火力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性分析

火力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性分析

1熱經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)電廠是一家將發(fā)電效率轉(zhuǎn)化為便捷、無塵、方便的能源生產(chǎn)的工廠，實(shí)現(xiàn)了從一、二、環(huán)節(jié)能源向二、環(huán)節(jié)能源的轉(zhuǎn)變?；鹆Πl(fā)電的生產(chǎn)過程是燃煤變成電的過程,在這個(gè)轉(zhuǎn)變過程中,燃煤在鍋爐里燃燒,其化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了工質(zhì)的熱能,工質(zhì)的熱能在汽輪機(jī)里推動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割磁力線,機(jī)械能變成電能,輸送出去。電是由煤轉(zhuǎn)變而來的,煤是火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過程中最大、最主要的消耗品,煤以熱量的方式來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換,減少熱量,就可以減少煤的消耗,這樣就形成了火力發(fā)電企業(yè)的熱經(jīng)濟(jì)性,下面是國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。從表1可以看出,影響汽輪發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性最大的因素是汽輪機(jī)組絕對(duì)內(nèi)效率,而導(dǎo)致汽輪機(jī)組絕對(duì)內(nèi)效率低的主要原因是熱力循環(huán)效率低。減少冷源損失可以提高循環(huán)效率,對(duì)于一個(gè)運(yùn)行的火力發(fā)電廠,采取熱電聯(lián)產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)減少冷源損失、提高循環(huán)熱效率進(jìn)而提高汽輪發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的有效舉措。2熱梨花的原理、方法和熱經(jīng)濟(jì)性分析2.1采用熱電聯(lián)產(chǎn)來提高煤耗從上面的分析可知,影響火力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性最大的因素是循環(huán)的冷源熱損失,由熱力學(xué)第二定律可知,完全避免冷源熱損失是絕不可能的,只能從減少冷源損失的方向出發(fā),來降低煤耗,提高熱經(jīng)濟(jì)性,采用熱電聯(lián)產(chǎn)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)措施最有效的途徑。高品位的熱能用來發(fā)電,低品位的熱能用來對(duì)外供熱,按照熱能質(zhì)(品位)的差別,來安排能量的消耗,提高熱能的綜合利用率和熱的經(jīng)濟(jì)性,這種生產(chǎn)過程叫做熱電聯(lián)產(chǎn)。熱電聯(lián)產(chǎn)不僅反映出熱、電兩種產(chǎn)品在質(zhì)上的內(nèi)涵,而且更為重要的是:熱化供熱汽流,在汽輪機(jī)中做功后,抽出去對(duì)外供熱,無冷源損失,熱力循環(huán)的熱效率可以達(dá)到100%,大大提高了熱經(jīng)濟(jì),可以達(dá)到資源的優(yōu)化配置,這就是熱電聯(lián)產(chǎn)熱經(jīng)濟(jì)性顯著的原因所在。2.2一般熱耦合法和熱經(jīng)濟(jì)性分析2.2.1背壓供熱方式的熱電聯(lián)產(chǎn)用汽輪機(jī)做完功具有一定壓力和溫度的排汽,加熱熱網(wǎng)的循環(huán)水而對(duì)外進(jìn)行供熱,這種方式就叫做采用背壓供熱方式的熱電聯(lián)產(chǎn)。這種熱電聯(lián)產(chǎn)方式是一種比較簡(jiǎn)單的、純粹的聯(lián)合能量生產(chǎn)形式,采用這種方式,因無冷源損失,所以熱經(jīng)濟(jì)性很高,但是這種生產(chǎn)過程存在著電、熱兩種負(fù)荷相互制約和供熱的經(jīng)濟(jì)好、發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn),因此,這種供熱方式一般在小供熱機(jī)組上使用。2.2.2采用低壓抽汽供熱燃煤在鍋爐里燃燒,產(chǎn)生的熱量被工質(zhì)水吸收后,生成高溫、高壓的水蒸汽,進(jìn)入汽輪機(jī),推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),在汽輪機(jī)的低壓部分,抽出一部分蒸汽,加熱熱網(wǎng)的循環(huán)水,另一部分蒸汽繼續(xù)在汽輪機(jī)的低壓缸做功,轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?這種熱電聯(lián)產(chǎn)就叫做采用低壓抽汽供熱方式的熱電聯(lián)產(chǎn)。因抽出的一部分蒸汽,加熱了熱網(wǎng)的循環(huán)水,不存在冷源損失,熱力循環(huán)的冷源熱損失為零,因此,熱經(jīng)濟(jì)好。于天良·熱電聯(lián)產(chǎn)提高熱經(jīng)濟(jì)性的分析與研究2010年第14期采用這種供熱方式,電、熱兩種產(chǎn)品相互影響不大,適用于大機(jī)組,因此,被得到廣泛應(yīng)用。這種供熱方式的缺點(diǎn)是:為滿足供熱的需求,必須采用調(diào)節(jié)抽汽,導(dǎo)致了一部分繼續(xù)在低壓缸做功的凝汽流通過調(diào)節(jié)閥門時(shí)引發(fā)了節(jié)流不可逆損失,使得這部分凝汽流的熱效率相對(duì)于比不供熱方式時(shí)要低,引起機(jī)組熱效率降低。3機(jī)組接帶供熱后,機(jī)組的運(yùn)行方式供熱抽汽流,除需要一定的溫度和壓力外,還需要一定的流量。凝汽流也需要一定的溫度、壓力和流量,如果凝汽流的流量不足,在抽汽點(diǎn)后汽輪機(jī)低壓缸做功引起的損失更大,效率下降得更多,而且還會(huì)影響到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行,因此,機(jī)組必須接帶一定的負(fù)荷后,才允許開始供熱。機(jī)組接帶供熱后,機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅有電,還有熱,機(jī)組的運(yùn)行方式即電、熱負(fù)荷的分配方式有“以熱定電”和“以電定熱”兩種?！耙詿岫姟钡姆绞绞侵赶葷M足對(duì)外供熱熱量的需求,在增加供熱量的同時(shí),也伴隨著機(jī)組電負(fù)荷的增加,但是發(fā)電量的增加是建立在增加供熱量的基礎(chǔ)上,是為保障供熱量而增加的?！耙噪姸帷钡姆绞脚c“以熱定電”的方式恰好相反,是指先滿足電量的需求,而后抽出一部分蒸汽供熱,隨著機(jī)組電負(fù)荷的增加,熱負(fù)荷也在增加,但是增加的幅度很小。下面,就“以熱定電”和“以電定熱”的運(yùn)行方式,進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性的分析。3.1凝汽流調(diào)整閥門控制下面是一臺(tái)單抽一次中間再熱機(jī)組的“以熱定電”熱電聯(lián)產(chǎn)流程示意圖,如圖1所示,機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)后,先在冷凝工況下發(fā)電,凝汽流調(diào)整閥門處于全開狀態(tài)。當(dāng)電負(fù)荷升到一定數(shù)值時(shí),逐漸開啟供熱抽汽管道上的電動(dòng)調(diào)整閥門,加熱熱網(wǎng)循環(huán)水,進(jìn)行對(duì)外供熱,當(dāng)全開供熱抽汽管道上的電動(dòng)調(diào)整門無法滿足供熱需求時(shí),于是必須通過逐漸關(guān)小凝汽流的調(diào)整閥門,增大供熱抽汽流量的方式,來滿足供熱的需求。當(dāng)凝汽流的調(diào)整閥門關(guān)到一定位置時(shí),開始出現(xiàn)節(jié)流損失,凝汽流的調(diào)整閥門限位,此時(shí),供熱量到最大。在供熱量增加的過程中,發(fā)電量也在增加,但是,增加的量比較平緩。下面是“以熱定電”方式下,熱、電負(fù)荷變化過程的示意圖(圖2)。圖的橫坐標(biāo)為燃煤量,縱坐標(biāo)其一為發(fā)電量,其二為供熱量,燃煤量的Co點(diǎn)為機(jī)組開始接帶供熱點(diǎn),從此點(diǎn)后,熱量增加的斜率大于發(fā)電量增加的斜率,這就是“以熱定電”運(yùn)行方式的特征。將熱負(fù)荷用電熱當(dāng)量3600折算到發(fā)電量的示意圖如圖3所示。由圖示可知,采用“以熱定電”運(yùn)行方式的熱電聯(lián)產(chǎn),在相同煤量下,熱和電的收入將大于單純發(fā)電的收入,使得燃煤的利用系數(shù)增加,熱效率提高。3.2以電定熱:熱電聯(lián)產(chǎn)的熱、電收入變化規(guī)律圖4是一臺(tái)單抽一次中間再熱機(jī)組的“以電定熱”熱電聯(lián)產(chǎn)流程示意圖,與“以熱定電”的示意圖相比,取掉了凝汽流的調(diào)整閥門。如圖4所示,機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)后,先在冷凝工況下發(fā)電,當(dāng)電負(fù)荷升到一定數(shù)值時(shí),方可開啟供熱抽汽管道上的電動(dòng)調(diào)整閥門,加熱熱網(wǎng)循環(huán)水,進(jìn)行對(duì)外供熱,但是,供熱量的調(diào)整是在先滿足發(fā)電量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。當(dāng)發(fā)電量達(dá)到滿負(fù)荷時(shí),依據(jù)鍋爐的出力、汽輪機(jī)各缸的負(fù)荷情況,來決定接帶供熱量的多少。下面是“以電定熱”方式下,電、熱負(fù)荷變化過程示意圖(圖5)。圖的橫坐標(biāo)為燃煤量,縱坐標(biāo)其一為發(fā)電量,其二為供熱量,燃煤量的Co點(diǎn)為機(jī)組開始接帶供熱點(diǎn),從此點(diǎn)后,發(fā)電量增加的斜率大于熱量增加的斜率,這就是“以電定熱”運(yùn)行方式的特征,將熱負(fù)荷用電熱當(dāng)量3600折算到發(fā)電量的示意圖如圖6所示。由圖示可知,采用“以電定熱”運(yùn)行方式的熱電聯(lián)產(chǎn),在相同煤量下,熱和電的收入將大于單純發(fā)電的收入,使得燃煤的利用系數(shù)增加,熱經(jīng)濟(jì)性提高。比較“以熱定電”的圖3和“以電定熱”的圖6,可以看出它們的共同點(diǎn)是:采用熱電聯(lián)產(chǎn),均可以實(shí)現(xiàn)熱、電的收入大于單純發(fā)電的收入。不同點(diǎn)的是:采用“以熱定電”方式熱、電負(fù)荷的收入大于“以電定熱”方式熱、電負(fù)荷的收入,其主要原因是:“以熱定電”熱電聯(lián)產(chǎn)方式的冷源損失小于“以電定熱”的冷源損失,導(dǎo)致了“以熱定電”方式的熱、電負(fù)荷的收入增加。所以,熱電聯(lián)產(chǎn)必須采用“以熱定電”的方式,才能把熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性充分發(fā)揮出來,下面用一個(gè)案例進(jìn)行說明。某臺(tái)單抽一次中間再熱的熱電聯(lián)產(chǎn)200MW機(jī)組,采用“以熱定電”和“以電定熱”運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)如下:采用“以熱定電”方式全廠的熱效率為:η熱—電=(981000+145×3600)/105×21125=67.76%采用“以電定熱”方式全廠的熱效率為:η電—熱=(685000+200×3600)/105×21125=63.34%顯然η熱—電>η電—熱由此看來,采用“以熱定電”比“以電定熱”方式的熱經(jīng)濟(jì)性更好。4利用熱網(wǎng),推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功采用低壓抽汽供熱,既可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)提高熱經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn),又有被廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),但是,如果熱價(jià)不到位,熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性就不能轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益,下面,從熱、電價(jià)格的角度出發(fā),分析熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。具有一定壓力、溫度的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī),推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功。從汽輪機(jī)低壓部分抽出一部分汽流,進(jìn)入熱網(wǎng)換熱設(shè)備,加熱對(duì)外供熱的循環(huán)水,供熱的循環(huán)水經(jīng)過加熱后,溫度升高,用水泵送入熱網(wǎng)系統(tǒng)中。供熱的抽汽流被熱網(wǎng)的循環(huán)水吸熱后,溫度、壓力降低,變成了疏水,用水泵提壓后,回到熱力循環(huán)系統(tǒng)中,這樣就完成了抽汽供熱的生產(chǎn)過程。如果這部分汽流用作供熱后產(chǎn)生的收入大于用作發(fā)電產(chǎn)生的收入,那么,這部分汽流采用供熱為經(jīng)濟(jì)可行,反之,采用供熱為不經(jīng)濟(jì),下面是抽汽汽流的發(fā)電、供熱收入計(jì)算過程。4.1kj的熱量設(shè)抽汽流的流量為Qkg/h,抽汽點(diǎn)的焓為h1kJ/kg,排汽焓為hCkJ/kg,電—熱當(dāng)量3600,即1kW·h的電能相當(dāng)于3600kJ的熱量。抽汽點(diǎn)后的汽輪機(jī)缸效率為ηi,機(jī)械效率為ηj,發(fā)電機(jī)效率為ηfd,上網(wǎng)廠用電率λ,抽汽流后因存在回?zé)岢槠?抽汽流不可能完全做功,必然有一部分抽出去,加熱凝結(jié)水,設(shè)抽汽流的回?zé)岢槠龉Σ蛔阆禂?shù)為a,主變損耗忽略不計(jì),上網(wǎng)電價(jià)為Pfd元/千瓦時(shí),則抽汽流的發(fā)電收入為:Ifd=[Q(h1—hC)×ηi×ηj×ηfd×a/3600]×(1-λ)×Pfd4.2抽汽點(diǎn)疏水—抽汽流的供熱收入由圖1和前面的分析可知,抽汽流出來后進(jìn)入熱網(wǎng)換熱設(shè)備,凝汽流經(jīng)過調(diào)整閥門,進(jìn)入汽輪機(jī)低壓部分,繼續(xù)做功,調(diào)整門的節(jié)流作用導(dǎo)致了凝汽流不可逆損失,引起了抽汽流供熱后的潛在熱損,其次,利用抽汽流的熱量對(duì)外供熱,需要消耗電能,也引起了抽汽流供熱后的潛在能耗,這兩項(xiàng)使得抽汽流供熱收入發(fā)生減少,因此,抽汽流的供熱收入為抽汽流的熱焓降減去節(jié)流不可逆損失和供熱耗電能。設(shè)抽汽流的流量為Qkg/h,抽汽點(diǎn)的焓為h1KJ/kg,疏水焓為h2KJ/kg,電—熱當(dāng)量3600,即1kW·h的電能相當(dāng)于3600KJ的熱量。抽氣管道的效率為ηd,熱網(wǎng)加熱器的效率為ηr,節(jié)流損失為△h,抽汽流供熱耗電能Wr,熱價(jià)為Pr元/千瓦時(shí),則抽汽流的供熱收入為:Igr=[Q(h1—h2)×ηd×ηr-3600Wr-△h]×Pfd下面,引入一個(gè)案例進(jìn)行說明。某單抽、一次中間再熱200MW熱電聯(lián)產(chǎn)供熱于天良·熱電聯(lián)產(chǎn)提高熱經(jīng)濟(jì)性的分析與研究2010年第14期機(jī)組,供熱汽流來自汽輪機(jī)的六段抽汽,抽氣量320t/h,抽汽點(diǎn)的參數(shù)為:溫度260.5℃,壓力0.1235Mpa,焓值3021KJ/kg,汽輪機(jī)的排汽參數(shù)為:壓力0.003Mpa,焓值2545KJ/kg,熱網(wǎng)加熱器的疏水溫度70℃,焓值293KJ/kg,抽氣管道的效率0.99,熱網(wǎng)加熱器的效率0.98,凝汽流的節(jié)流損失焓降0.02KJ/kg,抽汽流每小時(shí)供熱耗電能4798kW(包括單純供熱轉(zhuǎn)機(jī)耗電能和供熱分?jǐn)傓D(zhuǎn)機(jī)耗電能),抽汽點(diǎn)后的汽輪機(jī)缸效率0.83,機(jī)械效率0.99,發(fā)電機(jī)效率0.99。抽汽流的回?zé)岢槠龉Σ蛔阆禂?shù)0.95,上網(wǎng)廠用電率0.088,電—熱當(dāng)量3600,含稅熱價(jià)16.2元/吉焦,含稅電價(jià)0.2845元/kW·h,計(jì)算抽汽流的發(fā)電、供熱收入。4.2.1pfdifdIfd=[Q(h1—hC)×ηi×ηj×ηfd×a/3600]×PfdIfd=[320000×(3021—2545)×0.83×0.99×0.99×0.95/3600]×(1-0.088)×0.2845Ifd=8484元4.2.2從熱價(jià)計(jì)算熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性Igr=[Q(h1—h2)×η-3600Wr-△h]×PfdIgr=[320000×(3021—293)×0.99×0.98-3600×4798-0.02]×10-6×16.2Igr=13441元從上面的計(jì)算可知,抽汽流的供熱收入大于抽汽流的發(fā)電收入,說明熱價(jià)已到位,熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益。5優(yōu)化熱網(wǎng)運(yùn)行,降低熱網(wǎng)溫度,提高熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性熱電聯(lián)產(chǎn)由于供熱汽流的循環(huán)熱效率為1,完全沒有冷源損失,使得熱耗率、煤耗率降低,使得熱效率提高,采用熱電聯(lián)產(chǎn),可以大大提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和燃煤的利用率,在有熱、電市場(chǎng)的條件下,發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn),具有十分重要的意義?？偨Y(jié)上面的內(nèi)容,就充分挖掘熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性,提出了以下指導(dǎo)性的措施:①由上面的分析可知,抽汽流的疏水溫度越低,供熱的收入越大,而疏水溫度受供熱循環(huán)水回水溫度的制約,優(yōu)化熱網(wǎng)運(yùn)行,降低熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度,提高供熱收入,從而提高熱電聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性。②減少調(diào)整凝汽流閥門的節(jié)流不可逆損失,調(diào)節(jié)閥門采用流線型較好的閥門,在調(diào)整閥門上安裝限位裝置,當(dāng)調(diào)整閥門關(guān)到一定位置時(shí),無法繼續(xù)關(guān)閉,以確保節(jié)流損失引發(fā)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性的下降,對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利的因素。③熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行方式必須采用“以