分析方法在發電廠熱經濟性計算中的應用研究

摘要：文章根據某火電機組采用的熱經濟性評價方法，通過已知數據對火電機組熱力系統中的設備進行分析，可有效地評價系統中能量利用的合理程度，得出發電廠電能生產過程熱力系統的用能薄弱環節，分析產生這些損失的原因并評價其設備是否具有節能的潛力，提出改進措施。

關鍵詞：熱力系統；分析方法；發電廠；火電機組；熱經濟性計算；熱損失 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2015）11-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.028

1 概述

能源是國民經濟發展的重要物質基礎。能源工業是國民經濟的基礎產業，是實現現代化的物質基礎，世界各國都把建立可靠、安全、穩定的能源供應保障體系作為國民經濟的戰略問題之一。我國是一個一次能源豐富的國家，但人均資源相對匱乏。我國是世界上少有的幾個以煤電為主的一次能源國家，根據2013年中國能源統計年鑒發布的數據表明。2012年全國的總發電量為49877億kW·h，而火電為38928.1億kW·h，占總發電量78.05%。在未來較長時期內，火力發電在中國電源結構中仍將占據較高比重。這不僅是電源本身發展的需要，也是綜合發揮中國能源資源效率、提高經濟與總體環保效益的最好選擇。隨著人們對環境要求的提高，節能減排的任務將更加艱巨。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出：到2015年，中國非化石能源占一次能源消費比重達到11.4%，單位國內生產總值能源消耗比2010年降低16%，單位國內生產總值二氧化碳排放比2010年降低17%。

從總體上看，我國的電力行業無論在技術裝備方面還是運行水平方面與世界先進國家之間存在著一定差距。雖然供電標準煤耗由2000年的每千瓦時363克下降到2012年的305克，而在發達國家2012年這一數據為295克，我國與之相比依然偏高。火電作為我國主要的電力保障行業，對節能減排目標的實現具有重要的作用。對現有的火電機組進行技術改造和優化以減少能耗的方法，具有巨大的節能潛力。按照2012年全國發電量49877億千瓦時計算，供電標準煤耗每下降1g，全年可節省標準煤將近500萬噸。

2 熱經濟性評價的兩種方法

評價能量利用的程度有兩種觀點：一種是能量數量的利用，另一種是能量質量的利用。因此從熱力學的觀點來分析有兩種方法：第一種方法是以熱力學第一定律為基礎的熱量法（效率法、熱平衡法、等效焓降法），通過計算熱力循環裝置或設備有效利用的熱量占所有耗熱量的百分數，研究損失產生的部位、大小、原因及其相互關系，常用于定量分析；第二種方法是以熱力學第二定律為基礎的熵分析法或將熱力學第一、第二定律結合的分析法，一般用于定性分析。

3 廣泛采用的熱經濟性評價方法

通過對省內某火電機組進行調研，獲取了該電廠原則性熱力系統圖組成、給定的電廠負荷工況、鍋爐和汽輪機的技術特性。汽輪機型號為N600-16.7/537/537，鍋爐型號為HG-2008/18.24-M。機組有8段抽汽，回熱系統為三高四低一除氧，一、二、三段抽汽分別向高壓加熱器供汽，四級抽汽除供除氧器外，還向2臺給水泵及輔汽系統供汽；五至八級抽汽分別向4臺低壓加熱器供汽。該機組熱力系統計算采用常規計算方法，即列出各加熱器的物質平衡式、熱平衡方程及汽輪機功率方程式，聯立求解多元方程組，得出熱力系統各部分汽水流量及其參數和熱經濟指標。該方法直觀、簡捷、計算方便，計算結果鍋爐效率ηb=0.92，管道效率ηp=0.986，汽輪機絕對內效率ηi=0.4902，汽輪機機械效率ηm=0.995，發電機效率ηg=0.988，全廠熱效率ηcp=ηbηpηiηmηe=0.4371。

4 分析方法的應用研究

分析法是一種依據熱力學第二定律發展起來的能量分析方法，它深刻揭示了能量在傳遞和轉換過程中能量品質（能質）必然蛻變的規律，熱力學稱之為能質蛻變原理。分析法與第一熱力學分析法（焓分析法）的根本區別就在于它確認了不同能量之間所具有的質的差別，并在分析中同時體現能的數量和品質的作用，為分析結果的科學與準確性提供了保證。通過分析可以明確熱力系統中各個設備的有效能量的利用情況，可對挖掘系統的節能潛力提供重要依據。分析法是通過平衡方程確定過程的損失和效率，其主要內容包括：確定流入流出系統的各種物流量、熱流量和功流量（能流量）、流量以及各種物流的狀態參數；由平衡方程確定過程的損失；確定過程的熱力學第二定律效率。

利用分析方法對各種能量系統進行分析，可以明確系統各部位的損失，求取各項性能指標，對所研究的系統進行客觀評價。

按照能量轉換的順序，對熱力系統中的各設備進行損失和效率的分析。計算條件：以1kg工質作為計算基準，忽略工質在給水泵的焓升。根據已有的汽水參數和各設備的效率，由各熱力設備中的平衡式，求得熱力系統中各有關熱力設備的值。

實際凝汽式發電廠能量轉換的全過程是由若干不可逆過程組合而成，每一個不可逆過程均存在損失，總的損失包括鍋爐的△Eb、管道的△Ep、汽輪機的△Et、凝汽器的△Ec、機械的Em與發電機的△Eg。

鍋爐中的損失為△Eb=48.51%，由三部分組成：鍋爐的散熱損失，化學能轉換為熱能引起的損失，工質溫差傳熱引起的損失。其中過熱器和再熱器的效率分別為51.61%和51.8%，過熱器的損失系數最大，主要是由于燃燒和傳熱的不可逆程度大造成的。

主蒸汽管道中由散熱和節流引起的損失為△Ep=0.21%。

汽輪機內部的損失是由不可逆膨脹引起的，△Et=4.2%。其中汽輪機級組中調節級機組節流損失較大，低壓缸末級級組處于濕蒸汽狀態工作，效率分別為82.99%和85.91%，其余級組效率均在95%以上，相對于鍋爐來說較小。回熱系統中，加熱器內換熱溫差越大效率越低，故高壓加熱器效率均高于低壓加熱器。其中3號回熱加熱器抽汽引自中壓缸，溫度和焓值大幅提高，損失最大。

凝汽設備中的損失是由溫差傳熱引起的△Ec=2.2%。汽輪機機械摩擦阻力引起的損失△Em=0.73%。發電機輸出電能總是小于汽輪機軸端的有效功率，兩者之差為發電機的損失△Eg=0.46%。

從數據結果看鍋爐側過熱器和在熱氣的損失系數最大，這主要是因為燃燒與傳熱的不可逆造成的。全廠的效率為43.69%。

5 結語

某電廠的熱經濟性評價采用常規計算方法即效率分析法，總效率為43.71%，由于凝汽器乏汽冷凝冷源損失最大，故能量損失最大部位為汽輪機，其次為鍋爐損失。采用分析方法進行熱經濟性評價，由于鍋爐內換熱溫差和燃燒的不可逆損失，能量損失最大部位為鍋爐，總效率為43.69%。兩種評價方法輸入的燃料化學能相等，輸出的有效電能相同，評價結果一致。各電廠廣泛采用第一種方法進行熱經濟性評價，主要因為該方法計算簡單，便于定量分析。但不同能量有質的區別，即在凝汽器中的能量損失數量雖然很大，但品位很低，沒有利用價值，這部分熱量自從鍋爐中來就因燃燒、傳熱的不可逆性已喪失做功能力。所以，要從根本上提高發電廠的熱經濟性，應減小換熱設備中的不可逆傳熱溫差、汽水流動過程中的摩擦阻力、節流和散熱損失。

參考文獻

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基金項目：寧夏職業技術學院，寧夏廣播電視大學科研發展基金資助（2014）。

作者簡介：樊嘉欣（1986-），女，內蒙古烏海人，寧夏職業技術學院講師，研究方向：熱力設備與系統。

（責任編輯：秦遜玉）