高加組投退對某生物質能發電機組循環熱效率的影響

尤祥光

大唐鞏義發電有限責任公司 河南 鄭州 451200

高壓換熱器作為一種熱量轉換裝置，主要應用于大容量火電機組回熱系統，是提高機組經濟型的重要手段，隨著新能源發電技術的不斷發展及國家政策的傾斜，近年來新投產小容量生物質能發電機組越來越多，在電網中所占的比重也越來越大，但隨著生物質能機組的不斷增多，燃料供應情況不斷緊張，實際燃料與設計燃料發生了很大的偏差，大多數生物質能機組使用的都是低熱值、低熔點的燃料，機組運行一段時間后受熱面積灰結焦嚴重，造成排煙溫度大幅度升高，使鍋爐的熱效率明顯下降，高加解列后雖然汽輪機效率下降，但排煙溫度的下降使鍋爐效率提高，有些機組鍋爐效率提升幅度甚至略大于汽輪機效率的下降幅度，反而使火電廠循環熱效率有小幅提高。本文提供了某生物質能熱電廠高加退出后機組效率變化的具體案例，為新能源機組的設計改進與現有機組運行方式的優化提供一些參考。

某生物質能熱電廠采用青島汽輪機廠生產的C15－8.83/0.98型汽輪機，額定初參數P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，額定排汽壓力3.5KPa。

下面的計算首先通過朗肯循環計算各主要參數，然后分別計算布置一到五段抽汽和退出一二段抽汽狀態下的參數值并進行對比，為便于計算，各參數取當地5月份經驗值。

正常情況下凝汽器真空約為－95.0 KPa，取排汽壓力P2＝5KPa。

在h－s圖中定出新蒸汽狀態點1，得h1＝3476 KJ/Kg，理想情況下蒸汽在汽輪機中作可逆絕熱膨脹，過程1－2為定熵過程。在h－s圖上作定熵線1－2與P2＝5KPa等壓線，得h2＝2066 KJ/Kg。依據飽和水和飽和水蒸汽表P2＝5 KPa時，ν2′＝0.00100524 m3/kg，h2′＝137.72 KJ/Kg。

w T＝h1－h2＝1410 KJ/Kg

wp＝h4－h3≈(P1－P2)ν2′＝13.57KJ/Kg

h4＝h3＋wP＝152.29KJ/Kg

q1＝h1－h4＝3324.71KJ/Kg

若略去水泵功，則

取經驗值鍋爐中熱源平均溫度783.15 K，凝汽器中循環水溫度298.15K，汽輪機相對內效率為ηT＝0.90，鍋爐熱效率ηB＝0.88。

內部熱效率ηr＝Wnet，act/q1＝0.3776

循環熱效率ηi＝Wnet，act/(q1·ηB)＝ηr·ηB＝0.3323＝33.23%

過程中作功能力損失可按熵產計算

h2′＝137.72 KJ/Kg，s2′＝0.476 KJ/(Kg·K)，t2′＝32.88℃，s4＝s2，s2，act＝7.235 KJ/(Kg·K)，ν2，act＝24.6 m3/kg

在汽輪機中，工質絕熱膨脹，工質熵增即為熵產。

IT＝T0·sg＝T0(Δs－sf)＝T0(s2，act-s1)＝136.55 KJ/Kg

在凝汽器中，工質維持32.88℃，循環水溫度為25℃q2＝h2，act－h2′＝2069.28 KJ/Kg

IC＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s2′－s2，act-sf)＝T0(s2′－s2，act-q2/T0)＝54.11 KJ/Kg若取熱源平均溫度為783.15K，工質吸熱q1＝3324.71 KJ/Kg IB＝T0·sg＝T0·siso＝T0(s1－s4-sf)＝T0(s1－s4-q1/TH)＝612.88

I＝ΣIi＝IT＋IC＋IB＝803.54 KJ/Kg

每產生1Kg蒸氣燃料提供的熱能qB＝q1/ηB＝3778.08 KJ/Kg

循環中凝汽器凝汽損失

q2/qB＝54.77%

凝汽器中做功能力損失

IC/I＝6.73%

汽輪機中不可逆絕熱膨脹引起的做功能力損失

IT/I＝16.99%

可見循環中主要的熱量損失在凝汽器中，近55%的熱量在凝汽器中被冷卻水帶走，但凝汽溫度接近于環境溫度，故做工能力損失較低，鍋爐煙氣的做工能力損失很大但熱量損失遠小于凝汽器中的熱量損失。

機組負荷14376KW，工業供汽25t/h工況下的各段抽氣參數，此時汽耗為5017 Kg/K W·h，熱耗為7924 Kg/K W·h。這種工況下機組初參數為P1＝8.83 MPa，t1＝535℃，排汽壓力P2＝3.5KPa，排汽溫度t2＝527℃，h1＝3476 KJ/Kg，h2＝2320 KJ/Kg排汽為不飽和水蒸氣，給水溫度t0′1＝215℃，h0′1＝921KJ/Kg。

各段抽氣抽氣量及比焓

α1＝0.0667，h01＝3240KJ/Kg

α2＝0.0188，h02＝3095KJ/Kg

αz＝0.0218，h0z＝3335KJ/Kg

α3＝0.0620，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0662，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0793，h05＝2572KJ/Kg

wT＝(1－αz)(h1－h01)＋(1－αz－α1)(h01－h02)＋(1－αz－α1－α2)(h02－h03)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg)(h03－h04)＋(1－αz－α1－α2－α3－αgα4)(h04－h05)＋(1－αz－α1－α2－α3－αg-α4－α5)(h05－h2)＝715.0026 KJ/Kg

q1＝h1－h0′1＝2555KJ/Kg

η＝0.27984

假設機組初蒸汽參數不變，在退出#1、#2高加運行的情況下，α1、α2、αz均為零。根據高加投退前后各段抽汽壓力溫度變化曲線，并按照1－2型管殼式換熱器計算得

給水比焓h0′3＝618.33KJ/Kg

乏汽比焓h2＝2336KJ/Kg

各段抽氣抽氣量及比焓

α3＝0.0732，h03＝3046KJ/Kg

αg＝0.3364，h0g＝3046 KJ/Kg

α4＝0.0709，h04＝2783KJ/Kg

α5＝0.0891，h05＝2572KJ/Kg

wT′＝h1－h03＋(1－α3－αg)(h03－h04)＋(1－α3－αg-α4)(h04－h05)＋(1－α3－αg-α4－α5)(h05－h2)＝796.45 KJ/Kg

q1′＝h1－h0′3＝2847.67 KJ/Kg

h′＝636.89KJ/Kg

η′＝0.27968

高加解列后，給水溫度下降約70℃，鍋爐排煙溫度下降約30℃，資料顯示排煙溫度每降低1℃，鍋爐效率可以提高約0.05%，高加退出后鍋爐效率約提高1.5%.

高加投退前循環熱效率(有25t/h工業供汽)ηi＝0.24625

高加投退后循環熱效率(有25t/h工業供汽)ηi′＝0.2503

高加投退后循環熱效率增加ηi′－ηi＝0.00405＝0.4%

以上為在機組負荷14376K W，工業供汽25t/h工況下機組的循環熱效率；在沒有工業抽汽的情況下，排汽溫度和排汽比焓會有明顯上升，使wT減小q1減小η增大ηi增大，機組循環熱效率會有明顯增大，初步計算熱效率ηi≈31%。分析計算過程可知，在停運工業抽汽的工況下(ηi′－ηi)誤差會進一步縮小，即高加投退對機組效率的影響進一步弱化。

結論

在機組負荷14376K W，工業供汽25t/h工況下，高加解列后鍋爐效率提高，汽輪機效率下降，但鍋爐效率提升的幅度略大于汽輪機效率的下降，故火電廠循環熱效率有小幅提高。這是因為生物質機組設計之初考慮的燃料是高熱值、高灰熔點的穩定燃料，而實際情況下，受條件限制，大多數生物質能機組使用的都是低熱值、低熔點的燃料，機組運行一段時間后受熱面積灰結焦嚴重，造成排煙溫度大幅度升高，因此高加退出后對機組效率反而有了小幅提升。在現有手段無法解決積灰結焦問題的情況下，針對生物質能燃料不穩定，氣溫波動大的特點，在機組長周期運行排煙溫度升高較多、機組主汽溫度低的情況下，可以考慮退出高加組運行，給水溫度降低鍋爐蒸發量下降易會顯著的提高主蒸汽溫度，進一步提高機組熱效率。

但高加長時間推出可能造成一些不利影響，例如鍋爐尾部煙氣溫度過低易造成空預器低溫腐蝕，因此，機組停運檢修過程中應該加強對空預器的檢查及受損空預器管道的更換；燃料含濕量較大的情況下排煙溫度降低會引起煙氣中水蒸氣過熱度大幅下降，可能會引起布袋除塵器積灰板結，退出高加期間要加強對布袋除塵器運行情況的監視工作。