实际焓降法计算的低真空运行各项指标
由此计算的循环水供热的煤耗率虽然较低,但又显然违反了热力学第一定律(分摊的热耗小于供出的热量,热效率大于1)。由此可见,实际焓降法虽然能鼓励热用户尽可能利用低品位热量,但将冷源损失都归结到发电方面,所以这是一种好处归热的分配方法。
3.3 除以上两种方法外,还有一种做功能力法的分配方法,按照联产气流的最大做功能力占新蒸汽的最大做功能力的比例来分配总热耗量。做功能力法考虑了热量的数量和质量差别,使热电联产的好处较合理的分配给热、电两种产品,理论上也比较有说服力。
由做功能力法计算的供热比为:
由做功能力法计算的供热比为:
α3 =〔Dgq1E gq1+ DcE c〕/ Djq1E 0
式中供热抽汽的做功能力E gq1=Hgq1 - TenSgq1
低真空排汽的做功能力E c=Hc - Ten Sc
汽轮机进汽的做功能力E 0= Hjq1 - Ten Sjq1
Ten——环境温度,K,取当地年平均气温284.5K。
Sjq1、Sgq1、Sc、——新蒸汽和供热抽汽、低真空排汽的比熵,查表得Sjq1、Sgq1、Sc分别为6.7993、6.9572、7.8212。
由此计算的α3 =0.6527,其他指标如下表4
序号 项    目 符号 单位 数据来源 数据
1 供热比 α3  计算 0.4145
2 总耗标煤 B Kg/h 来自表1 10573.8
3 发电标煤耗量 Bfd Kg/h 计算 4382.8
4 发电标煤耗率 b fd g/KW.H 计算 476.1
5 抽汽供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 2063.3
6 循环水供热标煤耗 Brs Kg/h 计算 2319.4
7 循环水供热的标煤耗率 brs Kg/GJ 计算 23.8
表4  做功能力法计算的低真空运行各项指标
    这种分配方法以热能的质量差别为基础,按照做功能力的差别进行分配,对热、电双方都有所照顾,在理论上较为合理,但由于它没有联系实际生产过程的技术完善程度,在使用上不方便(因我国幅员辽阔、各地环境温度差异大),而没有得到实际应用〔2〕。
综上所述,上述三种方法均有局限性,热量法和实际焓降法是热电联产能量分配的两个极端,做功能力法的应用受地域限制又很不方便。热量法虽简便实用,但按热量法分配,起不到降低能耗的作用,导致能源的浪费,也不能反应不同生产工艺的成本差异,也降低不了居民采暖的价格。
4、建议措施
由于热电厂所生产的电力、热力产品是在同一生产过程中同时完成的,其成本计算只是按照一定方法将总能耗在电、热两种产品之间进行分摊。分配方法也决定了企业的市场行为,现行的热量法计算的供热成本起不到鼓励企业合理用能的作用,供热企业中相当数量的热水锅炉因换热温差巨大,存在巨大的火用损,然而以热量法计算却无法反应其落后性,而汽轮机的低真空运行技术这种热能利用率很高的生产方式也显示不出优越性。
4.1鼓励汽轮机的低真空运行这种合理用能的技术和行为。
政府应从政策导向、税收、定价、热网规划等方面鼓励热电厂的汽轮机低真空运行这种利用低位热能的行为,限制热水锅炉、减温减压等不合理用能行为,这样才能把热电联产作为降低供电煤耗,提高供热效益的重要措施,通过提高供热效益控制热价上涨,减轻政府财政负担。
4.2在各省探索以做功能力法为基础的新的热电联产能量分配方法。
做功能力法能使热电联产的好处较合理的分配给热、电两种产品,理论上也比较有说服力,但由于我国幅员辽阔,地域温差大,限制了做功能力法的应用,然而相对于一个省而言,地域差异很小,在一个省内应用做功能力法进行热电联产的成本核算,结果具有相当的可比性,也比较适合现在供热价格各地自行定价的情况。应用做功能力法后,汽轮机的低真空运行这种供热方式的价格也就更有竞争优势。进而也就能起到鼓励企业合理用能的作用。
5.结论
汽轮机低真空运行是一种符合热能梯级利用原则,达到了“热尽其用”目的的生产方式。合理分配热电联产过程的能量,才能起到鼓励合理用能的行为,提高热量的有效利用率,更加合理地利用能源的作用。

 

 

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