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1、论述提高热力发电厂热经济性的技术措施摘 要：研究热力发电厂的能量转换过程，分析其热经济性；讨论削弱热化经济效益的不利因素和提高热经济性的技术措施; 分析热力设备并列运行时负荷的经济分配原则。关键词：热电厂; 能量转换; 热经济性; 技术措施; 热负荷经济分配热电联产是节能的重要措施。利用生产流程中的余热或供汽和用汽间的压差发电，既生产了电能，又满足企业的生产用汽，收到了较好的经济效益。利用工业锅炉裕压发电，一般企业的总能效率约提高8 % ，能源消耗约降低12%。但是由于热电厂的不利因素工质损失，供热式机组凝汽发电的抵消作用和热、电负荷变化不一致使机组经常偏离设计工况等，节约燃料需具有一定的条件
2、。若认识不到这一点，就可能使设计和运行管理不当，造成热电厂热经济效益甚微，甚至还可能多耗燃料。因此研究热电厂的实际能量转换过程的不可逆性，提出减少这些损失的方法和需采取的相应措施，对提高热电厂的经济性是非常重要的。1.不可逆过程的作功能力损失热电厂的能量转换过程较为复杂,它是若干不可逆过程的组合，不可逆过程引起熵增S 导致作功能力损失。不可逆过程主要包括:（1）有温差的换热过程；（2）有压降的绝热过程;（3）有摩阻的绝热压缩（膨胀）过程。即使热功转换过程的不可逆损失在热电联产中被利用来供热而没有损失掉，但却减少了作功量，把高质量能量变成低质量能量来利用。所以为提高热电联产的热经济性，仍应力求使
3、作功能力损失为最小。2.供热机组的型式及特点供热式机组主要有抽汽凝汽式（C ，C C 型）和背压式（B ，C B 型）两大类。背压式供热机组是纯粹的热电联合生产，它的t=1，i=1，因此热能的数量利用率最高。热量法分配下，tp(h)=bphs；背压式汽轮机的i(e)=1,q(e)=3600/mg。对于只有背压式汽轮机的热电厂，tp (e)=bpmg。背压式供热机组生产的热电量间互相制约, 不能独立调节，一般是按热负荷调节，即形成自由热负荷，强迫电负荷Nel= f（Q），因此装背压式汽轮机后，电力系统中就要一定的补偿容量。背压式汽轮机焓降较小，热负荷变化时，电功率波动较大；当流量偏离设计值较多时
4、，机组相对内效率ri显著下降，作功能力损失大，因此引起的电量减少也转移给系统承担。背压式汽轮机发电节约燃料的临界值亦出现在热化发电节约的燃料（热量）等于补偿发电多耗燃料（热量）的时候，说明背压式汽轮机全年较多地偏离额定工况运行，就有可能不节约燃料。所以，背压式汽轮机应带基本热负荷，多用于热负荷全年稳定的企业自备热电厂。抽汽凝汽式汽轮机是为克服背压式汽轮机强迫电负荷的缺点而产生的，它相当于背压式汽轮机和凝汽式汽轮机的组合。由于凝汽发电部分的存在，热电能的生产有一定的自由度，在规定的范围内能各自独立调节，故其适应性大，但整机的热经济性低于背压式机组。由于调节机构的节流作用，其凝汽发电部分的相对内效
5、率低于凝汽式电厂中同参数、同容量的凝汽机组的i 。抽汽凝汽式机组适于带基本和中间热负荷，为保证它能经常在设计工况附近运行，机组最大供热量应小于热负荷最大值。(C，CC)型机组凝汽工况运行，偏离设计工况最远，是运行最不经济工况。因此其热经济性主要取决于热化发电在总发电中所占的比例 X = W h / W 的大小。据资料表明，在装设一次调整抽汽式汽轮机（C 型机）的热电厂中，只有当热电厂的热化发电比大于下列数值时，热电厂才能节约燃料。供热机组蒸汽初参数与代替凝汽式机组相同时，X13%15%；供热机组蒸汽初参数比代替凝汽式机组低一档时，X40% ；供热机组蒸汽初参数比代替凝汽式机组低二档时，X50%
6、。3.热化发电率及经济性比较热化发电率是热电厂重要的热经济指标，它是供热机组的热化发电量W h与热化供热量Qh.t 之间的比值。热化发电量越高，说明同样的供热汽流在该机组中转化成电功率的能量越多，经济性越好。由热化发电率的定义可以得到： ( Kwh / GJ )式中: Qh.t= Dh.t（hh -th），为返回凝结水的百分率; W h= D h.t（h 0-h ha）rimg /3600，W h 为对外供热汽流直接产生的电量，称外部发电量;W hi为回热抽汽加热供热循环的给水所形成的那部分回热发电量，称内部发电量；Z为供热循环给水所经过的回热加热器级数；Dhj为加热供热循环给水所增加的回热抽
7、汽量，它由供热循环的回热系统热平衡计算求得。由上述公式可看出，热化发电率与供热汽轮机初参数、供热抽排汽压力、回热的完善程度、供热汽流流经通流部分的相对内效率、返回水率及水温和补充水温、机电效率等有关。当蒸汽初参数及供热抽汽压力一定时，汽轮发电机组热变功的实际过程愈完善，不可逆损失愈小，热化发电率就愈高。所以，在热电联产项目可行性研究过程中，选择供热设备和设计供热系统，都会涉及该指标的计算。如国内某大型制浆企业，设计采用CB 7-3.43/1.27/0.49型供热汽轮机，平均负荷工况下，每小时发电为6410 kW。如选用相同进汽和供热参数的ENG50/40/50型汽轮机，则在相同的供热量下，每小
8、时可发电7500 kW ，按企业的生产规模一年可多发电8632 MWh ，节约电费近400 万元。因为 ENG50/40/50 型汽轮机实现了以“积木块”结构为主的系列化设计，汽轮机的相对内效率高，热化发电率就高，经济性就好。如采用次高压参数，经济效益会更好。4.初终参数变化对汽轮机经济性影响4.1 初压Po改变对汽轮机功率的影响义是汽轮机的初温和背压不变而初压改变时，全机的功率改变量可通过对功率方程式求全微分而得。当初压变化不大时，全机相对内效率i可认为不变；若流量也保持不变，对于非再热机组，全机有：从上式可知，初压变化不大时，若背压、初温和流量保持不变，汽轮机的功率仅随焓降ht而变；背压式
9、汽轮机的焓降比较小，在同样的初压变化下，背压式汽轮机功率的变化大于凝汽式汽轮机。根据计算，对CB7-3.43/1.27/0.49型汽轮机，初压降低0.1MPa，功率相对减少1.63%。4.2 初温to改变对汽轮机功率的影响汽轮机的初压和背压不变而初温改变时，若流量保持不变，功率的变化只是由于焓降与内功率变化引起的，则：根据计算，对CB7-3.43/1.27/0.49型汽轮机，汽温每降低10，机组功率相对降低1.4%。所以，低汽温运行会使机组运行的经济性降低。4.3 善排汽压力Pz的改变对汽轮机功率的影响排汽压力升高时，汽轮机的理想热焓降ht减少。当蒸汽流量不变时，汽轮机出力将按下式降低，即：式
10、中：ht为排汽压力升高后的理想热焓降；Pi、Pi 分别为汽轮机额定出力和排汽压升高的实际出力。汽轮机焓降小，排汽压力变化所引起的功率变化大。所以背压式汽轮机排汽压力的变化对汽轮机工况的影响远较凝汽式机组大。根据计算，对CB7-3.43/1.27/0.49型机组，背压升高0.1MPa，机组功率相对降低7.29%。初终参数变化不大时，不会影响机组运行的安全性，然而会影响机组运行的经济性。所以，对运行可控参数的合理调整是提高热电厂经济性的一项重要措施。5. 影响热力发电厂经济性的不利因素5.1善有C 、C C 型供热机组的热电厂，存在着比代替凝汽机组经济性还差的凝汽发电。代替凝汽机组的初参数比供热式
11、机组高时，它们的凝汽发电的差值就越大。5.2善热电厂的工质损失一般远大于凝汽式电厂。补水率大，会增加水处理设备投资和运行费用，减少对外供热的能力（据国内资料表明，如凝结水全部损失而引起的厂用热增加，可使对外供热能力下降21.5%左右）。还会使热力设备运行的安全可靠性降低。5.3善热电负荷变化不一致常使汽轮发电机组偏离设计工况。变工况下供热机组功率的变化大于凝汽式机组。供热调节的不合理会显著降低热电厂的热经济效益。6. 提高热力发电厂热经济性的途径6.1 善提高蒸汽初参数以提高循环的平均吸热温度提高蒸汽初温可以提高循环热效率，在一般常用压力下提高蒸汽初压也可以提高循环热效率。供热机组采用较高蒸汽
12、参数，一方面它可以提高机组热化发电的比例，另一方面在提高初压时机组相对内效率的降低没有凝汽式机组显著。这是因为供热机组有较大的供热抽汽量，它的高压级组蒸汽流量远大于同功率的凝汽式机组，漏汽损失相对较少；同时C、C C型机组的凝汽流很少，蒸汽最终湿度对机组工作可靠性和经济性的影响比凝汽式机组小得多。6.2 善降低蒸汽终参数以降低循环的平均放热温度降低蒸汽终参数，其平均放热温度明显下降，总是使循环热效率显著提高。抽汽凝汽式供热机组终参数取决于凝汽器的真空度，而凝汽器的真空度与冷却水的温度和流量，凝汽器的结构，汽轮机末级的流通面积、余速损失，汽轮机的负荷和真空系统的严密性、清洁度等因素有关。其中影响
13、冷却水温的自然条件和影响汽轮机末级流通面积的技术条件是决定凝汽器极限真空度的两个主要因素。提高真空度可使汽轮机的理想焓降增大，功率增大。但是无论从设计角度还是从运行角度来看，都不是真空度越高越好。运行机组靠增大循环水量来提高真空度，但过分增大循环水量，可能使提高汽轮机真空度而多发的电反而少于循环水泵多耗的电。因此，保持凝汽器的最佳真空度是运行热电厂节能的有效措施之一。背压式汽轮机的焓降比较小，排汽压力的变化对汽轮机工况的影响要远较凝汽式汽轮机为大。为了提高背压式汽轮机运行的经济性，在保证生产用热条件下，应尽量维持背压在规程规定允许的低限值，以增加发电量。在选择背压式供热机组时，应该在供热提供的
14、允许汽压范围内，取尽可能低的压力作为计算的依据，以避免背压机焓降减小和采用减温器所带来的可用能的损失。6.3 善采用给水回热以提高循环的平均吸热温度热电厂都以某一热力循环为基础。采用回热循环，一方面可以减少实际循环的冷源损失，使蒸汽的热量用于加热锅炉的给水，提高给水吸热的平均温度；另一方面，由于给水的温度提高，使锅炉高温烟气和水的换热过程的传热温差变小，减少作功能力损失。因此回热循环的热效率比同参数的朗肯循环高，采用给水回热循环，可节约燃料5 % 12 % 。C、CC型供热机组可通过采用完善的给水回热来提高热经济性。6.4 善充分利用低位热能以提高热利用率利用工质的回收来减少热电厂的汽、水和热
15、量损失以及“废热”的利用所涉及的面较宽。要注意疏放水的回收，供热返回凝结水的回收，以及锅炉连续排污的利用。采用工质回收带来的经济效益，包括了热能回收的经济效益和工质回收补充水量减少带来的经济效益。如国内某大型制浆企业，过去大部分加热蒸汽的凝结水不能回收，或作为工艺生产使用，返回水率不到2 0 %（有时甚至为零），热损失和工质浪费是很大的。随着技术和管理水平的不断提高，如今生产的返回水率已提高到72.3%，热电厂的供热能力已提高到100t/h，完全满足企业生产的需要。与过去相比，年节约标准煤4200多t，年节约除盐水43万m3 大提高了企业的经济效益。6.5 善合理分配热负荷，以提高热力发电厂运
16、行的经济性由于热、电负荷的变化，热力发电厂的主要热力设备不可能一直保持在经济负荷下运行。所以，热电厂组织经济运行的一个最基本要求就是对于给定的能量输出追求最小的能耗。在一定负荷下，如何使能量消耗为最少，这个问题主要取决于热力设备的动力特性和与之相应的负荷分配方法。作为能量转换的热力设备，其动力特性定量地反映出了能耗与能量输出之间的关系。如供热式汽轮机的汽耗特性D = F（N，Qh） ，热耗特性 Q = F（N，Qh）和锅炉的煤耗特性 B=F（Db）。根据热力设备并列运行负荷经济分配的基本原理，微增能耗率决定了并列运行机组间的负荷分配。6.5.1 善并列运行的锅炉之间负荷的经济分配由于锅炉设备的
17、微增燃料消耗曲线的上凹特性，并列运行的锅炉之间负荷的经济分配应采用等微增分配，即各锅炉的微增燃料消耗率rb相等。锅炉之间负荷的分配除考虑经济性的原则外，还必须注意到锅炉燃烧稳定的最低负荷要求。即为了保证锅炉工作的可靠性，变动工况时负荷的分配还应使锅炉不至于在最低负荷下运行。6.5.2 善并列运行的供热式汽轮机热负荷的经济分配并列运行的供热式汽轮机热负荷经济分配，应根据设备的热耗特性来分配负荷。热量法是从热能数量利用的观点来分配总热耗量的，它认为热电联产中的电能生产没有冷源和不可逆损失，热化发电的循环热效率为1。根据这个原则热化发电率越高，生产相同热负荷发电量就越多。因此进行热负荷分配，就是要保
18、证在热负荷一定的条件下使全厂热化发电量最大。根据以上分析，可以推出供热机组间热负荷分配的方法是：按照热化作功系数K的大小顺序决定各机组带热负荷的顺序，由K 值大的供热机组依次带满直至K值最小的机组。由于热化作功系数中的抽（排）汽焓与供热汽流在汽轮机中的实际焓降有关，因此在一定的情况下，可根据各供热汽轮机的实际焓降大小，近似确定各供热式汽轮机承担热负荷的次序。参考文献1 郑体宽.热力发电厂M.北京：水利电力出版社，1995.2 范季贤, 汤惠芬, 张伏生. 供热制冷设备手册M .天津:天津科学技术出版社, 1996.3 沈士一，庄贺庆，康松，庞立云.汽轮机原理.水利电力出版社，1992.4 王加璇. 动力工程热经济学M . 北京: 中国电力出版社,1995.5 王加璇, 张恒良. 动力工程热经济学M . 北京: 水利电力出版社, 1995.6 王云波, 倪维斗, 李政, 王灵梅. 多联产能源系统的热经济学分析 J . 煤炭转化, 2005, 28 ( 4) : 57- 61.
