大機(jī)組非熱電聯(lián)產(chǎn)供熱比指標(biāo)及簡(jiǎn)捷計(jì)算方法

曹炳元，陳國(guó)年

（1.江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212114；2.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024）

近年來(lái)在節(jié)能減排的政策方針下，大批火電大機(jī)組正在替代小機(jī)組集中供熱。一些大機(jī)組供熱系統(tǒng)比較復(fù)雜，部分供熱系統(tǒng)已不屬于單純的熱電聯(lián)產(chǎn)方式[1]，如某些機(jī)組在鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)同時(shí)對(duì)不同要求的用戶供熱；為滿足運(yùn)行監(jiān)控和指標(biāo)核算的不同需要，供熱計(jì)量布點(diǎn)也較多，在機(jī)組熱力系統(tǒng)邊界、廠界和用戶端配置了供熱計(jì)量裝置，供熱指標(biāo)統(tǒng)計(jì)亦趨復(fù)雜。

在電力行業(yè)內(nèi)普遍依據(jù)熱量法原理計(jì)算供熱機(jī)組的指標(biāo)。供熱比[2]作為供熱機(jī)組熱電產(chǎn)品能耗分?jǐn)偟囊粋€(gè)重要指標(biāo)，在電廠日常統(tǒng)計(jì)中最為關(guān)鍵。計(jì)算供熱比的主要目的是為進(jìn)一步將入爐燃料量、廠用電量等能耗合理地分配到熱電產(chǎn)品上。《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法（DL/T 904—2004）》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中把供熱比定義為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的機(jī)組供熱量與汽輪機(jī)熱耗量之比值。過(guò)去，小機(jī)組通常由汽輪機(jī)抽汽或乏汽對(duì)外供熱，均按照《標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算供熱比。但對(duì)有鍋爐側(cè)直接供熱的大機(jī)組而言，機(jī)組供熱量為爐側(cè)與機(jī)側(cè)供熱量之和，汽輪機(jī)組耗熱量并不包含全部供熱量,顯然用《標(biāo)準(zhǔn)》供熱比定義式計(jì)算是不恰當(dāng)?shù)模淮送狻稑?biāo)準(zhǔn)》對(duì)機(jī)組供熱量的計(jì)量位置沒(méi)有明確規(guī)定，在電廠統(tǒng)計(jì)中存在差異，缺少可比性，大機(jī)組復(fù)雜供熱系統(tǒng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的規(guī)范性是一個(gè)共性問(wèn)題。

1 非熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組能耗分?jǐn)?/h2>

1.1 鍋爐輸出熱量與產(chǎn)品熱耗量分?jǐn)?/h3>

在燃煤電廠，一個(gè)統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的入爐燃料量及其熱值通常可由入爐計(jì)量和取樣化驗(yàn)直接統(tǒng)計(jì)得到，但對(duì)供熱機(jī)組而言，在生產(chǎn)指標(biāo)日常統(tǒng)計(jì)中必須把入爐燃料量、廠用電量等消耗量分?jǐn)偦蚍峙涞綗帷㈦姷犬a(chǎn)品上去。熱量法是按機(jī)組產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)耗熱量占總熱量的比例進(jìn)行分配的一種方法，正確計(jì)算分配比例是供熱機(jī)組生產(chǎn)指標(biāo)日常統(tǒng)計(jì)中最為關(guān)鍵的工作。由電廠鍋爐原理知，在一個(gè)統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的鍋爐總輸出熱量：

式（1）中：Q1為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)鍋爐總輸出熱量，kJ；Qr為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)鍋爐總輸入熱量，kJ；ηb為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)鍋爐平均熱效率；B為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)入爐總?cè)剂狭浚琸g；q為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)入爐燃料平均熱值，kJ/kg。

在鍋爐輸出熱量中除了用于發(fā)電、供熱（變成產(chǎn)品）外，還包含了生產(chǎn)工藝過(guò)程中鍋爐的蒸汽吹灰、排污、汽水取樣、泄漏、管道散熱等熱量消耗或損耗，不妨將這部分未被產(chǎn)品有效利用的鍋爐輸出熱量總和稱為鍋爐自耗熱量；又遵照《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的機(jī)組總能耗應(yīng)區(qū)分為生產(chǎn)和非生產(chǎn)兩大類，非生產(chǎn)耗能必須單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。據(jù)此，可以將統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的鍋爐總輸出熱量分為由生產(chǎn)耗熱量（發(fā)電、供熱耗熱量）、非生產(chǎn)耗熱量和鍋爐自耗熱量構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 供熱機(jī)組輸入與輸出能量的統(tǒng)計(jì)模型

圖1中，Qs為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)鍋爐自耗熱量，kJ；Qe為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)機(jī)組發(fā)電耗熱量，kJ；Qh為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)離開(kāi)機(jī)爐主系統(tǒng)邊界的供熱量，kJ；Qo為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)非生產(chǎn)耗熱量，kJ。并且：

由于鍋爐輸出熱量中未被發(fā)電和供熱利用的熱量Qs是在生產(chǎn)熱、電產(chǎn)品時(shí)伴隨產(chǎn)生的熱耗或損耗，故這部分耗熱量及其對(duì)應(yīng)的燃料消耗應(yīng)分?jǐn)偟疆a(chǎn)品中去，按常規(guī)方法此自耗熱量以管道效率的指標(biāo)衡量[2]，即：

式（3）中：ηp為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的平均管道效率。

管道效率數(shù)值大小與機(jī)組類型及供熱期內(nèi)鍋爐蒸汽吹灰、排污、泄漏等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況計(jì)算確定。為了把鍋爐自耗熱量按相同比例分?jǐn)偨o式（2）右邊其他耗熱項(xiàng)，只要將式（3）代入式（2），整理即得：

分別令：

則：

式（5）中：Q'e，Q'h，Q'o即是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的鍋爐輸出熱量中分配給發(fā)電、供熱和非生產(chǎn)類產(chǎn)品的熱耗量，kJ。

1.2 供熱比與鍋爐入爐燃料量的分?jǐn)?/h3>

在式（5）兩邊同時(shí)除以Q1即得：

分別令：

則式（6）可寫(xiě)為：

式（7—10）中：λe，λh，λo分別為在統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)供熱機(jī)組發(fā)電產(chǎn)品、供熱產(chǎn)品以及非生產(chǎn)類產(chǎn)品各自所分?jǐn)偟臒岷牧颗c鍋爐總輸出熱量的比例，它們是基于鍋爐輸出熱量為基數(shù)的分配比例。

假設(shè)在統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)供熱機(jī)組發(fā)電、供熱和非生產(chǎn)類產(chǎn)品所分?jǐn)偟娜霠t燃料消耗量分別是Be，Bh，Bo（單位：kg），且：

則由式（11）和式（1）得到：

式（12）表明發(fā)電、供熱和非生產(chǎn)所分?jǐn)偟娜剂狭拷?jīng)鍋爐轉(zhuǎn)換后其輸出熱量之和等于鍋爐總輸出熱量，對(duì)照式（5）可知 Beqηb=Q'e，Bhqηb=Q'h，Boqηb=Q'o，將它們整理得到：

由式（14）進(jìn)一步可得機(jī)組的單位供熱量標(biāo)準(zhǔn)煤耗率（單位：kg/GJ）為：

由此按式（13—15）可以計(jì)算出任意一個(gè)統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的發(fā)電、供熱和非生產(chǎn)類產(chǎn)品所分?jǐn)偟娜剂舷牧俊１仨氈赋鲈趹?yīng)用式（13—15）計(jì)算時(shí)，鍋爐效率和管道效率應(yīng)該是機(jī)組統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)的平均值，并且與同期機(jī)組發(fā)電煤耗對(duì)應(yīng)的鍋爐效率和管道效率是相同的。為了減小統(tǒng)計(jì)誤差，供熱時(shí)段統(tǒng)計(jì)周期不能過(guò)長(zhǎng)，一般的電廠可做到每8 h為一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段。進(jìn)一步考察式（14）并由式（1）聯(lián)合求解得到：

同理：

顯然在式（17—19）中，λe，λh，λo即是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)對(duì)供熱時(shí)段的入爐燃料總量進(jìn)行分配的比例，把其中λh稱作為供熱比，它是指離開(kāi)機(jī)爐主系統(tǒng)邊界時(shí)的供熱量與鍋爐總輸出熱量之比，即式（8）給出的定義式。類似的可用λe，λh，λo對(duì)機(jī)組供熱時(shí)段的有關(guān)廠用電量等指標(biāo)進(jìn)行分配。另外上述計(jì)算中涉及的每個(gè)量都系同一供熱時(shí)段內(nèi)的量，并注意供熱時(shí)段與統(tǒng)計(jì)期的區(qū)別。

1.3 機(jī)組供熱比的簡(jiǎn)捷計(jì)算

在電廠日常統(tǒng)計(jì)實(shí)戰(zhàn)中,若采用定義式（8）計(jì)算供熱比通常是困難的，主要原因在于鍋爐總輸出熱量的計(jì)算中對(duì)鍋爐排污、吹灰、疏水、自用蒸汽及系統(tǒng)泄漏等消耗或損耗熱量難以統(tǒng)計(jì)，為此把式（17）變換為：

式（20）表明機(jī)組的供熱比等于供熱分?jǐn)偟娜剂舷牧颗c入爐燃料總量之比，它以燃料量之比代替熱量之比，克服了用定義式（8）計(jì)算時(shí)的困難，只要按式（14）計(jì)算得到供熱燃料消耗量，再根據(jù)式（20）計(jì)算機(jī)組的供熱比。同理，把式（19）變換為：

由式（21）、式（10）計(jì)算 λo，λe。 對(duì)于非生產(chǎn)類燃料消耗量，大多數(shù)情況下可由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量直接統(tǒng)計(jì)得到。 實(shí)踐表明采用式（14）、式（15）、式（20）、式（21）計(jì)算供熱機(jī)組指標(biāo)是一種簡(jiǎn)捷方法。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)方式機(jī)組供熱比

上述討論了非熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱比的計(jì)算方法。同樣，對(duì)于純熱電聯(lián)產(chǎn)方式的機(jī)組，若統(tǒng)計(jì)期內(nèi)供熱時(shí)段的汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗量為Qu（單位：kJ），則：

代入式（4）即得：

又假設(shè)供熱時(shí)段內(nèi)沒(méi)有非生產(chǎn)熱耗即Qo=0，則Q1簡(jiǎn)化為：

將式（22）代入非熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱比定義式（8），得：

式（23）表明熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱比在數(shù)值上等于供熱量與汽輪機(jī)組熱耗量之比，這與《標(biāo)準(zhǔn)》給出的供熱比定義式完全相同，說(shuō)明《標(biāo)準(zhǔn)》給出的供熱比定義式僅是非熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱比定義式（8）的特例，即定義式（8）具有通用性，而《標(biāo)準(zhǔn)》給出的定義式僅適用于純熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組且在供熱期間沒(méi)有非生產(chǎn)耗能的情形。

3 機(jī)組供熱計(jì)量統(tǒng)計(jì)及用戶受（售）熱煤耗

在同一供熱系統(tǒng)中不同物理位置工質(zhì)參數(shù)是不同的，供熱量具有顯著的位置屬性。對(duì)機(jī)組供熱量計(jì)量位置作出統(tǒng)一的規(guī)定是必要的，本文將離開(kāi)機(jī)爐主系統(tǒng)邊界時(shí)的供熱數(shù)量作為機(jī)組供熱量統(tǒng)計(jì)，即把計(jì)量點(diǎn)放在機(jī)爐主系統(tǒng)邊界上，式（14）表明了在機(jī)爐主系統(tǒng)邊界上輸出一定供熱量時(shí)所分?jǐn)偟腻仩t入爐燃料量。對(duì)于在機(jī)爐主系統(tǒng)邊界以外位置測(cè)量的供熱量，如減溫減壓裝置下游或更遠(yuǎn)的地點(diǎn)，則在計(jì)算機(jī)組供熱指標(biāo)時(shí)，應(yīng)消除供熱計(jì)量點(diǎn)位置不同產(chǎn)生的影響，把計(jì)量熱量統(tǒng)一歸算至機(jī)爐主系統(tǒng)邊界上，按機(jī)組主系統(tǒng)邊界至計(jì)量點(diǎn)之間的設(shè)備及管系的運(yùn)行熱效率歸算：

式（25）中：Qloc為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)位于機(jī)爐主系統(tǒng)邊界外測(cè)量裝置計(jì)量的供熱量，kJ；ηrw為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)機(jī)爐主系統(tǒng)邊界至測(cè)量點(diǎn)之間設(shè)備及管系平均運(yùn)行熱效率。

在用戶端計(jì)量的熱量可以稱之為受熱量或售熱量，按上述的方法可方便地計(jì)算某用戶的受（售）熱煤耗：

或

式（26，27）中：Qsal,i為某用戶受（售）熱量，kJ；Bsal,i為某用戶受（售）熱煤耗量，kg；bsal,i為某用戶的單位受（售）熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，kg/GJ；ηrw,i為統(tǒng)計(jì)期供熱時(shí)段內(nèi)某熱用戶計(jì)量點(diǎn)至供熱機(jī)組主系統(tǒng)邊界間的設(shè)備及管系平均運(yùn)行熱效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文應(yīng)用熱量法基本原理把鍋爐輸出熱量作為能耗分配基數(shù)定義了機(jī)組供熱比，它適用于非熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱指標(biāo)的計(jì)算，定義具有通用性。本文進(jìn)一步給出了供熱機(jī)組指標(biāo)統(tǒng)計(jì)中的簡(jiǎn)捷計(jì)算方法，在電廠日常統(tǒng)計(jì)工作中采用供熱比等于供熱分?jǐn)偟娜剂舷牧颗c入爐燃料總量之比這一關(guān)系，將大大減輕日常統(tǒng)計(jì)工作量。同時(shí)還討論明確了行業(yè)《標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于機(jī)組供熱比定義式的適用條件是純熱電聯(lián)產(chǎn)方式且供熱時(shí)段內(nèi)沒(méi)有非生產(chǎn)耗能的情形。

由于機(jī)組供熱量計(jì)量具有顯著的位置屬性，因此統(tǒng)一規(guī)范機(jī)組供熱量計(jì)量統(tǒng)計(jì)方法是必要的，選擇將機(jī)爐主系統(tǒng)邊界作為機(jī)組的供熱量計(jì)量點(diǎn)是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

[1]重慶大學(xué).熱力發(fā)電廠[M].北京：電力工業(yè)出版社，1982.

[2]DL/T 904—2004，火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法[S].