基于分析法的供熱汽輪機改造分析

邵 峰， 譚 銳， 蔡 培

(國電南京電力試驗研究有限公司， 南京 210046)

國家《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》[1]要求：“到2020年，現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310 g/(kW·h)。”目前我國絕大部分600 MW等級以下機組已運行10～30年，主輔設備設計理念落后，裝備水平相對較低，且老化嚴重，普遍存在經濟性低的現狀(其中，300 MW等級機組平均供電煤耗為330 g/(kW·h)，600 MW等級機組平均供電煤耗為320 g/(kW·h)[2])。因此須針對運行機組進行關鍵技術的研究，并投入實際設備改造中。

1 分析法

e=h-hen-Ten(s-sen)

(1)

ηex=Ex,gain/Ex,pay

(2)

Ex,L=Ex,pay-Ex,gain

(3)

從而有：

(4)

2 供熱汽輪機改造

某電廠2臺600 MW機組的原供熱方式為：機組采暖抽汽由汽輪機中壓缸導氣管引出，抽汽壓力設計為1.2～1.4 MPa，實際運行壓力為0.3～0.7 MPa，供水溫度只有80～90 ℃，采暖抽汽壓力明顯偏高，存在巨大的壓差能量損失。

針對上述現狀，考慮供熱汽輪機拖動異步發電機發電方案，即增加1臺4 000 kW供熱汽輪機，并拖動1臺4 000 kW高壓異步發電裝置，所發電直接并入電廠高壓廠用電系統。改造前后供熱系統見圖1和圖2。

圖1 電廠原供熱系統

圖2 改造后供熱系統

該供熱系統改造經濟性分析見表1[4]。

表1 供熱系統改造經濟性分析表

由表1可知，該項目可在3 a內回收成本。

整個經濟性分析過程局限于熱力學第一定律范疇，存在單純以能量的“數量”關系來分析過程和循環的不足，未能揭示出能量“品質”利用實質。分析過程存在以下問題：(1)供熱汽輪機內效率相比主機要偏低[5]；(2)由于改造后經供熱汽輪機做功后的排汽相比改造前相同流量的蒸汽在流經供熱首站后放熱量少(約1/2)，因此要維持供水溫度滿足熱用戶要求，還須從中壓缸導氣管再抽一部分蒸汽經熱網加熱器進汽閥直接節流進供熱首站。

3 汽輪機損計算模型

(5)

4 經濟性分析

ETUR_LOSS=e0+αzrerh-αzr,ierh,i-

(6)

ETUR_LOSS=e0+αzrerh-αzr,ierh,i-

(7)

ΔETUR_LOSS=(αx1-αx2)ex+(αc1-αc2)ec+

(αx2Δex2-αx1Δex1)+w1-w2-wx

(8)

由式(8)計算可得ΔETUR_LOSS=3.098 kJ/kg，減少的發電量為860 kW。

若發電煤耗按294 g/(kW·h)，標煤價格按650元/t計算，則改造后增加折合煤耗費用為61.2萬元。

該方案1個供熱期節能費用為279.9萬元。

投資回收期(供熱汽輪機成本按998萬元/臺計算)為3.6 a。

5 結語