335MW熱電機組供熱參數與經濟性分析

（鄒縣發電廠熱力公司,山東 鄒城 273500）

335MW熱電機組供熱參數與經濟性分析

楊 瑞

（鄒縣發電廠熱力公司,山東 鄒城 273500）

對335MW供熱機組首站、一級熱網、二級熱網供熱參數的變化與熱網供熱經濟性進行了詳細分析，證實了供熱參數的變化可對熱網經濟性產生很大影響，為合理調控熱網供熱參數、保障熱網經濟運行提供了依據。

首站；供熱；泵效；水泵軸功率；經濟性

一、概述

鄒縣發電廠供熱用汽輪機為335MW亞臨界、中間再熱、四缸、四排汽、沖動凝汽式機組。電廠自2010年3月起開始對一期1#、2#機組進行供熱改造，將2臺汽輪機中壓缸的排氣經導管引到熱網首站，通過首站3臺熱網加熱器將熱能交換給一級熱網循環水。通過兩臺電動循環水泵建立一級熱網高溫水循環，將設計溫度為130℃的高溫熱水輸送到各換熱站，再經各二級換熱站完成二級熱網熱量的交換，最終將熱能送到各個用戶。一期集中供熱工程已完成供熱覆蓋面積400萬m2，熱力主管網鋪設72km，建設換熱站46座，2010年11月15日起正式向鄒城市城區供熱，實現了當年設計、當年施工、當年供熱目標。

二、首站供熱設計參數

首站設計機組抽汽壓力為0．35MPa，抽汽溫度為236．6℃，單臺335MW機組改造后最大抽汽量350t/h。

汽輪機組對外供熱量計算：

式中： Dh—用于供熱的蒸汽的抽汽量，kg/h；

hh—供熱抽氣的焓值，kJ/kg；

hhi—抽汽凝結水的焓值，kJ/ kg。

汽輪機組發電熱耗率計算：

式中： ηgl—鍋爐效率，%；

ηgd—管道效率，%；

D0—機組新蒸汽流，kg/s。

經計算，得出首站供熱參數變化對機組發電熱耗率影響如表1所示。

表1 首站供熱參數變化對機組發電熱耗率影響

從表1可以看出，提高可調整抽汽凝汽式發電供熱機組的熱化發電量的比重、減少凝汽發電量，是提高機組熱電聯產效益的關鍵所在。

三、熱網供熱設計參數

一次網設計供、回水溫度130℃、70℃，供、回水壓力1．6MPa、1．0MPa，經區域換熱站完成換熱。二級網根據熱用戶的采暖方式的不同，供、回水溫度設計為掛暖80℃、60℃；地暖60℃、50℃。

一次網循環水壓力的高低直接影響系統的經濟性，其數值選擇主要依據系統最不利點來選取，避免壓力過高帶來的能源的浪費，同時避免壓力過低，影響系統的有效循環，一次網循環水供水壓力確定后，就不必做大更改。

根據設備情況，熱網系統的二次網循環水供水壓力選擇0．9MPa，回水壓力為0．5MPa；供水溫度60℃，回水溫度為50℃。一次網受補水及部分回水管路上部件承壓的影響，循環水供水壓力最高僅1．1MPa，回水壓力為0．4MPa。上述參數作為本次熱網經濟性分析的基礎。

為利于熱網經濟性分析，簡化系統，提高分析效率，將46座換熱站擬合為1個換熱站模型，把一、二級網整合為如圖1所示熱力系統。

圖1 熱網流程簡

四、熱網運行現狀

目前，一次網運行參數遠低于設計值，供水壓力僅可達到1．1 MPa，供水溫度最高僅95℃，回水壓力0．4MPa，回水溫度65℃，系統流量最高達4 800m3/h，然熱網末端用戶供熱量仍呈現不足；二次網運行參數也低于設計值，供水溫度最高僅60℃，回水溫度50℃。

五、供熱壓力、溫度升高對熱網經濟性的影響

1．一次網經濟性分析

企業實際供熱面積約300萬m2，根據山東本地房屋條件，住戶的供熱功率約46W/m2。因此，300萬m2的所需功率約為138MW，估計每天供熱量約為1．2萬GJ，供熱系統顯示每天供熱量約為1．3萬GJ。

(1)一次網流量分析

依據系統顯示參數所對應的耗熱量，即以供水壓力0．94MPa、溫度94℃，回水壓力0．36MPa、溫度65℃為原始計算依據，選取不同的供、回水溫度，在供熱量相同的條件下分別計算該參數下對應的一次網循環水流量。

式中： G—循環水泵流量，kg/s；

T1—循環水回水溫度，℃；

T2—循環水供水溫度，℃；

Cp—循環水的平均定壓比熱，kJ/kg。

依據上述公式分別計算不同參數下，一次網循環水流量相關數據如表2所示。

表2 等供熱量條件下的各供熱參數對比

據表2可知，一次網供熱參數的提高對循環水量的影響巨大。1．06MPa、94℃供熱參數下的流量是1．1MPa、130℃條件下流量的1．8倍。

(2)一次網水泵效率及軸功率分析

為分析水泵效率隨流量變化的特性，避免采用查圖法查找效率數據所造成的誤差，將水泵特性曲線（圖2）擬合為數學模型，利用準確的數學計算來落實水泵效率，從而保證水泵軸功率數據的準確性。

圖2 水泵效率等曲線

水泵流量—效率擬合數學模型：

η= 3．85919044081828E-04+5．5560151676912E-04Q-8．87082079888839E-08Q2

式中： Q—循環水體積流量，m3/h；

η—水泵效率。

水泵軸功率計算公式：

P=γQH/η

式中： γ—循環水的重度，N/m3；

H—水泵揚程，m。

將表2內對應的流量數據代入水泵流量—效率擬合數學模型，計算出水泵效率，然后計算出水泵所需軸功率，如表3所示。

由表3可知，供熱參數的提高可顯著降低一次網循環水泵的軸功率，參數提高后可有效地將水泵軸功率降至原功率的40%，節能潛力巨大。

因此，一次網供熱參數的提高是降低供熱成本的重要影響因素，參數提高節能效果顯著。

2．二次網經濟性分析

(1)二次網調節理論及流量分析

在熱網系統穩定工況下，二級熱網采用質調節，供熱量、散熱器散熱量與建筑物耗熱量相等的前提條件下，對二次網供、回水溫度理論值經公式推導得出如下結論：系統供、回水的平均溫度與二次網流量無關，也就是說系統在不同流量情況下均可滿足用戶預期室溫。 在系統供熱量一定的前提下，系統流量越大，供水溫度越低，回水溫度越高；系統流量越小，供水溫度越高，回水溫度越低，供、回水溫差越大。上述結論對于正確指導運行調節有特別重要的意義。

根據公式計算二次網流量比隨供、回水溫度數據變化如表4所示。

表4 二次網流量隨供、回水參數變化

因此，可根據推導出的二次網供熱溫度數據，選取適當的二次網供、回水溫度，進而有效地降低二次網循環水泵的流量，達到二次網節能的目的。

(2)二次網流量焓降分析法

根據能量平衡原理，供熱量與用戶消耗熱量近似相等，所以二次網的消耗熱量可以用一次網熱量作為分析參考數據。利用焓降分析方法計算二次網流量，即二次網的熱量=循環水焓降值×循環水質量流量。

以1．06MPa、94℃供熱參數下的板式換熱器的數據為原始分析數據，在二次網消耗熱量不變（按照室外溫度較低時一天熱量13 380GJ作為參考），假設水泵效率不變（水泵超流量程情況下，隨著水泵實際流量降低，水泵的效率反而會提高）、水泵揚程不變的條件下，計算二次網不同供熱參數下的循環水泵流量數據表（表5）。

因此，二次網供熱參數的提高，溫差的加大可以有效降低循環水流量。若依據設計參數調整，循環水流量可降低至原流量的一半。

(3)二次網水泵效率及軸功率定性分析

由于各換熱站水泵型號不同，因而流量-效率曲線不同，因此對二次網水泵軸功率僅進行定性分析。隨著二次網流量的降低，水泵的軸功率也要下降；若二次網供熱參數采用設計溫度，流量將會更低，對熱網電耗影響巨大。

3．熱網參數變化導致系統能耗變化

依據上述對一、二次網流量及水泵軸功率數據分析，說明一次網、二次網供熱參數的提高對熱網運行經濟性影響較大；目前熱網運行方式節能潛力巨大，可進一步有效的降低一、二次網供熱成本。

表5 二次網不同供熱參數條件下的循環水流量

六、結語

供熱首站的供熱參數的選取直接影響供熱機組的發電熱耗率；一、二次網供熱參數降低，將導致熱網系統（一、二次網）的循環水流量增加、循環水泵軸功率增加即水泵電耗增加、熱網系統供熱成本增加。為使用戶室溫達標，必須在整個供暖期，隨室外氣溫的變化，隨時進行供水溫度、流量的調節，以期實現按需供熱。因此，依據數據分析，實時優化首站、一次網、二次網的供熱參數系統，節能潛力巨大。

[1] 石兆玉．供熱系統運行調節與控制[M]．清華大學出版社，1994．

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