基于反平衡計算的管道熱損失耗差分析

上海電力學院 能源與環境工程學院 羅婷

0 前言

中國能源研究所研究數據表明，2000年按現行匯率計算的每百萬美元國內生產總值能耗，我國為1274t標準煤，比世界平均水平高2.4倍，火電供電煤耗比國際先進水平高22.5%，火電機組平均效率僅為33.8%，比國際先進水平低6%～7%，根據專家預測我國目前的節能潛力約為3億t標準煤[1]。我國的節能潛力很大，節能任務還很艱巨。發電廠作為我國燃煤大戶，需加大節能力度，提高機組運行效率降低煤耗。在發電廠熱力系統中，發電廠管道熱效率一度認為是固定值，忽略其節能潛力的存在。文獻[2]建立了發電廠管道熱效率反平衡計算的表達式，全面闡述了發電廠管道熱力系統的范圍、內涵及其在節能挖潛中的指導意義，同時證明了發電廠管道熱效率有著豐富的內涵，節能潛力可觀。

耗差分析是根據運行參數的實際值與基準值的差值，通過分析計算出運行指標對機組的熱耗率、煤耗率等指標的影響程度，以指導運行，使機組處于最佳或是接近最佳運行狀態，從而提高機組的運行經濟性[3]。因此，對存在節能潛力可挖的發電廠管道熱力系統中各項熱損失進行耗差分析，能夠為電廠管道系統的監測及維修提供指導依據，提高機組運行經濟性。

1 管道熱效率反平衡計算模型[2]

運用反平衡計算管道熱效率，得出管道熱效率并且可確定管道的各項熱損失。管道的主要熱損失有新蒸汽管道散熱損失q1，工質泄漏熱損失q2，再熱蒸汽管道熱損失q3，給水管道熱損失q4，廠用蒸汽熱損失q5，鍋爐連續排污熱損失q6，管道熱效率的計算公式為：

其中q1、q2、q3、q4、q5、q6的內容分列如下：

新蒸汽管道散熱損失q1：

帶熱量的工質泄漏熱損失q2：

再熱蒸汽管道散熱損失q3：

給水管道熱損失q4：

廠用蒸汽熱損失q5：

鍋爐連續排污熱損失q6：

式中：D0——主蒸汽流量，kg/h；

hb——鍋爐過熱器出口蒸汽焓，kJ/kg；

h0——汽輪機主汽門前蒸汽焓，kJ/kg；

Qb——鍋爐熱負荷，kJ/h；

D1——帶熱量的工質泄漏量，kg/h；

hma——補充水焓，kJ/kg；

Drh——再熱蒸汽流量，kg/h；

h"rh(b)——鍋爐再熱器出口蒸汽焓，kJ/kg；

h"rh——汽輪機中壓缸進汽焓，kJ/kg；

h'rh——汽輪機高壓缸出口蒸汽焓，kJ/kg；

h'rh(b)——鍋爐再熱器進口蒸汽焓，kJ/kg；

Dfw——鍋爐給水流量，kg/h；

hfw——汽輪機側給水焓，kJ/kg；

hfw(b)——鍋爐側給水焓，kJ/kg；

Dcy——發電廠每小時的廠用蒸汽量，kg/h；

hcy——發電廠廠用蒸汽焓，kJ/kg；

Dbl——鍋爐每小時連續排污量，kg/h；

hbl——鍋爐連續排污水焓，kJ/kg。

2 管道各項熱損失引起煤耗偏差的計算模型

運行參數偏離基準值所引起的煤耗偏差計算模型[4]如下：

式中 [△Bi]——某一參數偏離基準值帶來的煤耗變化量，g/kW·h，該值為正時表示煤耗增加，為負時表示煤耗降低；

[δηcp]i——某一參數偏離基準值導致的全廠熱效率相對變化值，%；經濟性提高時為正，反之為負；

Bb——發電標準煤耗率，g/kW·h。

當熱力系統改變或運行工況變化時，分析火力發電廠熱經濟性，一般情況下，對鍋爐效率ηb、機械效率ηm、發電機效率ηg產生變化可忽略，但管道效率ηp卻有直接的影響。因此，考慮管道熱效率的各項熱損失變化的問題，必須同時計入管道效率ηp和絕對內效率ηi的變化，才能得出正確、合理的結論。考慮管道效率后，機組熱經濟性變化算法[5]：

式中：H0—— 新蒸汽焓值，kJ/kg；

△H0—— 新蒸汽等效熱降變化值，當作功增加時為正值，反之為負，kJ/kg；

△Q0—— 循環吸熱量變化值，當循環吸熱量增加時為正值，反之為負值，kJ/kg；

2.1 新蒸汽管道的散熱損失變化引起的焓降

假設只有新蒸汽管道的散熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，則根據等效熱降法原理，可以得到新蒸汽管道的散熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量[6]：

式中：△H1——新蒸汽管道的散熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q1——新蒸汽管道的散熱損失變化量，kJ/kg。

2.2 工質泄漏熱損失變化引起的焓降

假設只有工質泄漏熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，并且為了便于計算，都把工質泄漏損失集中于新蒸汽管道上而一并進行分析計算，則根據等效熱降法原理，可以得到工質泄漏熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量[6-7]：

式中：△H2——工質泄漏熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

α2——工質泄漏份額，%。

2.3 再熱蒸汽管道熱損失變化引起的焓降

假設只有再熱蒸汽管道熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，則根據等效熱降法原理，可以得到再熱蒸汽管道熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H"3——再熱熱段管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q"3——再熱熱段管道熱損失變化量，kJ/kg；

η6——6號加熱器抽汽效率，%；

△Qzr—— 再熱冷段管道熱損失變化引起的再熱吸熱量的變化，kJ/kg；

△α7——7號加熱器抽汽份額的變化量，%；

σ——再熱器吸熱量，kJ/kg；

△q'3——再熱冷段管道熱損失變化量，kJ/kg；

q7——蒸汽在7號加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△H'3——再熱冷段管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

η7——7號加熱器抽汽效率，%。

2.4 給水管道熱損失變化引起的焓降

假設只有給水管道熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，則根據等效熱降法原理，可以得到給水管道熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H4——給水管道熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△q4——給水管道熱損失變化量，kJ/kg；

ηi—— 汽輪機組的絕對內效率，%。

2.5 廠用蒸汽熱損失變化引起的焓降

假設只有廠用蒸汽熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，則根據等效熱降法原理，可以得到廠用蒸汽熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量[6]：

式中：△H5——廠用蒸汽熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△αcy——廠用蒸汽熱損失變化份額，%；

hcy—— 發電廠廠用蒸汽焓，kJ/kg；

hn—— 汽輪機組排汽焓，kJ/kg。

2.6 鍋爐連續排污熱損失變化引起的焓降

假設只有鍋爐連續排污熱損失偏離了基準值而其它所有參數均為基準值，則根據等效熱降法原理，可以得到鍋爐連續排污熱損失偏離基準值引起新蒸汽等效焓降變化量：

式中：△H6——鍋爐連續排污熱損失變化引起新蒸汽等效焓降變化量，kJ/kg；

△αbl——鍋爐連續排污熱損失變化份額，%；

τr——給水在加熱器中的焓升，kJ/kg；

ηr——加熱器抽汽效率，%；

τ8——給水在8號加熱器中的焓升，kJ/kg；

q8——蒸汽在8號加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△Qzr-8——8號加熱器抽汽份額變化引起的再熱器吸熱的變化量，kJ/kg；

τ7——給水在7號加熱器中的焓升，kJ/kg；

q7——蒸汽在7號加熱器中的放熱量，kJ/kg；

△Qzr-7——7號加熱器抽汽份額變化引起的再熱器吸熱的變化量，kJ/kg。

3 管道各項熱損失引起煤耗偏差的計算實例

采用上述耗差分析模型，對N600-16.7/538/538型汽輪機和SG-2008/17.5-M901型鍋爐所組成的亞臨界機組的管道各項熱損失進行了耗差分析計算，其原則性熱力系統如圖1所示。有關管道各項熱損失計算的流量及汽水參數見表1和表2，計算結果見表3。

4 結論

根據管道效率反平衡計算模型、管道各項熱損失煤耗偏差計算模型以及煤耗偏差的計算結果，可得出如下結論：

圖1 N600—16.7/538/538型中間再熱機組發電廠原則性熱力系統（額定工況）

1）對電廠實際運行中管道各項熱損失的耗差分析，定量地反映出管道各項熱損失一旦偏離基準值都會引起對發電煤耗的增加，同時引起年發電成本增加。因此，在火電機組運行中要盡可能使運行參數的實際值接近目標值。

表1 N600-16.7/538/538型機組等效熱降及相關參數

表2 N600—16.7/538/538型汽輪機有關汽水流量及參數表（額定工況）

表3 N600-16.7/538/538型中間再熱機組發電廠原則性熱力系統（額定工況）對機組效率及經濟性影響

2）在管道各項熱損失增加相同百分比情況下，新蒸汽管道熱損失引起的發電煤耗增加最多，應加強對新蒸汽管道的監測及保溫。另外，因工質泄漏引起的熱損失也不容忽視。

3）煤耗偏差結果的準確性取決于數學模型和基準值的準確性，采用上述管道各項熱損失耗差分析計算模型能夠較為準確的計算出管道各項熱損失的偏離基準值所引起的耗差，為電廠管道系統的監測及維修提供指導依據。

[1] 李青，公維平.火力發電廠節能和指標管理技術[M].北京：中國電力出版社，2006：119-131

[2] 石奇光，薛玉蘭，馬慶.關于發電廠管道熱效率的反平衡算法及其分析 [J].華東工業大學學報，1997，19(3)：99-105

[3] 王罡，張光.實時耗差分析方法的研究[J].華北電力技術，2000，(2)：10-12

[4] 許振宇，陳鴻偉，高建強.火電廠鍋爐主要運行參數的耗差分析[J].熱力發電，2007，19(2)：16-18.

[5]石奇光，薛玉蘭，馬慶，鄭體寬.考慮發電廠管道熱效率的等效熱降法[J].動力工程，1999，19(1)：41-44.

[6] 林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].陜西：西安交通大學出版社，1994：98-134

[7] Yong Li and Lihua Cao.Improvements on the Equivalent Enthalpy Drop Method And Its Application in ThermalEconomy Diagnosisof Thermal System of Steam Turbine[J].Challenges ofPower Engineering and Environment，2007，(15)：1300-1304

[8] Hongling Yu,Guojun Li,Fan Zhu et al.Research on Optimal Operation in Large-Scale Steam Piping System [J].ChallengesofPower Engineering and Environment，2007，(8)：593-596