電廠汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系分析

董尚軍

摘 要：目前，火電仍是我國電力生產的主要方式，煤耗就成為影響電力生產經濟效益的重要因素，因為燃煤成本大約占發(fā)電成本的60%。降低發(fā)電煤耗，提高能源利用率，不僅提高了發(fā)電廠的經濟效益，而且節(jié)能減排有利于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，所以研究降低煤耗的措施具有重要的意義。影響煤耗的因素除了煤質和鍋爐運行工況以外，還與汽輪機運行狀態(tài)有關，因此本文對汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系進行了分析。

關鍵詞：汽輪機；運行參數(shù)；煤耗；關系；火電廠

一、研究汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系的方法

目前，研究汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系的方法[1]主要有以下這些：

1.常規(guī)熱平衡法

該方法邏輯清晰，易于理解，但在逐級求解加熱器從高壓到低壓抽氣量的熱平衡方程非常復雜，不易探求其內在規(guī)律，影響實際應用。

2.矩陣法

矩陣法實為在熱平衡法建模基礎上的二次建模，其數(shù)形結合的思想適于計算機編程，但用于汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系的研究，方法還不夠成熟。

3.火用分析法

火用分析法也稱為?分析法。?表示單位質量的物質包含的熱量可用性。?分析的理論基礎是熱力學第二定律，即孤立系統(tǒng)中的熵增原理。由于求解過程涉及高階矩陣求逆，方法較為復雜，所以實際應用受限。

4.循環(huán)函數(shù)法

該方法將復雜的熱力系統(tǒng)分為主循環(huán)及若干并列的輔助循環(huán)，然后分別計算主、輔循環(huán)的熱經濟指標，計算機計算量大為減少，但熱力系統(tǒng)調整時端差的計算比較麻煩。

5.等效焓降法

這種方法實為定流量分析方法，由于不需要全盤重新計算就能探明系統(tǒng)變化的經濟性，可以方便地算出系統(tǒng)局部變化對整機系統(tǒng)的影響，因而實用性很強。

通過上面分析不難看出，采用等效焓降法分析汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系是較好的選擇。

二、汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系的計算模型與煤耗偏差分析

1.煤耗偏差計算模型

熱力設備運行參數(shù)偏離目標的相對變化值和絕對變化值可用以下關系表達：

（1）

（2）

式（1）、（2）中，[?bb]i表示某一運行參數(shù)偏離基準值所引起的標準煤耗的絕對變化量，單位是g/（kW·h）；bb表示發(fā)電標準煤耗率，單位也是g/（kW·h）；[δη]i表示某一運行參數(shù)偏離基準值所引起的某分效率的相對變化量，單位是%；[δq]i表示某一運行參數(shù)偏離目標值所引起的熱耗率相對變化率，單位是%；式（1）中的“-”表示標準煤耗與各分效率的關系是反比關系，也就是各分效率升高則標準煤耗降低；式（2）沒有“-”，說明標準煤耗與熱耗率的關系是正比關系，即熱耗率提高，標準煤耗也升高。

2. 給水溫度變化引起的煤耗偏差[2]

汽輪機排氣壓力變化及各級加熱器性能變化都會使鍋爐給水溫度發(fā)生變化。給水溫度下降，其給水比焓也降低，致使蒸汽循環(huán)吸熱量增加，進而汽輪機內效率減少，而標準煤耗升高。鍋爐給水溫度變化偏離基準值對機組經濟性的影響可用式（3）表示：

（3）

式（3）中，?q表示給水溫度變化引起的經濟性變化量；d'表示新蒸汽的汽耗率，單位為kg/（kW·h）；q0'表示新蒸汽比熱耗實際值，單位是kJ/（kW·h）；d表示新蒸汽的汽耗率基準值，單位同d'；q0表示新蒸汽的比熱耗基準值，單位同q0。

鍋爐給水溫度變化偏離基準值對汽輪機熱耗率相對變化為：

（4）

再據式（2），取，可得鍋爐給水溫度變化偏離基準值對機組煤耗量變化關系如下：

（5）

3.主蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差

主蒸汽溫度不變，而其壓力下降，汽輪機內的蒸汽放熱量將減少，整機理想焓降下降，機組經濟性也隨之降低。汽輪機運行過程中，主蒸汽壓力從p1變化到p1'，高壓缸理想狀態(tài)下實際焓由h1'變化到h2'，基準焓值由h1變化到h2，機組比焓降變化量為：

（6）

汽輪機相對內在效率可表示為：

（7）

整個機組熱效率變化量用下式表示：

（8）

式（8）中，表示主蒸汽壓力變化前的機組效率。取，再據式（1）可得到主蒸汽壓力變化引起機組煤耗偏差為：

（9）

4.主蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差

主蒸汽壓力及其他運行參數(shù)不變，假如主蒸汽溫度下降，則高壓缸理想焓也下降，由于排汽濕度提高，機組內在效率也隨之下降，因而功率也降低。主蒸汽溫度由t變化到t'，汽輪機做功損失量為：

（10）

式（10）與式（6）形式相同，但意義并不相同。采用與2.3節(jié)同樣的方法，可導出主蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差關系如下：

（11）

5.再熱蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差

不同于高壓的主蒸汽，由于再熱蒸汽壓力低，其單位壓降做功損失比主蒸汽大得多，所以對機組經濟性的影響絕對不能忽視。然而，再熱蒸汽壓力變化引起的煤耗偏差關系式相同：

（12）

6. 再熱蒸汽溫度變化引起的煤耗偏差

再熱蒸汽溫度變化的影響性質類似主蒸汽溫度變化，所引起的煤耗偏差關系形式相同：

（13）

7. 排汽壓力變化引起的煤耗偏差

排汽壓力變化對汽輪機做功有影響，一是排汽焓改變引起機組有效焓降做功量變化；二是引起凝結水溫度變化，進而影響低壓加熱器抽汽量變化，并最終影響做功量。排汽壓力變化引起的煤耗偏差關系式也與前幾節(jié)的形式相同：

（14）

8.汽輪機運行參數(shù)綜合變化引起的煤耗偏差

當汽輪機多個運行參數(shù)同時發(fā)生改變并引起煤耗偏差，可以將各個運行參數(shù)的影響進行累加：

（15）

當鍋爐給水溫度沒有偏離基準值時，第一項bbδq為0。n表示所有運行參數(shù)的個數(shù)。

9.汽輪機運行參數(shù)與煤耗關系實例

某300MW火電機組運行參數(shù)與煤耗關系計算結果見表1。

總之，節(jié)能減排已成為我國經濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標，作為耗煤大戶的火電廠也有責任和義務承擔起節(jié)能減排的重任。本文研究結果表明，汽輪機運行參數(shù)與煤耗之間存在著密切的關系，通過優(yōu)化和控制運行參數(shù)可以實現(xiàn)煤耗降低的目標，這為電廠運行人員合理調整汽輪機運行方式提供了有效依據，從而為電廠節(jié)能減排發(fā)揮了積極的作用。

參考文獻：

[1]沙偉，薛云燦，劉瑞陽，等. 電廠汽輪機主要運行參數(shù)變化的煤耗分析[J].陜西電力，2014，42（10）：10-12，17.

[2]張國立，曹麗華，姜鐵騮. 某火電廠運行熱經濟性診斷和節(jié)能潛力分析[J].東北電力大學學報，2009，29（4）：72-77.

（作者單位：廣東粵電云河發(fā)電有限公司）