摘要：火电机组的实际能耗受环境与资源条件、运行工况及外部负荷变化等因素的影响，能耗水平具有鲜明的时变特征; 以大型燃煤发电机组汽轮机热力系统为研究对象，考虑复杂多变外部因素和负荷条件影响，综合应用热力学第一、第二定律和汽轮机变工况理论，从全工况角度研究机组能耗在整个汽轮机热力系统中的分布特性，得到大型燃煤发电机组在不同环境温度、不同负荷工况下汽轮机热力系统的能耗时空分布规律，进一步指导大型燃煤机组的深层次节能降耗。
关键词：大型燃煤；发电机组；能耗分布
火力发电是将燃料化学能转变为电能的生产过程，包括燃料化学能的释放、热能和机械能的传递、转换等多个环节，涉及流动、传热、能量转换等多个过程。我国的能源资源禀赋决定了我国火力发电以燃煤为主。燃煤火力发电机组自身结构复杂、机组内部之间、机组与外部之间有较强的耦合性，其能耗水平除受自身参数和结构影响以外，同时受煤质、负荷及环境等因素影响较大，特别是我国地域辽阔，南北方气候差异较大，季节性变化明显，燃煤机组频繁参与调峰，同容量机组在不同气候条件、不同负荷下差别较大，因此研究大型燃煤机组在不同气候条件，不同负荷下的能耗水平，研究其能耗分布特性，对指导火力发电机组的节能降耗具有重要意义。我国火力发电长期以来主要依靠煤炭消耗提供的动能，而且我国发电300MW 以上的火电机组所消耗能源总量庞大。其中，资源的情况、火电机组的运行情况和外部负荷等情况都会影响发电机组的能耗数量。
一、大型燃煤发电机组能耗时空分布分析
任何能量系统都消耗燃料或原材料称之为“燃料”，最终产出的有用部分称之为“产品”，其余部分称为“损失”，其经济性评价指标主要有两大类，即效率和产品单耗，二者成反比关系。“产品量”与“燃料量”按照相同的能量单位之比值称为效率，有热效率之分，“燃料量”与“产品量”的比值称为产品单耗。对于燃煤发电机组，消耗的“燃料”是煤，产品是“电能”，效率和煤耗率常用作评价燃煤发电机组的主要热经济指标，对效率而言根据评价方法的不同分为热效率，无论用第一定律还是第二定律评价，煤耗率都是一致的，都是消耗的煤量与产生电量的比值。尽管煤耗率与效率成反比关系，但由于二者的数量级相差上千倍，用煤耗率评价更加通俗和直观，所以电厂广泛使用发电煤耗率和供电煤耗率作为评价其经济性的指标。因此以煤耗率为指标，研究其分布状况也比损失更加直观。评价燃煤发电机组的能耗时空分布，在于获得不同工况下发电煤耗率或供电煤耗率在各设备间的分布特性，揭示系统中设备在不同运行工况下的能耗变化规律。
二、单耗分析法下的汽轮机缸效率能耗敏度分析
单耗分析法就是通过对决策变量的附加单耗进行前后的综合计算，得到整体的产品单耗，前后单耗的差值就是其能耗敏度，这个方法不但能得到总单耗的值，还能得到对其影响的附加单耗:汽轮机是热工转换装置，因此完善其功耗时长可以评价其相对内效率。但是大型的汽轮机的气缸比较多，气缸又分高压、中压、低压缸这几种类型，评价内容是气缸内效率，600MW 机组汽缸效率变化的能耗敏度见下表。
通过对汽轮机各汽缸效率的能耗敏度分析得知，低压缸效率的能耗敏度最大，高压缸效率次之，中压缸效率较小，在实际运行中应重点关注低压缸和高压缸效率的变化，进行主汽压力和冷端系统运行优化。随着机组负荷变化，高压缸效率的能耗敏度变化较大，中、低压缸效率的能耗敏度变化较小。
三、汽轮机运行优化方法措施
我国火电机组耗能高的原因之一是机组构成情况，循环冷却系统很关键。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆汽轮机排汽排入凝汽器，排汽压力与凝汽器真空相对应，对汽轮机排汽压力进行运行优化实际上就是确定凝汽器的最佳真空。冷却水温升主要受排汽量和冷却水量的影响。凝汽器端差主要取决于传热系数。优化运行的目标函数应是在汽轮机热耗量不变的情况下，机组净功率最大。但是，由于机组功率与凝汽器真空有关，真空与循环水量有关，而循环水量又与循环水泵的运行台数或转速有关，因此最佳凝汽器压力是以机组功率、循环水温度和循环水流量为变量的目标函数，在量值上为机组微增出力与循环水泵耗功增量之差最大时的凝汽器压力。
1、减小系统内漏。分析可知，系统内漏导致凝汽器热负荷增大使得凝汽器压力升高是影响凝汽器真空的主要原因之一，应对热力系统与疏水系统进行分析，通过热力系统优化，纠正不合理设计，取消冗余系统，减少管道和阀门数量，提高系统运行可靠性。总的原则是保证疏水通畅( 不积水) ，采取的方法是合并相关的疏水支管，从水平标高的角度来讲应该是高点并入低点，即高点疏水取消疏水门，并入低点疏水门前。去年我厂#1 机组进行了节能优化，就是采取了相关理论知识，取消了若干高位疏水门，并将导气管疏水4合1 为一个疏水门。
2、凝汽器抽真空系统改造。1）抽真空系统的连接方式。实际运行过程中，双背压凝汽器的作用尚未完全发挥作用，设计髙低压凝汽器的压差为IkPa 左右，实际运行过程中背压相差很小，机组抽真空系统运行中常出现凝汽器高压侧排挤低压侧抽气，使部分非凝结气体积聚在低压侧凝汽器冷却管周围，增大了冷却管的空气热阻，降低了冷却管的换热系数，造成低压侧凝汽器压力偏高。为此应进行凝汽器抽真空管道连接方式改造，以发挥双背压凝汽器的作用。具体做法是高低压凝汽器分别设置抽空气管道，并单独与真空泵相连，两根抽空气管道设置联络管连接第三台真空泵。我厂已提出类似真空系统改造方案，近期就会实施改造。
2）加装真空泵工作水冷却装置。不凝结气体是凝汽器管外热阻的主要影响因素，减小凝汽器内不凝结气体的分压力是提高凝汽器真空的主要措施，主要是提高冷端系统的严密性，减少空气的漏入量，另一方面提高真空泵的抽吸能力。水环式真空泵的抽汽能力与抽汽压力对应的饱和温度与工作水温度之差有很大关系，工作水温度越低，抽气能力越大。
火力发电机组的能耗不但受自身结构条件的影响，同时受边界条件如煤质、负荷、环境等因素的制约，通过分析其全工况能耗时空分布特性，不仅可以得到机组不同部位的能耗大小及其分布，而且可以得到机组在不同环境条件下、不同负荷时的能耗大小及其分布，既可以指导火电机组的优化设计，又可以指导其优化运行。尽管目前我国能源消费总量已经居世界第二位，但我国人均能源消费量仅仅达到了世界平均水平。伴随着社会、经济的持续快速发展，我国能源工业还将继续保持较快的增长趋势。受我国能源资源禀赋的限制，未来燃煤火力发电仍将长期作为电力能源生产的主要途径。深入开展燃煤火力发电节能的应用基础研究，对我国节能减排发展战略和能源工业的可持续发展具有重要而深远的意义。
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作者简介：张顺，1986年 宁夏京能宁东发电有限责任公司团委书记
论文作者:张顺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/11
标签：机组论文; 凝汽器论文; 疏水论文; 燃煤论文; 汽轮机论文; 煤耗论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第34期论文;