摘要：随着全球能源短缺和环境恶化问题的加重，更加高效、节能、清洁的能源使用技术成为了国际性的议题。热电联产技术（CHP）以它的能源利用高效的特点迎合了新世纪人们对能源产业的新要求。伴随越来越多能源利用技术的应用如燃料脱硫技术（FGD）和催化还原技术（SCR）等融入热电联产系统中，热电联产系统的有害气体排放得到了有效的降低，全球热电联产系统的装载量在未来会高速稳步增长。本文以某燃气—蒸汽联合循环热电厂为例，分析不同热负荷下的发电机组的经济性。
关键词：热电联产机组；经济运行技术
前言
电能与热能是人类生活和生产中应用得最为广泛的2种能量，热、电负荷所需热能的品位相差很大：热负荷只需要较低品位的热能，而火力发电厂生产电能，为提高热功转换的效率却要求高品位的热能（即高参数蒸汽）。满足热、电需求的生产方式有热电分产和热电联产，热电联产指把燃料化学能产生的高位热能先用来生产电能，然后将做过功、品位降低的热能对外供热。
我国热电联产机组从6 MW到300 MW容量不等，占我国燃煤消耗量比重较大。当前评价热电联产机组经济性的主要技术指标包括热电厂的燃料利用系数（总热效率）和热电联产热电比。不同机组其经济性与机组容量、供热需求等外部条件有密切关系，即影响煤耗的非机组自身因素的外部条件较多，以目前机组经济性指标难以科学地衡量热电机组的能耗水平。由此，提出了节能比的概念，既可实现对机组自身节能状况的比较，又可为不同容量、不同类型的机组进行能耗水平比较，从而为有效地、有针对性地开展节能监督和节能技术改进提供参考。
一、热电联产概述
一般的火力发电厂在发电过程中，大量的热能被循环水带走，白白地排放在大气中，火电厂的能源利用率仅为35%左右，大型凝汽式机组热效率可达40%。
热电联产通常采用蒸汽轮机驱动发电机发电，还将作过功的蒸汽从汽轮机中抽出，通过一级或多级高（低）压加热器等辅助设备对锅炉给水补充加热而形成热循环。与此同时，在发电过程中，还将一部分热能通过热力管道输送到千家万户。与火电厂相比，燃烧同样数量、同样品质的燃料，热电厂不仅可以提供电能，还能提供纺织、印染、淀粉、化工等工业生产用的蒸汽和居民住宅暖气用的热水。造纸、、钢铁、炼焦、化学、石油化学工业是热电联产的主要用户，它们不仅是消耗电、热能的大用户，而且其在生产过程中产生的废料和废气（如高炉气），还可作为热电联产装置的燃料。热电厂的热效率一般都在45%以上，最高总效率可达80％左右。
热电联产是既产电又产热的先进能源利用形式，与热、电分产具有很多优点：一是降低能源消耗，初步估计，我国目前的热电联产每年可节约能源3000万吨以上标准煤。二是提高空气质量，每年减少二氧化碳排放6500多万吨，减少二氧化硫排放60多万吨，减少灰渣排放1300万吨。三是补充电源。四是节约城市用地。五是提高供热质量。六是便于综合利用。七是改善城市形象。八是减少安全事故。
热电联产的许多优点，被世界各国所充分利用和大力发展，很多国家制订法律法规，技术规范和一系列优惠政策，鼓励支持发展热电联产。美国己从发展热电联产进展为热电冷联产。
二、影响经济运行因素及需要注意的问题
（1）对于热电联产系统内含的汽轮发电机组，其经济运行应从以下几个方面重点考虑：第一，尽可能地降低汽轮机的冷源损失。第二，使汽轮机在高效率区域工作。第三，提高回热系统投入率。给水回热循环一方面减少了汽轮机的排汽量，从而减少冷源损失。（2）对于系统内锅炉的经济运行应重点从以下几个方面考虑：①合理调配各炉负荷，使其在经济负荷区域运行；②降低排烟温度，提高锅炉效率；③保持锅炉在最低断油稳燃负荷之上运行。（3）对于系统内主要辅机设备应注意，在满足工况的要求下尽可能使单台辅机在额定工况下运行（因辅机多为工频泵），必要时应对系统工况进行微调以满足要求，这样可以使辅机的效率最大化，避免不必要的电能消耗，从而降低厂用电率。（4）对于系统内热网加热器应多采用多级加热方式，尽量利用机组低压抽汽，然后再利用机组中压抽汽，尽可能减少减温减压器负荷，使热化系数达到最大，以提高整个系统热经济性。
三、热电联系机组的经济运行分析
1、设备基本参数
某厂在装两套“一拖一”、“双轴”燃气—蒸汽联合循环热电联产机组，燃料为管道天然气，发电功率230MW，供热能力116MW。燃气轮机为德国西门子V94.2型，发电功率172.6MW，配武汉锅炉双压、无补燃型余热锅炉，蒸汽轮机为上海电气集团制造LZC80型次高压、单缸、抽汽凝汽式机组，无抽汽回热装置，发电功率57.4MW，发电效率83.3%，热负荷为热水建筑采暖。
表1汽轮机运行参数
2、经济指标分析
本文选用实际焓降法，按采暖抽汽汽流在汽轮机少做的功占新蒸汽实际做功的比例来分析热耗率。在分析过程中，不考虑环境温度对燃气轮机效率的影响，假定燃气轮机、余热锅炉运行参数恒定，供热负荷仅与蒸汽轮机的运行参数有关。
热化发电功率，是汽轮机抽出对外供热的这部分蒸汽在汽轮机中膨胀做功产生的发电功率。为计算简便，从凝汽发电功率部分入手：
Nc=[（D0+D1-Dn）•（in-ic）•ηst]/3600（kW）
在假定机组额度发电功率不变的情况下，热化发电功率
Nn=N0-N（c kW）。
我们将上述两部分参数引入比值，即凝汽发电比Xc=Nc/N0，热化发电比Xn=Nn/N0。
每产生1度电所需要的热量称为热耗率，采暖供热部分蒸汽的热化热耗率：
qn=[D0（i0-ic）+D1（i1-ic）-Dn（in-ic）]/N（0 kJ/kWh）。
凝汽发电部分热耗率：
qc={D0（i0-in）+D1（i1-in）+（D0+D1-Dn）（in-ic）}/N（0 kJ/kWh）。
汽轮发电机组热电联产时的热耗率：
qcn=qn•Xn+qk•X（k kJ/kWh）。
汽轮发电机组热电联产时的热效率：
ηcn=3600/qcn×100%。
将有关技术数据代入上述公式，即可得出不同供热工况下的机组热效率。
3、结果分析
从表2数据的变化趋势可以看出，当采暖抽气量为0时，蒸汽轮机为纯凝方式运行，机组的热耗率很高，热效率较低。随着采暖抽气量的增加，热效率提高，理论上当采暖抽汽量与进汽量相同时，机组呈背压运行方式，热效率达到最高。燃气-蒸汽联合循环机组的热效率与汽轮机的热效率变化趋势是一致的，因此，提高热电联产机组的经济性，保证额定的热负荷是十分重要的。
表2汽轮发电机组不同供热工况下的热经济指标
四、结语
随着人们生活水平、物质要求的日益提高和科学技术的应用，热电联产的发展方向是朝着热、电、冷三联供方向发展，天然气作为清洁能源的燃气-蒸汽热电联产是提高能源利用效率的有效途径。运行中按“以热定电”方式，即优先保证热负荷的落实，是保证热电联产系统热效率的关键。
参考文献：
［1］戈志华，胡学伟，杨志平．能量梯级利用在热电联产中的应用［J］．华北电力大学学报（自然科学版），2010，37（1）：66－68．
［2］高慧云，肖宁．我国热电联产产业的发展趋势［J］．发电设备，2010，（6）：467－469．
论文作者:李维辰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/31
标签：热电论文; 机组论文; 热效率论文; 蒸汽论文; 热能论文; 负荷论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2018年第1期论文;