純冷凝機(jī)組供熱改造后煤耗在線的計(jì)算方法修正

謝煜華，林英明，李千軍

(1.廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；3.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

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純冷凝機(jī)組供熱改造后煤耗在線的計(jì)算方法修正

謝煜華1，林英明2，李千軍3

(1.廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；3.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

純冷凝機(jī)組供熱改造后，由于未能達(dá)到認(rèn)定供熱機(jī)組條件，煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能沿用改造前的純冷凝機(jī)組計(jì)算模型，引起系統(tǒng)計(jì)算的發(fā)電煤耗明顯高于機(jī)組實(shí)際煤耗，導(dǎo)致機(jī)組在節(jié)能發(fā)電調(diào)度的排序中落后于同類型機(jī)組。為了解決問題，分析了供熱改造對(duì)煤耗、熱耗率的影響，根據(jù)分析結(jié)果提出了一種補(bǔ)償算法，對(duì)熱耗率偏差進(jìn)行補(bǔ)償修正，并采用仿真軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，比較、分析不同算法計(jì)算出的熱耗率。在煤耗在線系統(tǒng)上進(jìn)行修改實(shí)施，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果與機(jī)組實(shí)際狀況相符，表明該算法使煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算的煤耗能反映機(jī)組的純冷凝狀態(tài)實(shí)際煤耗水平。通過補(bǔ)償算法，可對(duì)達(dá)不到熱電比要求的小流量供熱機(jī)組的煤耗計(jì)算方法進(jìn)行修正，解決供熱改造后煤耗的算法不適當(dāng)導(dǎo)致調(diào)度排序不合理問題。

煤耗在線；供熱改造；計(jì)算方法修正；熱耗率；補(bǔ)償算法

節(jié)能發(fā)電調(diào)度能夠有效減少能源消耗和污染物的排放，其核心是發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能排序[1]。煤耗在線系統(tǒng)顯示的機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反映了機(jī)組的真實(shí)能耗水平，是節(jié)能發(fā)電調(diào)度排序的依據(jù)，因此可靠的煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是節(jié)能發(fā)電調(diào)度的基礎(chǔ)[2]。

不同機(jī)組的熱力系統(tǒng)是有差別的，煤耗在線計(jì)算模型也要根據(jù)不同類型機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到機(jī)組真實(shí)的煤耗水平，使得節(jié)能發(fā)電調(diào)度能夠公平公正[3]。根據(jù)廣東省節(jié)能發(fā)電調(diào)度要求，2011年，某電廠兩臺(tái)600MW超臨界機(jī)組按照純冷凝機(jī)組類型，完成了煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站建設(shè)，并根據(jù)煤耗在線系統(tǒng)指標(biāo)參與節(jié)能發(fā)電調(diào)度[4]。為貫徹落實(shí)國務(wù)院印發(fā)的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，推動(dòng)廣東省工業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)集中供熱建設(shè)，進(jìn)一步規(guī)范供熱管理，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展[5]，兩臺(tái)機(jī)組完成對(duì)外供熱改造，由于供熱量較少，未達(dá)到熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組認(rèn)定條件，故煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)算仍維持了原純冷凝機(jī)組算法。但是，由于機(jī)組增加了對(duì)外供熱，在相同電負(fù)荷下勢(shì)必增加進(jìn)汽量，從而引起機(jī)組的煤耗在線計(jì)算值相對(duì)實(shí)際值偏高，導(dǎo)致機(jī)組在節(jié)能發(fā)電調(diào)度中排序明顯落后于同類型機(jī)組。為了使煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能反映機(jī)組的實(shí)際煤耗情況，有必要對(duì)達(dá)不到供熱機(jī)組認(rèn)定條件的小流量供熱機(jī)組的煤耗計(jì)算方法進(jìn)行修正，研究一種較公平的計(jì)算修正方法[6]。

1　供熱改造對(duì)機(jī)組煤耗、熱耗率影響分析

1.1設(shè)備系統(tǒng)簡介

某電廠3、4號(hào)機(jī)組原為純冷凝機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司提供的N600-24.2/566/566型號(hào)的超臨界、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)；鍋爐為上海鍋爐有限公司提供的型號(hào)為SG-1913/25.4-M960型超臨界參數(shù)、變壓、螺旋管圈、直流鍋爐。機(jī)組于2012年進(jìn)行了供熱改造，供熱參數(shù)為1.1MPa(絕對(duì)壓力，下同)，300 ℃，50t/h。供熱蒸汽取自2個(gè)來源：高溫再熱蒸汽或高壓缸排汽。高負(fù)荷時(shí)采用高壓缸排汽供熱；低負(fù)荷時(shí)用高溫再熱蒸汽供熱，經(jīng)噴水減溫減壓達(dá)到供熱參數(shù)。

1.2煤耗在線中汽輪機(jī)熱耗率的計(jì)算方法

1.2.1純冷凝機(jī)組

按照《廣東省節(jié)能發(fā)電調(diào)度煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能耗計(jì)算規(guī)范(試行)》，純冷凝機(jī)組汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算方法為熱耗量除以功率，計(jì)算公式為

(1)

式中：QMS、QRH分別為主蒸汽、再熱蒸汽帶入汽輪機(jī)的熱量;QFW、QCRH、QSHW、QRHW分別為給水、高壓缸排汽、過熱減溫水(僅限于從給水泵出口引出，下同)和再熱減溫水等由汽輪機(jī)返回鍋爐的熱量;P為發(fā)電機(jī)功率。

1.2.2熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組

按照《廣東省節(jié)能發(fā)電調(diào)度煤耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能耗計(jì)算規(guī)范(試行)》，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組與純冷凝機(jī)組熱耗率計(jì)算方法的差別，是用熱耗量減去對(duì)外供熱帶走的熱量，增加補(bǔ)水帶入系統(tǒng)熱量。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)熱耗率的計(jì)算公式為

(2)

式中：Qgr為對(duì)外供熱蒸汽帶走的熱量;QMU為補(bǔ)水帶入系統(tǒng)的熱量。

與純冷凝機(jī)組熱耗率計(jì)算方法不同，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)熱耗率的計(jì)算方法將供熱帶來的經(jīng)濟(jì)效益都?xì)w于發(fā)電方面，即“好處歸電”，因此帶相同的電負(fù)荷時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組對(duì)外供熱工況的熱耗率低于純冷凝工況的熱耗率。

1.3供熱改造對(duì)煤耗計(jì)算影響的分析

影響煤耗的主要因素有鍋爐效率、汽輪機(jī)熱耗率、廠用電率。供熱改造之后,鍋爐系統(tǒng)邊界條件參數(shù)沒有發(fā)生改變，因此不影響煤耗在線系統(tǒng)中反平衡鍋爐效率的計(jì)算。機(jī)組增加對(duì)外供熱之后補(bǔ)水量增大，會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水泵的耗功略有增加，廠用電率有所增加，對(duì)供電煤耗會(huì)有一定影響[7]，但可忽略不計(jì)。

供熱改造前后，真正影響煤耗的因素為汽輪機(jī)熱耗率[8]。供熱對(duì)熱耗率影響有以下4個(gè)方面：抽走蒸汽導(dǎo)致汽輪機(jī)做功減少；凝結(jié)水量和給水量增加，進(jìn)而導(dǎo)致回?zé)岢槠吭黾?；蒸汽在鍋爐中的吸熱量發(fā)生變化；凝汽器補(bǔ)充水帶入熱量。

供熱改造前，機(jī)組純冷凝設(shè)計(jì)工況的熱耗率為7582.5kJ/kWh。供熱改造后，供熱蒸汽參數(shù)為1.1MPa、300 ℃、50t/h。在主汽壓力、主汽溫度、主汽流量和再熱汽溫度等參數(shù)不變，且與改造前純冷凝設(shè)計(jì)工況的數(shù)值相同的前提下，分別采用純冷凝機(jī)組和供熱機(jī)組計(jì)算方法，計(jì)算出供熱改造后的熱耗率。

在供熱蒸汽來自高壓缸排汽時(shí)，按供熱機(jī)組計(jì)算得到的熱耗率為7501.6kJ/kWh，低于純冷凝工況的熱耗率，與供熱改造的節(jié)能降耗目的是相符的。若仍按純冷凝機(jī)組計(jì)算，得到的熱耗率為7748.5kJ/kWh，不僅比按供熱機(jī)組計(jì)算得出的熱耗率高約247kJ/kWh，較改造前工況的熱耗率也高出166kJ/kWh，即計(jì)算得出的經(jīng)濟(jì)性較改造前是降低的。供熱蒸汽來自再熱蒸汽時(shí)，其結(jié)果類似。由計(jì)算結(jié)果可知，使用與實(shí)際運(yùn)行狀況不符的計(jì)算方法，計(jì)算得出的機(jī)組經(jīng)濟(jì)性結(jié)果是不正確的。

對(duì)于該電廠兩臺(tái)600MW超臨界機(jī)組，供熱改造后熱電比為13%，達(dá)不到熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的認(rèn)定要求，只能沿用純冷凝機(jī)組計(jì)算方法。但用純冷凝機(jī)組算法，其熱耗率的計(jì)算值比實(shí)際值要高出很多，煤耗隨之偏高很多，這不合理，并且供熱越多，計(jì)算得出的熱耗率和煤耗越高。因而對(duì)煤耗在線系統(tǒng)中有供熱但達(dá)不到規(guī)定熱電比的機(jī)組，必須修正其煤耗計(jì)算方法[9]。

2　供熱改造煤耗計(jì)算方法的修正

2.1供熱改造后熱耗率計(jì)算的修正方法

對(duì)于運(yùn)行在供熱工況下的機(jī)組，可假定其主汽壓力、主汽溫度、主汽流量和再熱汽溫度等參數(shù)不變，且將系統(tǒng)模擬切換成純冷凝工況，以此計(jì)算出汽輪機(jī)的熱耗率，則能夠較為客觀地反映機(jī)組純冷凝狀態(tài)下的真實(shí)能耗水平。即根據(jù)供熱工況的運(yùn)行參數(shù)和機(jī)組狀況，修正計(jì)算出機(jī)組在相應(yīng)純冷凝工況下的熱耗率和煤耗，較公平地參與純冷凝機(jī)組的發(fā)電調(diào)度排序。

根據(jù)供熱對(duì)熱耗率影響的分析結(jié)果，可采用補(bǔ)償功率和吸熱量的計(jì)算方法，達(dá)到修正熱耗率的目的。在假設(shè)主汽流量不變的前提下，凝結(jié)水量、給水量和補(bǔ)充水量的變化對(duì)熱耗率的影響相對(duì)較小，為了簡化計(jì)算，修正時(shí)不再考慮此方面的影響。

表1不同工況熱耗率補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果

供熱汽源工況對(duì)外供熱流量(減溫后)/(t·h-1)發(fā)電機(jī)功率/MW純冷凝算法熱耗率/(kJ·kW-1·h-1)供熱算法熱耗率/(kJ·kW-1·h-1)做功補(bǔ)償/MW吸熱補(bǔ)償/MW計(jì)算功率/MW補(bǔ)償算法熱耗率/(kJ·kW-1·h-1)再熱蒸汽供熱600MW450MW0600.67582.550582.37765.17510.413.7—596.17586.135587.87709.17532.59.6—597.47585.015595.17636.17561.44.2—599.37582.70450.17724.750432.27969.37626.213.4—445.67729.335437.67893.87656.69.4—447.07727.915444.77796.07696.04.0—448.87726.1高壓缸排汽供熱600MW450MW0600.67582.550583.67748.57501.617.08.8600.77581.635588.77697.77526.411.96.1600.67581.915595.57631.37558.75.12.6600.67582.30450.17724.750433.57944.17613.316.69.1450.27723.835438.57876.67647.611.66.4450.17724.115445.17788.87692.25.02.7450.17724.4

表23號(hào)機(jī)補(bǔ)償算法與純冷凝、供熱算法發(fā)電標(biāo)煤對(duì)比

工況對(duì)外供熱流量(減溫后)/(t·h-1)實(shí)際負(fù)荷/MW折算負(fù)荷/MW純冷凝算法發(fā)電標(biāo)煤/(g·kW-1·h-1)供熱算法發(fā)電標(biāo)煤/(g·kW-1·h-1)補(bǔ)償算法發(fā)電標(biāo)煤/(g·kW-1·h-1)差值/(g·kW-1·h-1)與純冷凝算法相比與供熱算法相比600MW41.61601.3609.7292.9287.1288.7-4.21.6450MW29.03450.9456.66295.6290.1291.7-3.91.6300MW33.52302.7309.11310.9301.4306.1-6.72.7

假定抽走的供熱蒸汽回到汽輪機(jī)做功，計(jì)算其做功的大小，并將這部分“補(bǔ)償?shù)墓β省庇?jì)入到熱耗率的計(jì)算公式中。

(3)

式中：ΔP為補(bǔ)償?shù)墓β省?/p>

如果對(duì)外供熱蒸汽沒有經(jīng)過再熱器吸熱(例如從高壓缸的排汽口抽出)，假定抽走的供熱蒸汽回到汽輪機(jī)作功，除了要計(jì)算功率補(bǔ)償量之外，還需進(jìn)行再熱蒸汽的吸熱補(bǔ)償量計(jì)算，上式變?yōu)?/p>

(4)

式中：ΔQ為補(bǔ)償?shù)奈鼰崃俊?/p>

對(duì)于供熱蒸汽經(jīng)過再熱器吸熱和沒有經(jīng)過再熱器吸熱2種供熱方式，功率補(bǔ)償和吸熱補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法如下。

a)對(duì)于供熱蒸汽經(jīng)過再熱器吸熱的供熱方式，

(5)

式中：qEX、hEX分別為供熱抽汽的質(zhì)量流量和比焓；hend為低壓缸排汽比焓，可參考設(shè)計(jì)工況，依據(jù)負(fù)荷和背壓的變化擬合曲線計(jì)算得到；ηe為發(fā)電機(jī)效率。

b)對(duì)于供熱蒸汽沒有經(jīng)過再熱器吸熱的供熱方式，

ΔP=[(hRH-hend)+(hEX-hCRH)]×qEX×ηe. (6)

(7)

式中：hRH為再熱蒸汽比焓，hCRH為高壓缸排汽比焓。

2.2修正方法的模擬計(jì)算

以某電廠的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，采用德國Ebsilon熱力系統(tǒng)仿真軟件，在機(jī)組450MW和600MW電負(fù)荷及4種不同供熱量(供熱參數(shù)均為1.1MPa、300 ℃)的工況下，采用純冷凝機(jī)組、供熱機(jī)組和補(bǔ)償修正這3種算法分別對(duì)機(jī)組的熱耗率進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下,見表1。

供熱蒸汽取自再熱蒸汽，采用式(5)計(jì)算作功補(bǔ)償量，最終計(jì)算出補(bǔ)償算法的熱耗率。

供熱蒸汽取自高壓缸排汽，沒有經(jīng)過再熱器吸熱，采用式(6)和式(7)計(jì)算做功補(bǔ)償、吸熱補(bǔ)償，最終計(jì)算出補(bǔ)償算法的熱耗率。

表1中計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)過做功補(bǔ)償和吸熱補(bǔ)償之后，用補(bǔ)償算法得出的熱耗率與機(jī)組不供熱時(shí)(供熱蒸汽流量為0)用純冷凝算法得出的熱耗率幾乎相等，由此可見這種算法補(bǔ)償了再熱蒸汽或高壓缸排汽供熱帶走的熱量損失，能還原機(jī)組純冷凝狀態(tài)的能耗水平。

3　實(shí)施效果

按上述方法在煤耗在線系統(tǒng)中實(shí)施了算法更新，進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，并對(duì)比采用補(bǔ)償算法、純冷凝機(jī)組與供熱機(jī)組3種算法得出的3號(hào)機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗，見表2。結(jié)果表明：a)補(bǔ)償算法得出的發(fā)電煤耗與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的能耗狀況相符，小于按純冷凝機(jī)組計(jì)算得出的發(fā)電煤耗，糾正了原處理方法的錯(cuò)誤；但該值仍大于按熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組計(jì)算得出的發(fā)電煤耗，未能反映出該機(jī)組供熱時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。b)供熱量不變，隨著電負(fù)荷的降低，不同算法帶來的差值增大。

4號(hào)機(jī)組的情況類似。從結(jié)果看，用補(bǔ)償算法得到的煤耗，能夠還原機(jī)組的純冷凝狀態(tài)的能耗水平，使機(jī)組可以參與純冷凝機(jī)組的節(jié)能發(fā)電調(diào)度排序。

4　結(jié)束語

針對(duì)供熱機(jī)組，本文提供了一種通用的修正方法，采用做功補(bǔ)償和吸熱補(bǔ)償算法，可以將供熱蒸汽帶走的熱量損失有效補(bǔ)償?shù)綗岷穆实挠?jì)算中，能真實(shí)反映機(jī)組純冷凝狀態(tài)的熱耗率。在煤耗在線系統(tǒng)中，對(duì)于不滿足熱電聯(lián)產(chǎn)認(rèn)定要求的供熱機(jī)組，本文方法雖未能全部體現(xiàn)其對(duì)外供熱的好處，但可使機(jī)組的熱耗率和發(fā)電煤耗計(jì)算值還原到純冷凝狀態(tài)時(shí)的水平，并參與純冷凝機(jī)組的能耗水平排序，有助于機(jī)組節(jié)能發(fā)電調(diào)度排序的公平公正。

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(編輯霍鵬)

CorrectiononCalculationMethodforCoalConsumptionOnlineAfterHeatingTransformationofPureCondensingUnit

XIEYuhua1,LINYingming2,LIQianjun3

(1.GuangdongZhuhaiJinwanPowerCo.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong519050,China; 2.ElectricPowerDispatchingControlCenterofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510600,China; 3.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Afterheatingtransformationofthepurecondensingunit,thecoalconsumptiononlinemonitoringsystemcanonlyusethecalculationmodelbeforetransformationduetofailureinreachingconditionsforheatingunit,whichmaycausecalculatedcoalconsumptionforpowergenerationobviouslyhigherthanactualcoalconsumptionoftheunitandtheunitfallbehindsimilarunitsinsortingforenergy-savingpowergenerationdispatching.Inordertosolvethisquestion,thispaperanalyzesinfluenceofheatingtransformationoncoalconsumptionandheatrateandpresentsakindofcompensationalgorithmaccordingtoanalysisresultsforcompensationcorrectionondeviationofheatrate.Italsousessimulationsoftwareforsimulatingcalculationsoastocompareandanalyzeheatratescalculatedbydifferentalgorithm.Thisalgorithmisappliedinthecoalconsumptiononlinesystemforcorrectionandthesystemrunningresultsareinaccordancewithactualsituationoftheunit,whichindicatesthatthecalculatedcoalconsumptionbytheonlinemonitoringsystemisabletoreflectactualcoalconsumptionleveloftheunitundercondensingstate.Itisabletocorrectcalculationmethodforcoalconsumptionofsmall-flowheatingunitsfailingofrequirementforthermoelectricityratiobyusingthecompensationalgorithmaswellassolvetheproblemofunreasonabledispatchingsortingcausedbyinadequatealgorithmforcalculatingcoalconsumptionafterheatingtransformation.

coalconsumptiononline;heatingtransformation;calculationmethodcorrection;heatrate;compensationalgorithm

2016-03-07

2016-05-09

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.009

TK212

A

1007-290X(2016)07-0044-05

謝煜華(1978)，男，廣東珠海人。工程師，工學(xué)學(xué)士，從事電廠燃料采購、電廠航道管理、節(jié)能管理工作。

林英明(1975)，男，廣東潮州人。高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事發(fā)電節(jié)能調(diào)度管理工作。

李千軍(1970)，男，湖北天門人。教授級(jí)高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從事發(fā)電節(jié)能研究工作。