垃圾電站實際運行狀態發供電煤耗確定方法及應用

王加勇 鄧德兵 陳 偉 楊 杰

蘇州熱工研究院有限公司

0 概述

垃圾電站和常規燃料電站相比最大的特點是燃料特性不同, 垃圾具有多成分、多形態, 高水分、高揮發分、低熱值、低固定碳等特點,其熱值變化很大,因而垃圾焚燒鍋爐的出力難以穩定。為降低垃圾電站的鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕，在垃圾鍋爐上使用蒸汽空氣加熱器以提高空氣入口溫度[1]，使鍋爐和汽機側有汽水交換。

垃圾電站的鍋爐效率、機組熱耗率、廠用電率和供電煤耗的計算，因鍋爐效率和汽機熱耗率邊界的不統一難以為電廠指標考核和節能分析提供參考[2、3]。本文對現有計算方法進行了分析，指出鍋爐熱效率反平衡計算在于對各種損失計算。汽機熱耗率計算關鍵在于吸熱量的計算。汽機熱耗率以進入汽輪機流量為邊界條件，在計算中考慮汽機側工質損失，如：排氧、加熱器運行排汽、取樣、抽汽、閥門內漏等。而鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保用汽以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率，也不影響汽機熱耗率計算，但影響機組整體運行水平[4、5]。為了合理準確地評價垃圾電站運行的經濟水平，對供電煤耗率進行理論分析，并對供電煤耗率進行邊界劃分，能真實反映機組運行狀態并通過工程應用，有一定的推廣價值。

1 供電煤耗定義及其邊界條件劃分

垃圾電站包含焚燒爐、余熱鍋爐、蒸汽-空氣預熱器、一次風蒸預器來源、二次風蒸預器來源、煙氣凈化系統（石灰漿配制系統、噴霧反應塔系統、消石灰噴射系統、活性炭噴射系統、袋式除塵器系統、引風機、煙道及煙囪）、化水處理系統、一體化凈水系統、汽機及其附屬系統，系統復雜，汽水鍋爐和汽機側交換較多。

1.1 鍋爐熱效率測量

采用熱平衡法計算鍋爐效率，需測量和計算鍋爐排煙熱損失、輻射和熱傳導熱損失、爐渣未完全燃燒熱損失、飛灰未完全燃燒熱損失和煙氣CO 未完全燃燒熱損失、有效能量輸出。運行期間鍋爐不可避免需排污、蒸汽吹灰，除鍋爐給水進入與主蒸汽輸出外，存在其他汽或水進入熱力系統。

計算方法如下：

從公式（1）可見，鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保伴熱以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率。

1.2 汽輪機熱耗率

日常計算中，進入汽機主蒸汽流量為輸入熱源。主蒸汽帶入汽輪機的熱量，扣除給水帶走的熱量、空氣預熱器I 級預熱抽汽帶走的熱量和空氣預熱器疏水回收至除氧器的熱量，得到汽輪機總的輸入熱量。汽機總的輸入熱量，除以發電機端輸出電功率（扣除非同軸勵磁功耗），得到汽輪發電機組的試驗熱耗率。計算公式如式（2）：

式中：HR—汽輪發電機組的試驗熱耗率，kJ/(kWh)；

P—發電機輸出端功率，kW；

Pecx—勵磁變輸入功率，若無則取零，kW；

Gms,hms—進汽機的主蒸汽流量（kg/s）、比焓（kJ/kg）；

Gfw,hfw—給水流量（kg/s）/給水比焓（kJ/kg）；

Gex,hex—段抽汽流量（kg/s）、比焓（kJ/kg）；

Gah,I,hah,I—空氣預熱器第一級疏水流量（kg/s）、疏水比焓（kJ/kg）；

Gah,Ⅱ,hah,Ⅱ—空氣預熱器第二級疏水流量（kg/s）及疏水比焓（kJ/kg）。

由公式(2)可見，汽機熱耗率以進入汽輪機流量為邊界，汽機側工質損失如排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內漏等跑冒滴漏均已計算在內。

鍋爐傳遞給汽輪機的熱量Q0，經過轉換和克服各項損失后輸出有效電功率Pel。

由式（3）可得汽輪機熱耗率HR 與各效率之間的關系為：

式中：Q0—進入汽輪機的總熱量，kJ/h；

ηt、ηri、ηm、ηg分別為汽輪機的理想循環熱效率、相對內效率、機械效率、發電機效率。

依據標準DL/T904-2004，對于凝汽式電廠，采用反平衡方法得到的全廠熱效率可表示為

當采用發電機輸出功率和鍋爐輸入熱量表示全廠熱效率時，即可求得供電煤耗率。

b—供電標準煤耗率，g/(kW·h)；

εap—廠用電率，%。

從公式（1）～（6）可以看出汽機側熱耗率計算與鍋爐效率計算邊界條件的不統一，使基于鍋爐反平衡供電煤耗值失去了真實的意義。為此，本文提出供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機熱耗率在同一邊界統計下進行，鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保用汽以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量得到考慮，汽機側工質損失如排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內漏等均已計算考慮在內，即汽機熱耗率計算時主蒸汽流量等于給水流量。

2 工程實例分析及其驗證

2.1 鍋爐熱效率及各項損失計算

焚燒爐-余熱鍋爐熱效率計算見表1。

表1 鍋爐熱效率計算表

由表1可見，鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保伴熱以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量均不影響鍋爐效率。

2.2 汽機熱耗率計算

機組純凝工況主要參數見表2。

從表2 可以看出，汽機熱耗率以給水流量為邊界，汽機側工質損失如排氧、加熱器運行排汽、取樣、抽汽、閥門內漏等跑冒滴漏均已計算考慮在內，鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保用汽以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量也考慮在內，對評判機組整體運行水平更有意義。

2.3 廠用電率統計

連續統計五天發電量和上網電量，得到機組日常運行廠用電率，廠用電率統計見表3。機組平均廠用電率在15.24%左右。

表2 機組純凝工況主要參數表

表3 機組廠用電率統計

2.4 供電煤耗計算

供電煤耗率計算見表4。

表4 機組供電煤耗率計算

由表4 可見，以進汽機蒸汽流量為基準和以給水流量為基準對機組日常能耗統計影響較大，由于垃圾電站鍋爐和汽機系統汽水交換相對常規電站不同，垃圾電站在日常運行中，作一個整體運行優化調整。汽機熱耗率計算時以給水流量作為主蒸汽流量，在供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機熱耗率在同一邊界下進行，鍋爐側的吹灰、排污、取樣、環保用汽以及鍋爐側跑冒滴漏等帶走的能量，汽機側工質損失，如：排氧、高加運行排汽、取樣、閥門內漏等跑冒滴漏均已包含在計算中。

3 結論

1)本文提出供電煤耗計算過程中，鍋爐反平衡效率和汽機熱耗率在同一邊界下進行。

2)本文從供電煤耗計算方法入手，以某垃圾電站為例，分析了計算結果產生差異的主要原因，為全廠節能診斷和挖掘節能潛力奠定了基礎。