引射匯流供熱方式的經濟性分析

鄭之民

（大唐魯北發電有限責任公司，山東 濱州 251909）

0 引言

近年來，隨著新能源發電占比不斷提高及電力市場現貨改革的持續推進，傳統火力發電的競爭愈發激烈，節能降耗工作作為火力發電廠降本增效的重要手段關乎企業的生死存亡，供熱的經濟性對火力發電廠的營收及能源利用率具有重大影響，供熱方式的優化改造具有極大社會意義［1］。

某發電廠原供熱方式為再熱熱段經減溫減壓后對工業用戶供汽，從熱力學第二定律分析，此方式供熱過程存在極大不可逆損失，高品質蒸汽減溫減壓為低品質蒸汽，熵增增大做功能力降低；通過引射匯流技術對供熱裝置改造，以冷段高品質抽汽為驅動汽源引射五段低品質抽汽實現對外供熱，充分利用高品質蒸汽做功能力，減少供熱過程的做功損失，實現能源的按質利用。文獻［2-4］分別從引射匯流供熱的分析、等效熱降、熱力試驗方面進行了經濟性分析，理論分析模型計算與實際能耗變化缺乏對比驗證。

以某330 MW 熱電聯產機組引射匯流供熱改造為研究對象，利用等效熱降法對供熱熱段減溫減壓與引射匯流兩種供熱方式進行了經濟性計算，并通過實際熱力試驗進行了對比驗證，計算對比驗證結果為此類供熱改造的前期項目可行性評估及后期的試驗分析提供參考。

1 供熱方式介紹

1.1 引射匯流裝置

引射匯流裝置［5］是以拉瓦爾氣體噴射原理為基礎結合實驗數據進行設計的，以滿足不同工業用戶的供汽參數需求，圖1 為本次供熱改造的多噴嘴引射匯流裝置，每個噴射器是由一個噴嘴和一個混合室及其對應的共用擴壓段組成，可在用戶蒸汽流量變化較大（30%～100%）情況下使用，高壓蒸汽從入口1 進入噴嘴產生高速汽體，低壓蒸汽經入口3 被引射卷吸，在混合段6 內進行能量動量交換，并通過擴壓管7 進行動能向壓力勢能轉換，以達到設計壓力參數。

圖1 多噴嘴引射匯流裝置

1.2 現場供熱系統接入

引射匯流裝置在供熱系統的接入方式如圖2 所示，從機組高旁閥后再熱冷段管道處開孔引出再熱冷段抽汽作為引射匯流裝置的驅動用汽，從機組五抽至輔汽聯箱電動門前處管道開孔引五段低壓抽汽至引射匯流裝置，五段抽汽分三路分別引入相應噴嘴，可在用戶蒸汽流量變化較大（30%～100%）情況下使用，機組再熱熱段供熱保持熱備用狀態，當機組供熱流量超過引射匯流設計值及發生故障時進行補充，兩路管道相互備用并入原供熱用戶供熱母管，各段抽汽管道設置相應電動閥門、逆止門、疏水閥、安全閥等部件，并設有流量計量裝置以便供熱系統的流量監視與統計分析工作，供熱減溫水自化學除鹽水經增壓后供給。

圖2 引射匯流裝置接入

2 引射匯流裝置的試驗評價

為評價引射匯流裝置改造后供熱經濟性，對在相同供熱流量約80 t／h 下分別對引射匯流供熱方式與再熱熱段供熱方式進行了現場對比試驗，由于引射匯流裝置受機組負荷影響較大，試驗選取了從60%～100%負荷的六種工況試驗，計算對比分析以機組日常最常見75%負荷250 MW 運行數據為基礎，分別基于等效熱降法及現場熱力試驗分別計算其節能效果。現場運行數據如表1 所示。

表1 75%負荷供熱試驗數據

2.1 等效熱降法節能量計算

等效熱降法是20 世紀70 年代發展起來的熱工理論，是熱力系統分析、計算和節能研究的一種實用性方法。等效熱降法既可用于整體熱力系統的計算，也可用于熱力系統的局部定量計算［6］。將等效熱降法理論與現場實際應用相結合，為火電廠熱力系統的經濟性診斷、節能改造項目效益評估、運行指標分析等提供了一種計算方法，可作為項目可行性研究改造經濟方面的分析手段。

以引射匯流與再熱熱段兩種供熱方式的實際運行數據為基礎，分別計算兩種供熱方式下對機組能效的影響，根據再熱機組變熱量等效熱降法計算過程如下。

引射匯流供熱方式下再熱冷段對機組做功量變化ΔH0與循環吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzl為再熱冷段經再熱器份額；hzl為再熱器冷段焓；σ 為1 kg 蒸汽經過再熱器的吸熱量；hn為汽輪機排汽焓。

五段抽汽對機組做功量變化ΔH0與循環吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：α5為五段抽汽份額；h5為五段抽汽焓。

再熱熱段供熱方式下再熱熱段對機組做功量變化ΔH0與循環吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzr為再熱熱段份額；hzr為再熱器熱段焓。

機組再熱減溫水取自給水泵中間抽頭，再熱減溫水對機組做功量變化ΔH0與循環吸熱量變化ΔQ0的影響為：

式中：αzj為再熱減溫水份額；h0為新蒸汽焓；η0r為抽汽效率；m 為除氧器所在加熱器編號；z 為加熱器總級數；τr為加熱器焓升；c 為抽汽為再熱冷段的加熱器編號；Δαr為排擠抽汽通過再熱器的變化份額；ΔQzr-r為排擠1 kg 抽汽在再熱器的吸熱量變化。

局部變動經濟相對變化為

式中：H0為新蒸汽等效熱降；ΔH0為做功的變化量，當做功增加時ΔH0為正值，反之為負值；ΔQ0為吸熱量的變化量，當循環吸熱量增加時ΔQ0為正值，反之為負值；η0i為汽輪機裝置效率。

通過等效熱降法計算引射匯流及再熱熱段兩種供熱方式下機組供電煤耗變化，計算結果見表2。

表2 等效熱降計算數據

由表2 可知，引射匯流方式下機組供電煤耗變化為33.26 g／kWh，再熱熱段方式下機組供電煤耗變化為35.79 g／kWh，引射匯流較再熱熱段供熱方式節能2.53 g／kWh。

2.2 熱力試驗節能量計算

通過熱力試驗現場采集的各項運行數據，分別計算兩種供熱方式下的機組各項經濟指標見表3。

表3 熱力試驗計算數據

通過熱力試驗計算引射匯流及再熱熱段兩種供熱方式下供電煤耗分別為311.22 g／kWh、314.01 g／kWh，引射匯流較再熱段供熱方式節能2.79 g／kWh。

利用等效熱降法理論計算兩者節能量較實際熱力試驗結果偏差約9.3%，這是因為等效熱降法的推導是以主蒸汽流量不變為原則，這樣實現了對局部熱力系統變化經濟診斷的便捷性，本文中熱力試驗是以等功率條件下兩者供熱量保持不變為基礎計算兩者節能量，兩者計算邊界條件有所不同，此外等效熱降計算中抽汽對汽輪機膨脹線變化及汽輪機運行老化等因素進行了忽略，以上是誤差的主要來源，但等效熱降法作為對節能項目的預評估其誤差在可接受范圍內。

通過等效熱降及熱力試驗分別計算了不同負荷下兩種供熱方式下的節能量，計算表明兩者具有一致性，如圖3 所示。

圖3 不同負荷下節能量計算數據

由圖3 可知，在機組230 MW 負荷以上供熱流量80 t／h 時，引射匯流較再熱熱段供熱方式具有約2 g／kWh 的節能量，在機組負荷降低至210 MW 時節能量迅速降低至0.78 g／kWh，主要是因為隨機組負荷降低，引射匯流裝置引射五段低品質蒸汽量降低，機組節能量較再熱熱段方式隨之降低。

3 結語

通過等效熱降法計算了引射匯流及再熱熱段供熱方式下節能量，并通過實際熱力試驗計算結果進行了對比，結果表明等效熱降法與熱力試驗結果具有一致性，等效熱降法可用于設備改造節能量的近似計算。

引射匯流供熱方式在機組230 MW 負荷以上供熱流量80 t／h 時較再熱熱段供熱方式具有約2 g／kWh節能量，在機組230 MW 以下時隨負荷降低節能量迅速降低，主要是因為機組隨負荷降低，引射匯流裝置引射五段低品質蒸汽量降低，引射匯流方式較再熱熱段機組節能量降低。

引射匯流供熱改造后與再熱熱段供熱并聯接入系統，實現了供熱系統安全與節能的雙提升，具有極大推廣利用價值。