供熱對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組能耗指標(biāo)的影響分析

高新勇，方昕玥，唐樹芳，趙雯珺

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北 黃石 435001）

近年來，隨著全球氣候環(huán)境危機(jī)日益加劇，國(guó)家大力推進(jìn)節(jié)能減排工作，熱電聯(lián)產(chǎn)作為一種高效用能方式，得到了一定程度的重視。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種以供熱和發(fā)電同時(shí)進(jìn)行的能源利用系統(tǒng)，現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組主要來自原有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組設(shè)計(jì)及純凝機(jī)組供熱改造[1]。實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的燃煤電廠，不但供熱本身能獲取收益，而且通過供熱降低發(fā)電煤耗和成本的同時(shí)，還能提高能效與減少污染物排放[2]。

目前，我國(guó)電力行業(yè)通用的熱電分?jǐn)偡椒ㄖ饕菬崃糠?，其核心是只考慮能量的數(shù)量，不考慮能量的質(zhì)量，熱電廠的總耗熱量按供熱、供電所用能量的數(shù)量比例進(jìn)行分配；不足之處是熱電聯(lián)產(chǎn)進(jìn)行供熱的優(yōu)勢(shì)沒有得到體現(xiàn)，產(chǎn)生了“好處歸電”的弊端[3]。針對(duì)該種熱電分?jǐn)偡椒ǖ牟蛔悖恼绿岢隽擞袩o對(duì)比法，其特點(diǎn)是將供熱工況還原至純凝工況時(shí)的能耗指標(biāo)與熱量法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，直觀反映供熱對(duì)發(fā)電側(cè)的能耗指標(biāo)貢獻(xiàn)。文章通過實(shí)例分析，驗(yàn)證了有無對(duì)比法的準(zhǔn)確性，并利用該方法進(jìn)行了不同供熱方式的節(jié)能效果分析。

1 能耗評(píng)價(jià)方法

熱量法是以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，以熱效率或熱損失效率來衡量電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，其本質(zhì)是按供熱、供電所用熱量的比例來分配總熱耗量。由于該方法不能反映電能和熱能兩種產(chǎn)品在品質(zhì)上的差別，也不能反映不同供熱蒸汽參數(shù)在品質(zhì)方面的不等價(jià)，而是把熱電聯(lián)產(chǎn)所帶來的熱經(jīng)濟(jì)效益都?xì)w屬于發(fā)電方面，因此該方法又被稱為“好處歸電法”[4]。為準(zhǔn)確分析供熱給熱電廠帶來的綜合效益，文章提出了新的能耗評(píng)價(jià)方法，即有無對(duì)比法。該方法是將熱電機(jī)組的供熱工況還原至純凝工況，假設(shè)熱電機(jī)組的供熱抽汽不進(jìn)行供熱，而是進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，其產(chǎn)生的發(fā)電量對(duì)應(yīng)該類型機(jī)組發(fā)電煤耗計(jì)算出這部分耗煤量，然后與熱量法計(jì)算得出的耗煤量進(jìn)行對(duì)比，兩者的耗煤量之差即是供熱對(duì)發(fā)電側(cè)所帶來的節(jié)煤量。有無對(duì)比法計(jì)算得出的節(jié)煤量除以供電量，即為對(duì)供電煤耗的影響。

2 供熱方式對(duì)機(jī)組節(jié)能的影響

2.1 抽汽供熱方式的節(jié)能分析

針對(duì)300MW熱電機(jī)組抽汽供熱，工業(yè)供熱選取抽汽壓力1.8MPa，采暖供熱選取抽汽壓力0.49MPa，利用有無對(duì)比法模型進(jìn)行理論分析，在供熱工況時(shí)每供100萬GJ相比于純凝工況的節(jié)能效果如表1所示[5]。

圖1 供熱對(duì)發(fā)電側(cè)節(jié)能影響的有無對(duì)比法分析模型

表1 抽汽供熱方式的理論節(jié)能效果

若按發(fā)電量15億kW·h計(jì)算，供熱量每增加100萬GJ時(shí)，工業(yè)抽汽供熱方式使發(fā)電煤耗下降8g/（kW·h），采暖抽汽供熱方式使發(fā)電煤耗下降12g/（kW·h）。

為驗(yàn)證有無對(duì)比法模型的理論準(zhǔn)確性，選取部分熱電廠2018—2019年某一時(shí)期的節(jié)煤統(tǒng)計(jì)值，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，對(duì)比分析結(jié)果如表2所示。

表2 抽汽供熱方式下節(jié)煤量的統(tǒng)計(jì)值與理論值對(duì)比

工業(yè)供熱選取南方某熱電廠，抽汽壓力為3.3MPa，根據(jù)供熱時(shí)期運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，與純凝工況相比，供熱負(fù)荷為100萬GJ時(shí)對(duì)應(yīng)的節(jié)煤量為0.83萬t，利用有無對(duì)比法模型理論計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的節(jié)煤量為0.9萬t。統(tǒng)計(jì)值與理論值基本符合，偏差僅為-7.8%。

采暖供熱選取北方某熱電廠，抽汽壓力為0.4MPa，根據(jù)供熱時(shí)期運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，與純凝工況相比，供熱負(fù)荷為100萬GJ時(shí)對(duì)應(yīng)的節(jié)煤量為1.75萬t，利用有無對(duì)比法模型理論計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的節(jié)煤量為1.93萬t。統(tǒng)計(jì)值與理論值基本符合，偏差僅為-9.3%。

通過分析可知，造成統(tǒng)計(jì)值與理論值存在偏差的主要原因是熱電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，受到機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)和運(yùn)行調(diào)整的影響，導(dǎo)致機(jī)組的實(shí)際節(jié)煤量比理論值偏小。

通常來說，采暖供熱抽汽壓力范圍為0.3～0.5MPa，工業(yè)供熱抽汽壓力在0.9MPa以上。供熱抽汽壓力對(duì)機(jī)組節(jié)能有較大影響，以抽汽壓力0.29MPa、0.35MPa、0.43MPa、0.49MPa、0.95MPa、1.80MPa及 3.63MPa為例，進(jìn)行不同抽汽壓力下供100萬GJ時(shí)供熱對(duì)機(jī)組的節(jié)能影響分析，熱電機(jī)組供熱節(jié)煤量隨供熱抽汽壓力的變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 熱電機(jī)組供熱節(jié)煤量隨供熱抽汽壓力的變化趨勢(shì)

由圖2可知，熱電機(jī)組的供熱節(jié)煤量隨著供熱抽汽壓力的增加而逐漸降低。為此，對(duì)于抽汽供熱方式，在滿足外界供熱參數(shù)需求的同時(shí)，應(yīng)選取較低的抽汽壓力或者回收利用高參數(shù)抽汽壓力及減少節(jié)流損失，獲取更高的供熱效益。

2.2 余熱回收供熱方式的節(jié)能分析

目前，余熱回收供熱的主要方式包括高背壓供熱和吸收式熱泵供熱。針對(duì)300MW熱電機(jī)組余熱回收供熱，利用有無對(duì)比法模型進(jìn)行理論分析，得出供熱量每增加100萬GJ時(shí)，余熱回收供熱方式的理論節(jié)能效果如表3所示。由表3可知，不同的余熱回收供熱方式所產(chǎn)生的節(jié)能效果不同，其中，吸收式熱泵供熱方式的節(jié)能效果要優(yōu)于高背壓供熱方式。

表3 余熱回收供熱方式的理論節(jié)能效果

3 結(jié)論

文章提出的有無對(duì)比法實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確分析供熱，為降低熱電廠發(fā)電側(cè)能耗指標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。同時(shí)結(jié)合300MW熱電機(jī)組，利用有無對(duì)比法進(jìn)行了不同供熱方式對(duì)機(jī)組節(jié)能的影響分析，得出了如下結(jié)論：

（1）選取采暖抽汽壓力0.49MPa，工業(yè)抽汽壓力1.8MPa，當(dāng)供熱量每增加100萬GJ時(shí)，若按發(fā)電量15億kW·h計(jì)算，采暖抽汽供熱方式可實(shí)現(xiàn)節(jié)煤1.82萬t，使得發(fā)電煤耗下降12g/（kW·h）；工業(yè)抽汽供熱方式可實(shí)現(xiàn)節(jié)煤1.15萬t，使得發(fā)電煤耗下降8g/（kW·h）。

（2）余熱回收供熱方式的節(jié)能效果優(yōu)于采暖抽汽供熱方式。不同余熱回收供熱方式所產(chǎn)生的節(jié)能效果不同，且吸收式熱泵供熱方式的節(jié)能效果要優(yōu)于高背壓供熱方式。