CN103942732A

CN103942732A - 一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法

Info

Publication number: CN103942732A
Application number: CN201410167527.3A
Authority: CN
Inventors: 杨海生; 卢盛阳
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明公开了一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法，其包括首先选定某一特定的典型机组运行电负荷，然后采用汽轮机组在相同电负荷运行下供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益作为技术改造的主要经济性评价指标。在计算相对运行经济效益时，提供的算法即考虑了机组技术改造中发电热耗率等技术指标的变化，也考虑了供热热价及标煤价格等边界参数的影响。本发明专利提供的经济性评价方法现场容易实施，算法科学，可在纯凝汽轮机组供热技术改造方案论证阶段为确定供热技术改造的可行性提供有效的支持。

Description

一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法

技术领域

本发明涉及一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法。

背景技术

随着国家节能减排压力的增大，越来越多的电厂考虑采用热电联产技术来改进电厂的技术指标及经济效益。采用热电联产，机组可以同时向用户提供电和热两种产品，而两种产品又是不同质的，这就造成电厂在确定纯凝机组供热技术改造时的无法对改造后的效果进行准确的评价。尤其是当仅仅采用某一产品的技术指标，如发电煤耗率指标时，将对技术改造的评价产生明显的误导作用。

目前，国家对纯凝机组的供热技术改造并没有统一的评价方法。电厂通常在方案论证时更关注机组发电热耗率、发电煤耗率指标，而对总体的经济性指标评价则缺少较为科学的方法。在国内现有的供热机组或纯凝机组指标评价体系中，对于发电或供热的经济性指标，如发电热耗率、发电煤耗率、供热煤耗率等，只反映了供热机组或电厂局部的指标，并且不能反映电厂或供热机组整体的性能优劣。而且在具体指标的计算中如发电热耗率指标，由于存在不同的总热耗量分配方法，甚至会得到完全不同的计算结果，因此仅用这些局部指标无法得到供热机组或纯凝机组运行效益的完整状况。这对准确判断技术改造的效果造成了较大困难。

因此，在纯凝机组供热技术改造方案论证阶段，迫切需要一种现场容易实施、算法科学的经济性评价方法来解决目前的问题。

发明内容

本发明专利要解决的技术问题是提供一种现场容易实施，算法科学的纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法，其包括首先选定某一特定的典型机组运行电负荷，然后采用汽轮机组在相同电负荷运行下供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益作为技术改造的主要经济性评价指标。

作为本发明进一步的改进，主要包括以下步骤：

步骤一：理论计算出基础指标数据

首先采用理论计算方法计算出选定机组在某一典型发电功率的下列技术指标：

1、纯凝工况下的机组发电热耗率指标HR_n，单位为kJ/kW.h；

2、供热工况下，计算不同供热工况下的供热量Q_r，单位为GJ/h；

3、供热工况下，计算不同供热工况下的机组发电热耗率指标HR_r，单位为kJ/kW.h；

步骤二：获取电厂具体的边界分析参数，所述边界分析参数包括每GJ对外供热量的热价UP_r，单位为元/GJ；标煤的单价UP_coal，单位为元/t；锅炉效率η_b，单位%；管道效率η_g，单位%；

步骤三：按照公式12计算机组供热改造后供热机组在每小时内运行相对经济效益：

式(12)

作为本发明进一步的改进，步骤三可以被如下步骤取代：

按照公式13计算机组供热改造后供热机组单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值：

式(13)

作为本发明进一步的改进，公式12的获得方法包括如下步骤：

a、机组运行直接经济效益的计算

式(1)

其中，表示单位时间内供热机组的运行经济效益，单位元/h；、分别表示对外供电及对外供热的收入，单位元/h；表示单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h。

b、相同电负荷运行下供热工况与纯凝工况相比的机组运行相对经济效益计算

（b1）假定机组在纯凝运行工况下的经济效益为：

式(2)；

式中，表示单位时间内供热机组在纯凝运行工况下的运行经济效益，单位元/h；表示纯凝运行工况下对外供电的收入，单位元/h；表示纯凝运行工况下单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h。

（b2）在相同的发电负荷下，机组在对外供热工况下的运行经济效益为：

式(3)

式中，表示单位时间内供热机组在供热工况下的运行经济效益，单位元/h；、分别表示在供热工况下对外供电及对外供热的收入，单位元/h；表示在供热工况下单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h。

（b3）相对的运行经济效益的变化量为：

式(4)

式中：表示供热机组在每小时内供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益，单位为元/h；

在相同的发电负荷下，机组供热运行工况与纯凝工况相比，对外供电功率由于存在供热厂用电消耗功率而偏小。供热工况下由于供热厂用电消耗功率而减少的对外供电的收入可等效于供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，即，为供热工况下供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，单位元/h，因此式(4)可简化为：

式(5)

（b4）设纯凝工况与供热工况的发电负荷为P，单位kW；纯凝工况下的发电热耗率为HR_n，单位为kJ/kW.h；供热工况下的发电热耗率为HR_r，单位为kJ/kW.h；供热工况下供热厂用电消耗功率为P_rc，单位kW；每小时对外供热量为Q_r，单位为GJ/h；每GJ对外供热量的热价为UP_r，单位为元/GJ；两种工况下的锅炉效率为η_b，管道效率为η_g，标煤的单价为UP _coal，单位元/吨；供热工况下锅炉侧的吸热量为，单位kJ/h；纯凝工况下锅炉侧的吸热量，单位kJ/h；则式(5)中各项可采用下列各式计算：

式(6)

式(7)

式(8)

其中，可采用热量法计算公式(9)的计算方法计算：

式(9)

纯凝工况下的吸热量可表示为：

式(10)

则公式(8)可简化为：

式(11)

综合公式（6）、（7）、（11）后，公式(5)可表示为：

式(12)。

进一步的，对上述公(12)变形，可获得单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值，即：

式(13)。

以公式(13)为例分析，供热机组运行的相对经济效益组成各项中，与为正值，表明其对经济效益为收益项目，前者表示单位对外供热量可回收的热费，后者表示由于对外供热导致机组发电热耗率下降产生的燃煤成本的节省。相对经济效益组成项中的另外两项则表示需付出的成本项目，项表示了由于供热厂用电消耗需要多付出的燃煤成本，而项则表示了热量法计算中对外供热量为1GJ时所需的燃煤成本。

由公式(12)及(13)可以知道，供热机组运行的相对经济效益主要受到以下因素的影响，即：对外供热热价、供热厂用电消耗功率、标煤的价格、供热工况发电热耗率与纯凝工况发电热耗率的差值、机组发电负荷、每小时对外供热量、以及锅炉效率及管道效率有关。

这些因素中，除价格边界因素外，其它技术指标发电热耗率、供热量等均可由理论计算得到。锅炉效率及管道效率在评价分析时直接取定值。发电功率由确定的纯凝基准工况得到。

本发明取得的有益效果为：

对于电厂的供热机组，在确定的锅炉燃料消耗量、发电功率、及对外供热量的边界条件下，其获得的运行经济效益是一个客观的确定值。

本发明专利采用理论计算获取机组的技术指标后通过特定的算法计算出纯凝机组供热改造后的运行相对经济效益变化指标，为电厂断定纯凝机组供热技术改造效果提供客观准确的定量数据；

本发明专利提供的监测方法现场容易实施，算法科学，可在电厂纯凝汽轮机组供热技术改造方案论证阶段为确定供热技术改造的可行性提供有效的支持。

附图说明

附图1 为机组发电热耗率随对外供汽流量的曲线；

附图2为机组对外供热量随对外供汽流量的曲线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。

实施例1相对运行经济效益公式的确定

一、机组运行直接经济效益的计算

式(1)

对于电厂的供热机组或纯凝机组，在方案论证阶段，采用理论计算方法，只要确定了锅炉燃料消耗量、发电功率、及对外供热量三个主要参数的相互关系，结合边界价格参数（如标煤煤价、电价及热价），则电厂供热机组的运行经济效益就可确定。

二、以纯凝运行工况为基准的供热机组运行相对经济效益计算

假定机组在纯凝运行工况下的经济效益为：

式(2)

在相同的发电负荷下，对外供热工况的运行经济效益为：

式(3)

则相对的运行经济效益的变化量为：

式(4)

由于比较的两种工况为相同的发电负荷，两种工况下对外供电负荷的主要差别是由于供热工况消耗的供热厂用电功率，供热工况下由于供热厂用电消耗功率而减少的对外供电的收入可等效于供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，即，为供热工况下供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，单位元/h。

因此式(4)可简化为：

式(5)

设纯凝工况与供热工况的发电负荷为P，单位kW；纯凝工况下的发电热耗率为HR_n，单位为kJ/kW.h；供热工况下的发电热耗率为HR_r，单位为kJ/kW.h；供热工况下供热厂用电消耗功率为P_rc，单位kW；每小时对外供热量为Q_r，单位为GJ/h；每GJ对外供热量的热价为UP_r，单位为元/GJ；两种工况下的锅炉效率为η_b，管道效率为η_g，标煤的单价为UP _coal，单位元/吨；供热工况下锅炉侧的吸热量为，单位kJ/h；纯凝工况下锅炉侧的吸热量，单位kJ/h；则式(5)中各项可采用下列各式计算：

式(6)

式(7)

式(8)

其中，可采用热量法计算公式(9)的计算方法计算：

式(9)

纯凝工况下的吸热量可表示为：

式(10)

则公式(8)可简化为：

式(11)

综合公式（6）、（7）、（11）后，公式(5)可表示为：

式(12)。

上述公式中，表示供热机组在每小时内供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益，单位为元/h。还可将上述公式变形，获得单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值，即：

式(13)。

实施例2 评价75%机组电负荷纯凝汽轮机组供热技术改造效果

某电厂#1汽轮机为北重汽轮电机有限责任公司与ALSTOM发电有限公司联合设计和制造的ZK600－16.7/538/538型、亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，机组通流部分共73级，其中高压缸有19个压力级，中压缸共2×15个压力级，低压缸由2×2×6个压力级组成。额定工况出力600MW，TMCR工况出力645MW，汽轮机启动方式为高中压缸联合启动。机组共有七段非调整回热抽汽，分别供给三台高压加热器、一台除氧器及四台低压加热器用汽。

机组由纯凝机组改造为供热机组，供热汽源取自中低压联通管。

（一）理论计算出基础指标数据：

首先采用理论计算方法计算出机组典型发电功率下的各项技术指标。理论计算方法采用系统建模的方法，采用专用的GateCycle计算软件进行计算。针对机组的实际运行状况，计算时机组典型发电功率取75%机组电负荷发电功率。

经过计算，获得75%负荷工况下的各项参数及指标如表1所示。

表1、75%负荷工况（450MW）下理论计算结果

由此得到如附图1所示的机组发电热耗率随对外供汽流量的曲线和如附图2所示的机组对外供热量随对外供汽流量的曲线。

从上述计算表及附图1和2曲线中，可查得75%负荷工况下纯凝运行工况及供热运行工况（以90t/h对外供汽流量为例）的各项基础计算数据。

1、纯凝工况下的机组发电热耗率指标HR_n为8196.41kJ/kW.h；

2、供热工况下（以90t/h对外供汽流量为例）的供热量Q_r为221.442 GJ/h；

3、供热工况下（以90t/h对外供汽流量为例）的机组发电热耗率指标HR_r为7939.34kJ/kW.h；

（二）获取电厂具体的边界分析参数。

评价中采用了以下表2的边界参数：

表2、评价中采用的边界参数列表

（三）采用前述的算法计算机组供热改造后供热机组运行相对经济效益。

采用公式(12)及公式(13)对供热机组运行相对经济效益进行计算。

式(12)。

上述公式中，表示供热机组在每小时内供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益，单位为元/h。

式(13)。

式中，为机组单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值，单位元/GJ。

表3、机组供热改造后供热机组运行相对经济效益计算结果

本发明中，由公式(12)及(13)可以知道，供热机组运行的相对经济效益主要受到以下因素的影响，即：对外供热热价、供热厂用电消耗功率、标煤的价格、供热工况发电热耗率与纯凝工况发电热耗率的差值、机组发电负荷、每小时对外供热量、以及锅炉效率及管道效率有关。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种纯凝汽轮机组供热技术改造效果的经济性评价方法，其特征在于：其包括首先选定某一特定的典型机组运行电负荷，然后采用汽轮机组在相同电负荷运行下供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益作为技术改造的主要经济性评价指标。

2.根据权利要求1所述的一种纯凝汽轮机组技术改造效果的经济性评价方法，其特征在于：其主要包括以下步骤：

步骤一：理论计算出基础指标数据

1、纯凝工况下的机组发电热耗率指标HRn，单位为kJ/kW.h；

2、供热工况下，计算不同供热工况下的供热量Qr，单位为GJ/h；

3、供热工况下，计算不同供热工况下的机组发电热耗率指标HRr，单位为kJ/kW.h；

步骤二：获取电厂具体的边界分析参数，所述边界分析参数包括每GJ对外供热量的热价UPr，单位为元/GJ；标煤的单价UPcoal，单位为元/t；锅炉效率ηb，单位%；管道效率ηg，单位%；

步骤三：按照公式(12)计算机组供热改造后供热机组在每小时内运行相对经济效益：

式(12)

其中：

——供热机组在每小时内供热工况与纯凝工况相比的相对运行经济效益，单位为元/h；

Qr——每小时对外供热量，单位为GJ/h；

UPr——每GJ对外供热量的热价，单位为元/GJ；

Prc——供热工况下厂用电消耗功率，单位kW；

HRr——供热工况下的发电热耗率，单位为kJ/kW.h；

UPcoal——标煤的单价，单位元/t；

HRn——纯凝工况下的发电热耗率，单位为kJ/kW.h；

ηb——锅炉效率,单位%；

ηg——管道效率,单位%。

3.根据权利要求2所述的一种纯凝汽轮机组技术改造效果的经济性评价方法，其特征在于：步骤三可以被如下步骤取代：

按照公式(13)计算机组供热改造后供热机组单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值：

式(13)

其中：

——获得单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值，单位元/GJ。

4.根据权利要求2所述的一种纯凝汽轮机组技术改造效果的经济性评价方法，其特征在于：所述公式(12)的计算方法包括如下步骤：

a、机组运行直接经济效益的计算

式(1)

其中：

——单位时间内供热机组的运行经济效益，单位元/h；

——表示对外供电的收入，单位元/h；

——表示对外供热的收入，单位元/h；

——单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h；

（b1）假定机组在纯凝运行工况下的经济效益为：

式(2)；

其中：

——时间内供热机组在纯凝运行工况下的运行经济效益，单位元/h；

——纯凝运行工况下对外供电的收入，单位元/h；

——纯凝运行工况下单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h；

式(3)

其中：

——单位时间内供热机组在供热工况下的运行经济效益，单位元/h；

——在供热工况下对外供电的收入，单位元/h；

——在供热工况下对外供热的收入，单位元/h；

——在供热工况下单位时间内供热机组的燃料消耗成本，单位元/h；

（b3）相对的运行经济效益的变化量为：

式(4)

其中：

在相同的发电负荷下，机组供热运行工况与纯凝工况相比，对外供电功率由于存在供热厂用电消耗功率而偏小，供热工况下由于供热厂用电消耗功率而减少的对外供电的收入可等效于供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，即，为供热工况下供热厂用电消耗功率对应的燃煤成本，单位元/h，因此式(4)可简化为：

式(5)

式(6)

式(7)

式(8)

其中，可采用热量法计算公式(9)的计算方法计算：

式(9)

纯凝工况下的吸热量可表示为：

式(10)

则公式(8)可简化为：

式(11)

综合公式（6）、（7）、（11）后，公式(5)可表示为：

式(12)。

5.根据权利要求2所述的一种纯凝汽轮机组技术改造效果的经济性评价方法，其特征在于：对上述公式(12)进行变形，可获得单位供热量（1GJ）下的相对运行经济效益值，即：

式(13)。