摘 要：本文介绍了210MW机组抽汽供热的应用效果，通过计算得出机组在不同抽汽量或不同抽汽方式下机组供电标准煤耗等经济指标值，结合抽汽供热对机组安全性能上的影响进行分析比较，提出较为合理的运行方式，为节能降耗提供操作指引。
关键词：抽汽供热 供电标准煤耗 供热比
Application Analysis of Extraction Steam Supply for 210MW Unit of Hengyun Power Plant
Fan Fangsi
(Guangzhou Hengyun Enterprise Group Guangdong Guangzhou 510730)
Abstract: This paper introduces the application effect of steam extraction and heating of 210MW unit. Through calculation, the economic indicators such as unit coal consumption of unit power supply under different steam extraction methods or different extraction modes are obtained, and the safety performance of the unit is combined with the extraction heating. The impact of the analysis and comparison, proposed a more reasonable mode of operation, to provide operational guidelines for energy saving.
Key words: extraction steam, power supply, standard coal consumption, heat supply ratio
1引言
随着国家对环保和能耗方面的标准不断提高，热电联产模式在越来越多的电厂当中得到了推方应用，其中有不少机组经过改造实现了抽汽供热，这不仅在产品效益增加了创收，也为电厂经济指标的优化带来了极大的好处。本文着重对210MW机组经过抽汽改造应用后供电标准煤耗的变化情况进行分析，提出建议。
2概况
广州恒运电厂210MW机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的型号为N210-12.7/535/535的超高压、中间再热、单轴、三缸双排汽凝汽式全电调型汽轮机。机组设计有两套供热系统，一套是抽取高压缸排汽即再热冷段供热系统（简称“高排”），经减温减压后对广州开发区西区用热用户进行供热，单机可实现40 t/h供热流量，参数1.3MPa/230℃。另一套是再热热段供热系统（简称“高再”）蒸汽经减温减压后实现对东莞市麻涌镇区域供热，单机可实现200～250t/h供热流量，参数1.6～2.15MPa/340℃。其中高再供热系统属于长距离型，其供热能力比高排供热系统强，而且在设计上还留有较大的余量，能够满足日益增加的用量需求，供热系统如图2-1所示（附设计院提供设计供热工况图2-2）。随着两套供热系统的相继应用，使整个供热网络更加灵活，供热稳定性能更具安全可靠，对于机组热经济指标也有较大幅度的优化，降低了发电标准煤耗，在节能降耗上具有重要的意义。
图2-1机组供热系统图
3对供电标准煤耗的影响分析
目前，国家对供热机组考核的主要经济指标是供电标准煤耗bg，指的是火力发电厂每向外界提供1kW·H电能平均耗用的标准煤量。在供热机组中计算供电标准煤耗时，供热和供电煤耗是要分摊的，供电时的蒸汽在汽机做功后的排汽在凝汽器中有更多的冷源损失（主要部分为蒸汽汽化潜热），而被抽走的供热部分蒸汽没有这部分冷源损失，所以整体煤耗会下降。因此，对于供热机组而言很有必要对供热改造前、后供电煤耗的变化进行分析，通过实际数据以制定出最有利于提高机组经济性的供热运行方式，为节能降耗提供操作依据。
图2-2 设计供热工况图
3.1计算供电标准煤耗主要思路与步骤
计算供电标准煤耗主要有正平衡和反平衡两种方法，而国家规定火力发电企业供电煤耗标准应采用正平衡方法计算。根据标准要求并结合机组自身情况，在保证所取的计算数值直观准确的前提下，本文采用正平衡法计算供电标准煤耗。计算思路[2]与步骤如下：
（1）计算出供热标准煤耗br（单位：kg/GJ）
（2）计算供热耗标准煤量Bg（单位：kg/h）=br×供热量
（3）发电耗标准煤量Bd（单位：kg/h）=总耗标准煤量B-供热耗标准煤量Bg
（4）计算供热比ar=供热耗标准煤量÷总耗标准煤量=Bg÷B
（5）用供热比计算出供热厂用电量Er（单位：kW·H）=总厂用电量×ar
（6）计算供电标准煤耗bg（单位：kg/kW·H）=（发电标准煤量×106）÷[发电量-(总厂用电量-供热厂用电量)]
3.2主要计算方法
3.2.1供热标准煤耗br
供热标准煤耗br指的是锅炉向外界每生产1个单位供热热量Q1(单位：GJ)时所燃用标准煤的kg数量。
设锅炉向外界每生产1单位供热热量(单位：GJ)时所需燃用标准煤量而所产生的热量为Q2(单位：GJ)，那么有：
Q1=Q2×ηl×ηg……………………………………………………（1）
ηl——为管道效率，一般取0.97；ηg——为锅炉热效率，需根据不同的燃烧来工况确定；
又知Q1=1(GJ)，煤标准发热量29307.6×10-6GJ/kg有Q2=br×29307.6×10-6(单位：GJ)，代入（1）得：
1=br×29307.6×10-6×ηl×ηg ，那么br =1×106÷(29307.6ηl×ηg )=106÷(29307.6×0.97×ηg)得：
br=35.176/ηg ……………………………………………………（2）
式（2）说明当机组对外供热时，随着供热的流量或方式变化时，系统主要通过对锅炉热效率的变化来影响供热标准煤耗br的值，那么只须求出在不同供热流量或方式下当时锅炉热效率ηg 的值就能确定出供热标准煤耗br的实际大小。
因为恒运电厂210MW机组采用的是中间再热式锅炉，在不考虑蒸汽湿度、泄漏量及汽耗量的影响下，采用正平衡法计算公式计算锅炉热效率ηg =有效利用热量÷燃料所能放出的全部热量，即：
ηg =[D×(h0-hgs)+Dr×(hzc-hzr)-Dlp×hlp]÷(B×Qnet）……………（3）
D——锅炉蒸发量（单位：t/h）；
Dr——再热器蒸汽流量（单位：t/h）；
Dlp——锅炉连续排污量（单位：t/h）；
hzr——再热器入口比焓（单位：kJ/kg）；
hzc——再热器出口比焓（单位：kJ/kg）；
h0——过热器出口比焓（单位：kJ/kg）；
hgs——给水比焓（单位：kJ/kg）；
hlp——汽包连续排污工质比焓（单位：kJ/kg）；
B——每小时燃料消耗量（单位：t/h）；
Qnet——燃煤收到基低位发热量（单位：kJ/kg）；
由于大部分机组都没有装设再热器、各段抽汽流量计，变工况下再热器流量可以运用弗留格尔公式进行计算，方法如下：
Dr=pr×Dr0÷p0×
…………………………………（4）
式中Dr0为再热器出口额定蒸汽流量（单位：t/h），Dr0=593t/h；p0 为再热器出口额定蒸汽压力（单位：MPa），p0 =2.7MPa；T0为再热器出口额定蒸汽温度（单位：K），T0 =540+273.15=813.15K；T1为再热器出口变工况时实际蒸汽温度（单位：K）；pr为再热器出口变工况时实际蒸汽压力（单位：MPa）；所以，可再将（4）简化成：
Dr=pr×Dr0÷p0×
=pr×593÷2.7×
=6264.259pr/
………………………………………………………………（5）
在变工况下，通过式（5）就可以根据再热器出口压力和温度的值求出再热器流量的值。经过以上分析后，将（3)、(5）式代入（2）式得：
br=35.176/ηg =35.176÷[D×(h0-hgs）+6264.259pr/
×(hzc-hzr)-Dlp×hlp]÷(B×Qnet）]（6）
运用公式（6）就可以计算出供热标准煤耗br（单位：kg/GJ）。实际当中上述各个参数值均有测量点，将其再结合查阅《水和水蒸气热力性质图表》[1]即可获得比焓的值。
3.2.2供热耗标准煤量Bg
上面分析已能够确定出供热标准煤耗br，设机组每小时对外供出总热量值为Q（单位：GJ/h），那么供热耗标准煤量Bg计算为：
Bg=br×Q………………………………………………………（7）
Bg——供热耗标准煤量（单位：t/h）；Q ——机组每小时对外供出总热量（单位：GJ/h）；因为机组存在两种不同的供热参数（高排Qp与高再Qz），当两者同时对外供热时:
Q=Qp+Qz=(Dp×hp+Dz×hz)×10-6………………………………（8）
Dp——高排供热流量（单位：kg/h）；
Dz——高再供热流量（单位：kg/h）；
hp——高排供热比焓（单位：kJ/kg）；
hz——高再供热比焓（单位：kJ/kg）；
所以，将式（8）代入（7）式得：
Bg=br×Q=br×(Dp×hp+Dz×hz)×10-6……………………………（9）
2.2.3发电耗标准煤量Bd
发电耗标准煤量Bd=总耗标准煤量Bb-供热耗标准煤量Bg，即：
Bd=Bb-Bg =(B×Qnet)÷29307.6-Bg …………………………（10）
Bd——发电耗标准煤量（单位：kg/h）；B ——每小时燃料消耗量（单位：t/h）；
3.2.4供热比ar
供热比ar=供热耗标准煤量÷总耗标准煤量，即：
ar=Bg÷Bb= Bg÷[(B×Qnet)÷29307.6 ] ………………………（11）
3.2.5供热厂用电量Er
供热用厂用电量Er=总厂用电量×ar，即：
Er=Ec×ar ……………………………………………………（12）
Er——供热用厂用电量（单位：kW·H）；Ec——总厂用电量（单位：kW·H）；
3.2.6供电标准煤耗率bg
bg=Bd÷[Wf-(Ec-Er)] …………………………………………（13）
Bd为发电耗标准煤量（单位：t/h）；Wf为发电量（单位：MW·H）；Er为供热用厂用电量（单位：MW·H）；
其中，发电量Wf可以直接在发电机测量仪表上获取，总厂用电量Ec可以直接在厂高变测量仪表上获取，两者也可以通过计算在某一时间段内的平均值来取数，对于电厂每天都有较为精确的计算。
3.3计算实例
以恒运电厂#7机组为对象进行计算，根据2018年11月17日0：48实时运行工况数据，其中比焓值结合查阅《水和水蒸气热力性质图表》求出，燃煤收到基低位发热量由厂内化验室提供，具体数值详见表3-1所示。
表3-1 #7机组运行参数表
3.3.1计算供热标准煤耗br（由式（6）与表3-1数据）
br=35.176/ηg =35.176÷[D×(h0-hgs)+6264.259pr/
×(hzc-hzr)-Dlp×hlp]÷(B×Qnet)]
=35.176÷[556.3×(3438.36-1010.95)+6264.259×1.94/
×(3552-3057.69)-5.26×1436.32]÷(91×20908.88)]=42.949 kg/GJ
3.3.2计算供热耗标准煤量Bg（由式（9）与表3-1数据）
Bg=br×Q=br×(Dp×hp+Dz×hz)×10-6=42.949×(18.71×2908.64+67.24×3085)×10-6=11.246 t/h
3.3.3计算发电耗标准煤量Bd（由式（10）与表3-1数据）
Bd=Bb-Bg =(B×Qnet)÷29307.6-Bg =(91×20908.88)÷29307.6-11.246 =53.676 t/h
3.3.4计算供热比ar（由式（11））
ar=Bg÷Bb= Bg÷[(B×Qnet）÷29307.6 ] = 11.246÷[(91×20908.88)÷29307.6] =0.1732
3.3.5计算供热厂用电量Er（由式（12）与表3-1数据）
Er=Ec×ar=12.8×0.1732=2.217MW
3.3.6供电标准煤耗bg（由式（13）与表3-1数据）
bg=Bd÷(Wf-Ec+Er）=53.676÷(160-12.8+2.217)=0.3592 t/MW·H=359.2 g/kW·H
用同样的方法可以计算出机组在各种运行方式（包括不供热）下的供电标准煤耗值。经过收集多个工况下的运行参数，进行整理计算得出如表3-1数据。
表3-1 #7机组供热运行工况指标表
采用上述方法计算需要注意的是在收集数据时受瞬时参数量变化的影响所计算的数据容易存在偏差，因此可以采取在稳定负荷某一段时间内的平均值进行计算，准确度会相对提高。其次，由于市场影响煤种需掺烧，往往难以保证单一，化验时的数据与实际运行当中也存在偏差，各电厂应灵活应对保证数据准确。
图4-1供电煤耗与供热量变化趋势图
4数据分析
经上面计算后，结合表3-1数据可以得出以下几个结论：
（1）机组在150MW负荷情况下（工况4）进行抽汽供热时所产生的供电煤耗是最小，约323g/kWH，同比150MW负荷下没有供热时（工况10）367.8g/kWH，下降了44.8g/kWH，效果明显。
（2）机组负荷在160MW以上时，抽汽供热式况与不抽汽供热时的煤耗相差不大（工况2与工况9），主要原因在于高负荷下供热量较大时因需保证供热压力就需要通过关小中压缸调节阀进行节流提压，造成了中压缸内效率下降，在保证电负荷的情况下，发电所需的耗就会增大，最终使供电煤耗增加。
（3）负荷在140MW以下时供电煤耗相对较高（工况7与工况8），主要受到供热能力不足，对外供热量少，锅炉效率低等因素限制。
因此，最适宜的供热运行工况应该是在中压缸调门保持在全开情况下供热量和负荷均处于一个平衡的状态，负荷150MW时较为适宜。如图4-1所示，工况4中供热量与供电煤耗两曲线间距最小。
5供热系统对机组安全性的影响
两种供热方式当中，高再供热对机组安全上的影响较为明显，在供热流量较大的工况时主要表现在以下几个方面的影响：
（1）高压缸正胀差会增大，特别是#7机组胀差在不供热时已处于较高值，如再投入大量供热时会出现超限报警。为了应对这个情况机组运行中往往需将夹层加热装置投入以控制高度压缸胀差，保证供热能力。
（2）在高流量抽汽供热时，因供汽压力不足往往需要配合通过关小中压缸调门的方式来提压，从而使中压缸调门前后压差增大以及一段抽汽与高排压差大。为此，在设计上采取了相应的保护手段，见表5-1。
表5-1 供热保护措施表
（3）轴向推力增加，容易造成动静摩擦。易引起高加疏水量减少，水位过低。影响再汽器壁温。
（4）从系统图2-1知高再供热系统没有设置逆止阀，当机组跳闸、甩负荷、运行调整不当、供热压力大幅波动等异常工况出现时，存在高再供热倒流的风险。针对上述问题在调整当中要引起高度重视。
6 结语
经过对机组抽汽供热的各种工况进行计算与分析后，证明抽汽供热能有效降低供电标准煤耗，提高了机组市场竞争能力。在保证机组安全的前提下，应尽可能调整保持机组的供热量大小处于较高的经济运行工况当中，为节能降耗、节约成本创造更有利的局面。
参考文献
[1] 严家录、余晓福《水和水蒸气热力性质图表 》[M] 北京:高等教育出版社， 1995年。
[2] 张陆、陈健 《供热供电煤耗的计算方法》热力发电，2001，（1）。
[3] 郭卫华《广州恒运热电厂供热参数实测报告》国网湖南省电力公司电力科学研究院，2016年。
[4]《A厂2×210MW汽机辅机运行规程》广州恒运集团公司企业标准，Q/GZHY 105.01.DDF-2017。
论文作者:范方泗
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：煤耗论文; 标准煤论文; 机组论文; 单位论文; 工况论文; 标准论文; 用电量论文; 《电力设备》2019年第6期论文;