抽汽供熱機(jī)組節(jié)能優(yōu)化潛力的綜合調(diào)研分析

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(1.華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

抽汽供熱機(jī)組節(jié)能優(yōu)化潛力的綜合調(diào)研分析

柏春光1,蔡鼎2,張可浩2,張修君1,左世春1

(1.華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

本文針對(duì)哈爾濱第三發(fā)電廠的2臺(tái)200 MW和2臺(tái)600 MW抽汽供熱機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了綜合調(diào)研分析，通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)的計(jì)算方法，得到了不同工況下的機(jī)組熱耗曲線組。試驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)組間的熱負(fù)荷分配存在很大的節(jié)能優(yōu)化潛力。這對(duì)于熱電廠充分挖掘機(jī)組節(jié)能優(yōu)化潛力、降低發(fā)電煤耗、提高上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)具有一定的借鑒意義。

供熱抽汽；冷凝器背壓；熱耗；熱負(fù)荷分配；節(jié)能優(yōu)化

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，城市集中供熱系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，其中熱電聯(lián)產(chǎn)能源轉(zhuǎn)換效率具有明顯優(yōu)勢(shì)[1]，因此，政府對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)方式非常重視，這也使抽汽供熱機(jī)組得到了大力的發(fā)展。但是，我國(guó)能源相對(duì)不足，尤其是燃料供應(yīng)越來(lái)越緊張，煤價(jià)逐年上漲；因此，對(duì)于以煤為主要燃料的抽汽供熱機(jī)組來(lái)說(shuō)，降低煤耗是關(guān)乎企業(yè)生存的重要因素。目前，我國(guó)熱電廠主要能耗指標(biāo)仍然與世界先進(jìn)水平差距較大[2]，其中平均供電煤耗比世界先進(jìn)水平高出30～40 g/kW·h，為此全國(guó)一年發(fā)電要多消耗標(biāo)準(zhǔn)煤約1.2億t[3]?？梢?jiàn)，目前絕大多數(shù)發(fā)電廠，尤其是熱電廠還存在很大的節(jié)能優(yōu)化空間[4-5]。所以，對(duì)于一般的熱電廠來(lái)說(shuō)，針對(duì)機(jī)組做一些綜合調(diào)研和分析的相關(guān)試驗(yàn)[6-7]，充分挖掘機(jī)組節(jié)能優(yōu)化潛力，對(duì)于今后采取相應(yīng)的方法和手段在最大程度上降低機(jī)組發(fā)電煤耗[8-9]，提高熱電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約發(fā)電成本，提高在上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際行動(dòng)中響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，都具有非常重要的意義。

由于，我國(guó)目前的絕大多數(shù)電廠包括熱電廠，都是配備200 MW～600 MW級(jí)別的機(jī)組[10-12]，尤其是600 MW級(jí)別的機(jī)組在國(guó)內(nèi)是主流機(jī)組，其運(yùn)行和節(jié)能優(yōu)化方面的經(jīng)驗(yàn)非常寶貴。因此，本文針對(duì)哈爾濱第三發(fā)電廠2臺(tái)200 MW及2臺(tái)600 MW的供熱抽汽機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合調(diào)研分析，通過(guò)理論分析以及相應(yīng)的變工況試驗(yàn)，計(jì)算出不同工況下的機(jī)組熱耗曲線組，得到每臺(tái)機(jī)組及機(jī)組間的節(jié)能優(yōu)化潛力，對(duì)于我國(guó)發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行具有非常重要的借鑒意義。

1 機(jī)組發(fā)電煤耗概況及存在問(wèn)題分析

哈三電廠配備國(guó)產(chǎn)600 MW機(jī)組兩臺(tái)和200 MW機(jī)組兩臺(tái)。由于，200 MW機(jī)組和600 MW機(jī)組煤耗特性差異很大，并且同類型的兩臺(tái)機(jī)組由于投產(chǎn)時(shí)間的不同以及設(shè)備運(yùn)行狀況的不同，其煤耗特性差異也是較大的。因此，該電廠整體發(fā)電煤耗較高，據(jù)電廠內(nèi)部不完全統(tǒng)計(jì)，每年用于機(jī)組運(yùn)行燃煤約400多萬(wàn)t，燃煤費(fèi)用高達(dá)數(shù)十億元。所以，該電廠非常希望通過(guò)綜合調(diào)研分析、充分挖掘機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化潛力，從而提高整廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2 機(jī)組變工況試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 機(jī)組變工況熱耗特性試驗(yàn)

相關(guān)文獻(xiàn)資料的研究顯示，影響抽汽供熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的兩大主要因素即為供熱抽汽量和發(fā)電用的蒸汽量[13]。因此，主要建立每臺(tái)機(jī)組不同電負(fù)荷和熱負(fù)荷時(shí)的機(jī)組熱耗值關(guān)系曲線，從而對(duì)機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化潛力進(jìn)行綜合的調(diào)研分析。但是，在對(duì)曲線結(jié)構(gòu)和形式一無(wú)所知的情況下，為了確定曲線，需要對(duì)每一熱負(fù)荷、電負(fù)荷做試驗(yàn)，通過(guò)大量組合才能得到曲線。然而，通過(guò)理論計(jì)算和分析可知，熱(電)負(fù)荷一定，機(jī)組電(熱)負(fù)荷與熱耗率關(guān)系曲線為一直線或拋物線[14]。因此，在曲線結(jié)構(gòu)和形式確定的情況下，可以設(shè)計(jì)合理的變工況試驗(yàn)方案，就能通過(guò)盡可能少的調(diào)研試驗(yàn)便可獲得機(jī)組熱耗值曲線。在上述理論分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)變工況理論計(jì)算確定試驗(yàn)方案的示意圖，如圖 1～圖3所示。

首先，確定熱負(fù)荷1情況下，功率—熱耗曲線(如圖 1)，需要4個(gè)工況點(diǎn)。

圖1 熱負(fù)荷1情況下，功率—熱耗曲線

然后，確定功率1情況下，熱負(fù)荷—熱耗曲線，如圖 2，需要2個(gè)工況點(diǎn)。

圖2 功率1情況下，熱負(fù)荷—熱耗曲線

最后，與功率1相同，功率4情況下也需要2個(gè)工況點(diǎn)。

由此可見(jiàn)，確定不同電負(fù)荷和熱負(fù)荷時(shí)機(jī)組的熱耗曲線，最少需要開展8個(gè)工況的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定曲線的具體參數(shù)，進(jìn)而得到機(jī)組熱耗率曲線。并且，需要針對(duì)600 MW機(jī)組和200 MW機(jī)組依次進(jìn)行變工況試驗(yàn)，具體試驗(yàn)過(guò)程如下。

2.1.1 600 MW機(jī)組變工況試驗(yàn)及結(jié)果

首先，進(jìn)行600 MW機(jī)組熱耗特性試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程及相應(yīng)結(jié)果如下。

當(dāng)抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況熱耗值如表1所示。

表1 抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)結(jié)果

將上述四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖3所示。

圖3 抽汽量為80 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

當(dāng)功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況試驗(yàn)熱耗值如表2所示。

表2 功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)的結(jié)果

將上述三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖4所示。

圖4 功率為365.35 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

當(dāng)功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況熱耗值如表3所示。

表3 功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)結(jié)果

將上述三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖5所示。

圖5 功率為515.03 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

綜上，可以得到600 MW機(jī)組的熱耗曲線，如圖6所示,其中，抽汽量為420 t/h時(shí)的機(jī)組熱耗曲線是利用插值法得到的。

圖6 600 MW機(jī)組的熱耗曲線(背壓為4.9 kPa)

2.1.2 200 MW機(jī)組變工況試驗(yàn)及結(jié)果

然后，進(jìn)行200 MW機(jī)組上熱耗特性試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程與600 MW機(jī)組相同，試驗(yàn)結(jié)果如下：

當(dāng)抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況熱耗值如表4和圖7所示。

表4 抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)結(jié)果

圖7 抽汽量為55 t/h，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

當(dāng)功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況熱耗值如表5和圖8所示。

表5 功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)結(jié)果

圖8 功率為140 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

當(dāng)功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)，得到的變工況試驗(yàn)熱耗值如表6和圖9所示。

表7 功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)結(jié)果

圖9 功率為183 MW，背壓為4.9 kPa時(shí)熱耗擬合曲線

綜上，可以得到200 MW機(jī)組的熱耗曲線組，如圖10所示。

圖10 200 MW機(jī)組的熱耗曲線(背壓為4.9 kPa)

2.2 機(jī)組節(jié)能優(yōu)化潛力分析

由上述具體的熱耗特性變工況試驗(yàn)過(guò)程可知200 MW和600 MW機(jī)組的熱耗曲線符合以下規(guī)律：在背壓和功率不變的條件下，隨抽汽量的增加而減少；在背壓和抽汽量不變的條件下，隨功率的增大而減少。圖表結(jié)合還可以看出：改變抽汽量和功率的最大可調(diào)范圍時(shí)，機(jī)組熱耗值的變化范圍很大；并且，600 MW和200 MW機(jī)組在最大抽汽量時(shí)熱耗是不同的。因此，當(dāng)全廠的總供熱抽汽量一定時(shí)，采用對(duì)200 MW機(jī)組和600 MW機(jī)組抽取不同汽量的方案時(shí)，全廠總供熱煤耗下降的程度是不同的。利用文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)全廠總熱耗進(jìn)行初步評(píng)估，以全廠的總供熱量為1 600 t為例，采取抽汽方案1時(shí)，2臺(tái)200 MW機(jī)組分別抽200 t，兩臺(tái)600 MW機(jī)組分別抽400 t，全廠總熱耗最大可下降6 000 kJ/kW·h；采取抽汽方案2時(shí)，2臺(tái)200 MW機(jī)組分別抽0 t，兩臺(tái)600 MW機(jī)組分別抽800 t，全廠熱耗最大可下降4 000 kJ/kW·h；這兩種方案的熱耗下降值相差近2 000 kJ/kW·h；并且，如果熱耗降低50 kJ/kW·h，相當(dāng)于發(fā)電煤耗可以降低 0.5～1 g/kW·h，按全廠每年年發(fā)電量80億kW·h，全廠年均節(jié)約燃煤4 000 t。由此可見(jiàn)，機(jī)組之間的熱負(fù)荷分配具有巨大的節(jié)能潛力，可以考慮進(jìn)行熱電負(fù)荷分配的優(yōu)化技術(shù)研究，降低全廠的發(fā)電總熱耗值。

3 結(jié)論

本文通過(guò)針對(duì)哈爾濱第三發(fā)電廠4臺(tái)供熱抽汽機(jī)組開展節(jié)能優(yōu)化潛力的綜合調(diào)研分析工作，從理論分析計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的結(jié)果得到了不同工況下的機(jī)組熱耗曲線組，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和熱耗曲線的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)總供熱量不變時(shí)，機(jī)組間采用不同抽汽量時(shí)可以降低全廠的總發(fā)電熱耗值，存在很大的優(yōu)化潛力。從而，為后續(xù)進(jìn)行熱電負(fù)荷分配綜合優(yōu)化工程實(shí)踐奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件。

此外，由于背壓、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱壓力、再熱蒸汽溫度、給水溫度等多方面因素都會(huì)對(duì)機(jī)組的能耗產(chǎn)生不同程度的影響，因此，后續(xù)的節(jié)能優(yōu)化工作需要綜合考慮各方面的影響因素，可在閥門管理的綜合優(yōu)化、利用背壓修正的滑壓運(yùn)行綜合優(yōu)化以及利用供熱抽汽量修正的滑壓運(yùn)行綜合優(yōu)化等方面開展技術(shù)層面的優(yōu)化工作。從而降低熱耗和發(fā)電成本，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約能源的最終目的，響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召。

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ComprehensiveInvestigationandAnalysisonEnergy-savingandOptimizationPotentialofHeat-supplyUnitswithExtractionSteam

BAI Chun-guang2,CAI Ding2,ZHANG Ke-hao2,ZHANG Xiu-jun2,ZUO Shi-chun2

(1.Energy Company Limited Harbin Third Power Plant,Harbin 150024,China;2.Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)

This paper comprehensively investigated and analyzed the economy of heat-supply units with extraction steam of Harbin Third Power Plant, which included two 200 MW and the other two 600 MW units. Heating consumption curves group of different conditions was obtained by designing related experiments and combined with related calculating method. The experiment results showed that there was great potential for the optimization of heating load distribution between the units, which was significante for thermal power plants to fully excavate the potential for saving energy,to reduce coal consumption and to sharpen competitive edge.

heat-supply with extraction steam; condensers’ back pressure; heat consumption; heating load distribution; energy-saving and optimization

2013-06-28修訂稿日期2013-12-04

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)公關(guān)項(xiàng)目(2012DB2CP022)

柏春光(1973～)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠運(yùn)行、檢修等生產(chǎn)技術(shù)方面的研究工作。

TK269+2

A

1002-6339 (2014) 01-0028-04