關于小型采暖背壓機組熱化系數適用范圍

徐明才，王廣宏，周 歡

(1.黑龍江省能源研究所 哈爾濱 150001;2.黑龍江省節能技術服務中心 哈爾濱 150001)

黑龍江地處嚴寒地區，采暖期天數從167～225 d，采暖小時數均超過4000 h，利用小型供暖背壓式熱電聯產機組解決冬季采暖問題，可以獲得較好的經濟和節能效益。依據熱負荷如何配置背壓式熱電聯產機組是熱電聯產業界關注度較高的話題，以往的重點只是經濟和節能效益負荷效果的最大值(在《小型火力發電廠設計規范》條文說明中，對熱化系數確定原則引用的是原東北電力學院研究結論，熱化系數最優值范圍為0.51～0.83，這是指眾多采樣點的匯集，不是本文研討的一個采樣點的可選范圍)，沒有將系統作為動態過程來研究，現時的熱電聯產供熱體系總是隨著社會經濟的發展而帶來的熱負荷發展而變化，體系中重要的組成部分熱電聯產機組有其自身特點(投資大、建設周期長)在較短的周期內不宜變化，因而促使人們去研究熱化系數的范圍適用性問題，以使機組配置在一個階段中保持合理的經濟效益和節能效益。本文力圖通過對各影響因素的分析，以簡單的圖解方法，尋找某一特定地點適合建設條件的機組配置形式下的熱化系數適用范圍。

1 研究模型設計

鑒于目前縣級城鎮人口規模在6～20萬人之間(可供采暖建筑面積在200×104m2～650×104m2)，故擬通過針對10萬人口(可供采暖建筑面積330×104m2)的中等規模城鎮采暖供熱為基礎(設計狀況熱化系數0.6)，擴展比較規模為6～20萬人，以配置2×B12－4.9/0.294+3×75 t/h背壓熱電聯產機組為基本熱源，輔以調峰熱水鍋爐形成的供熱體系，以此為基礎進行熱負荷的調整，在投資、節能和經濟運行等諸方面觀察受影響的敏感度，進而得出熱化系數的適合范圍。為分析方便假設熱電聯產機組規模不變，上下調整熱負荷和與之相配的熱水鍋爐組合，形成期望的系統熱化系數，機組熱化系數的增減幅度為以5%遞增(絕對值0.05)。極限狀況，全部為熱水鍋爐供熱(7×58 MW)655.5×104m2(設計狀況熱化系數0.0)，全部為機組供熱(2×B12)196.6 ×104m2(設計狀況熱化系數1.0)，機組參與時起始熱化系數定為0.3(主要考慮本地區采暖期初始熱負荷占比一般為30%左右，機組可以在采暖期滿負荷運行)。比較元素采用單位供熱能力(MW)下的利潤總額和節能量價值。

2 基本計算參數

(1)研究區域:選擇黑龍江地區具有代表性的區域北緯47°左右環境為事件演繹地，平均綜合熱指標值按現狀60 W/m2計。

(2)采暖參數設定:采暖期天數185 d，采暖室外計算溫度－26℃，采暖期室外平均溫度－9.5℃。

(3)供熱形式及參數:假定熱網為間供網，一級熱網供回水溫度130℃/70℃。

(4)原材料及產品價格:煤價4500 kacl/kg，500元/t，合標煤價777.78元/tce;熱價使用面積40.35 元/m2，建筑面積27.83 元/m2(平均建筑系數按1.45 計)，折 46 元/GJ(0.6GJ/m2);鍋爐房購電價 0.8元/kWh;購水價 0.3元/t;售電價0.38 元/kWh。

(5)估算及經濟評價:背壓機造價8000元/kW，熱水鍋爐造價60萬元/MW;發電材料費5元/MWh，供熱材料費1元/GJ;人員工資30000元/人·年;大修費2.5%;建設期一年。

3 設備選擇及計算方法

3.1 設備選擇

熱電聯產機組按2×B12－4.9/0.294+3×75t/h不變配置，調峰熱水爐則按五個檔次7、14、28、46和58MW按熱負荷需求合理搭配，聯產機組設備參數見表1，調峰設備參數見表2。

表1 鍋爐、汽輪機參數表

表2 熱水鍋爐參數表

3.2 計算方法

3.2.1 供熱量計算

(1)熱負荷延續曲線。利用統計公式計算不同室外氣溫tw下的延續時間H:

式中:H為延續時數;hi為采暖時數;tw為任意室外溫度℃;t′w為采暖室外計算溫度;b為采暖修正系數。

按公式(1)計算出不同室外氣溫tw下的延續小數H，按計算結果數據繪制各個對應熱化系數的采暖熱負荷延續曲線。全年供熱量是由年熱負荷延續曲線和坐標軸之間的面積決定的，也可由平均熱負荷值乘以年供熱時間。

(2)機組運行方式。

根據公式(1)繪制各個對應熱化系數的采暖熱負荷延續曲線，按機組供熱能力及熱水鍋爐運行條件，繪制機組運行熱負荷分配圖，再按機組和調峰熱水鍋爐承擔熱負荷的比例計算各自的年供熱量。

以熱化系數α=0.65為例，根據優先運行背壓機組，再運行熱水鍋爐的原則，取2×B12機組供熱能力數值作一條平行坐標軸(H)的直線與年熱負荷延續曲線相交，直線下部年熱負荷延續曲線和坐標軸之間的面積是機組承擔的采暖熱負荷，直線上部年熱負荷延續曲線和坐標軸之間的面積是熱水鍋爐承擔的采暖熱負荷。考慮到熱水鍋爐啟動運行應承擔熱負荷，需對機爐承擔熱負荷進行修正，如圖1所示，直線CD數值為單臺熱水鍋爐運行承擔最小熱負荷，曲線BC與年熱負荷延續曲線對應曲線平行。按修正后機組和熱水鍋爐承擔熱負荷區域面積計算各自的年供熱量。

圖1 采暖熱負荷延續曲線

3.2.2 熱經濟指標計算

(1)年發電量。

按機組年供熱量計算其熱化發電量

符號及意義同《熱電聯產項目可行性研究技術規定》，以下同。實際計算中，可分別計算機組運行各工況的熱化發電率，取加權平均值再計算Pr。

年供電量:

式中ξ為綜合廠用電率，根據爐型和熱化系數不同有所改變。

(2)發電標煤耗率與供熱標煤耗率。

用汽輪發電機組運行平均熱耗率計算機組年平均發電標煤耗率:

年平均供熱標煤耗率:

(3)耗煤量。

年耗標煤量:

(4)全廠熱效率。

年平均全廠熱效率:

3.2.3 經濟評價

依系統計算的發電量、供電量、供電標煤耗、供熱標煤耗和總耗煤量等數據，按國家發改委頒布的《建設項目經濟評價方法與參數》(第三版)，計算經濟方面的有關投資強度和利潤總額等參數。

3.2.4 節能量計算

(1)比較基線。

根據近年統計數據，節能量計算比較基線選擇機組發電平均標煤耗率0.325 kg/kWh，供熱鍋爐生產單位吉焦的標準煤耗率取46.42 kg/GJ(此數據不含電耗，僅考慮鍋爐運行熱效率)。

(2)節能計算。

年節能量:

4 機組配置研究

4.1 研究對象及條件

以所擬供熱體系模型和基本計算參數為基礎，擬定燃料價格變化區間為基準價格的150%～50%(在經濟評價中燃料價格變化對評價指標影響較敏感，也是市場影響最大的因素)，熱負荷變化范圍393.30～117.99 MW，對應熱化系數為0.3～1.0，采用單位供熱負荷利潤總額(投資)價值、節能價值和綜合價值三項指標，研究機爐配置所對應的最佳熱化系數區間。

4.2 三項指標變化狀態

按研究模型及計算參數，繪制熱化系數與價值關系圖，如圖2～圖7所示。

利潤總額(投資)價值變化狀態。燃料價格在基準價格的118.5% ～150%狀況下，利潤總額(投資)價值在熱化系數0.3～1.0區間均為負值，在50%～110%狀況下均為正值。在每個燃料價格狀態下，利潤總額(投資)價值均隨熱化系數的提高而下降，整個燃料價格變化區間，利潤總額(投資)價值隨燃料價格的降低而升高。

節能價值變化狀態。燃料價格在基準價格的50% ～150%整個區間，節能價值在熱化系數0.3～1.0區間均為正值，且隨熱化系數的提高而增加;但隨燃料價格的降低，節能價值也隨之下降。

綜合價值變化狀態。燃料價格在基準價格的150%狀況下，綜合價值在熱化系數0.3～1.0區間基本為零值，在118.5% ～50%區間均為正值。在每個燃料價格狀態下，綜合價值在熱化系數0.3 ～0.4區間呈上升趨勢，0.4 ～0.85 區間呈平穩趨勢，0.85～1.0區間呈下降趨勢。整個燃料價格變化區間，綜合價值隨燃料價格的降低而升高。

4.3 機爐配置研究分析

從上述利潤總額(投資)價值、節能價值和綜合價值三項指標變化狀態可知，不同價值的變化隨熱化系數變化的趨勢是不同的，反映出不同的機爐配置所產生的價值效果是不同的。本文從利潤總額(投資)價值、節能價值和綜合價值三項指標來研究分析經濟合理的機爐配置。

利潤總額(投資)價值隨熱化系數的提高而下降，即熱化系數越低，投資效益越好。若從投資利益角度考慮，應以低熱化系數進行機爐配置，選擇小規模背壓機組，配備大容量調峰熱水鍋爐，減少投資，提高利潤效益。從燃料價格和利潤總額(投資)價值變化趨勢來看，燃料價格越低，利潤總額(投資)價值越高。

節能價值隨熱化系數的提高而增加，即熱化系數越高，節能效益越好。若從節能利益角度考慮，應以高熱化系數進行機爐配置，選擇大規模背壓機組，配備小容量調峰熱水鍋爐，提高發電機組供熱比重，增加節能效益。從燃料價格和節能價值變化趨勢來看，燃料價格越低，節能價值越低。

綜合價值是考慮了利潤總額(投資)價值和節能價值兩個因素的綜合指標，體現了不同機爐配置下供熱系統整體經濟性。熱化系數在0.4～0.85區間綜合價值基本無顯著變化，其他區間均為下降態勢，故熱化系數在0.4～0.85區間綜合價值變化較小，處于較高值域。由此看來機爐配置應使熱化系數在0.4～0.85區間最為合理，綜合效益最高。從燃料價格和綜合價值變化趨勢來看，燃料價格越低，綜合價值越高。

經研究分析可知，機爐配置在滿足熱化系數0.4～0.85綜合效益最優區間內，可根據燃料價格有所側重，若燃料價格較低可側重投資效益，趨近低熱化系數進行機爐配置。若燃料價格較高可側重節能效益，趨近高熱化系數進行機爐配置。

機爐配置在滿足最佳熱化系數0.4～0.85區間前提下，還應考慮熱負荷的發展。本文認為，初期建設可按高端熱化系數進行機爐配置，隨著熱負荷的增加逐步輔以調峰熱水鍋爐，達到滿足熱負荷需求，此過程熱化系數也隨之降低，這樣機爐配置可選擇較大容量、較高參數機組，能源綜合利用效率高，并使供熱系統在熱化系數0.4～0.85最優區間運行期長，綜合效益好。若初期建設就按較低熱化系數進行機爐配置，隨著熱負荷的增加將不斷擴建機組，這樣機爐配置容量小、參數低，設備臺數多，布置混亂，能源綜合利用效率低。

5 結論

熱電聯產狀態下綜合經濟效益在某一區段隨熱化系數變化反應遲緩，雖然不同的熱價反應遲緩區段有些差異，但可以看到適宜的熱化系數是一個范圍，而不是一個點。因此在熱化系數選擇的時候，應考慮兩方面因素，其一是依據期望值投資效益或節能效益去判斷確定熱化系數，其二是過程適用值在一定時間段內保持較高的綜合效益，為熱電聯產供熱系統熱化系數的選擇拓展了較大的空間。

［1］熱電聯產項目可行性研究技術規定，2001.

［2］小型火力發電廠設計規范，GB 50049－94.

［3］城鎮供熱管網設計規范，CJJ 34－2010.

［4］俞謝瓊.多點溫度測量系統及其在建筑方面的應用［J］.森林工程，2007，23(2):25 －27.

［5］王濤，王玉芬.住宅建筑中有利于現代居住模式的中介空間設計［J］.森林工程，2007，23(4):73 －76.