CN112819288B - 一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法，包括步骤：步骤一：根据汽轮机热力特性书拟合低压缸效率与低压缸流量的关系曲线；步骤二：根据纯凝工况试验报告，利用汽轮机轴端发电功率的计算公式，计算出对应工况的数据点，拟合出汽轮机轴端功率与机械效率和发电机效率乘积的关系曲线；步骤三：分别计算给定主蒸汽流量下，纯凝时的发电功率和不同供热功率下的发电功率；步骤四：计算发电热耗量，并以此为根据计算发电煤耗率；步骤五：计算供热煤耗率。本发明不仅可以同时计算出较为真实准确的供热煤耗率和发电煤耗率，而且计算结果具有相对较好的可靠性和稳定性。

Description

一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法
技术领域
本发明属于燃煤电厂热电联产技术领域，具体涉及一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法。
背景技术
热电联产是指发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方式，即同时生产电能和热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。由于同时生产热和电两种产品，在核算成本时自然而然地就会涉及到热和电这两种产品各自的成本，而成本核算与供热、供电煤耗密切相关，这就产生了煤耗如何分摊及分摊准确性的问题。
目前很多计算供热、供电煤耗是基于实时数据来计算的，但是这种方法存在一些不可避免地弊端，如在机组运行时锅炉吸热量和汽轮机组发电量供热量存在时延性，并不是一一对应的，而且实时数据必须要保证是稳定工况的数据，否则就会出现一个输出参数对应多种输入参数的情况。
华电电力科学研究院有限公司.一种确定热电联产机组供热煤耗的方法[P].中国专利:2019102025449,2019.10.11.
该发明涉及一种确定热电联产机组供热煤耗的方法，属于燃煤电厂热电联产技术领域。本发明包括下列步骤：步骤一：分别计算热电联产机组中锅炉每小时总吸热量Qnet，蒸汽经汽轮机做功后，发电机每小时发电收益Pg，热网每小时供热收益Ph，根据“成本-收益”的模型，计算热电联产机组的热电标准收益煤耗。步骤二：按照传统的好处归电的方式，通过供电煤耗b，计算热电联产机组发电部分的收益标准煤耗。步骤三：计算热电联产机组供热部分的收益标准煤耗。步骤四：计算热电联产机组供热部分的实际供热煤耗。
目前很多计算供热、供电煤耗是基于实时数据来计算的，但是这种方法存在一些不可避免地弊端，如在机组运行时锅炉吸热量和汽轮机组发电量供热量存在时延性，并不是一一对应的，而且实时数据必须要保证是稳定工况的数据，否则就会出现一个输出参数对应多种输入参数的情况，以上都会导致计算出来的供热、发电煤耗不准确、波动大、计算过程可复制性差。因此本发明提出基于机组大修后的性能试验报告以及汽轮机热力特性书提供的纯凝工况时的参数，利用成本固定法来逐步计算出供热时的参数相互关系。
根据实时数据计算出来的供热、发电煤耗不准确、波动大。所以计算出来的成本偏离真实的发电成本、供热成本较多，在工程应用中，需要一种简单合理、更接近真实的热电联产机组发电与供热的煤耗分摊方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据汽轮机热力特性书拟合低压缸效率与低压缸流量的关系曲线；
步骤二：根据纯凝工况试验报告，利用汽轮机轴端发电功率的计算公式，计算出对应工况的数据点，拟合出汽轮机轴端功率与机械效率和发电机效率乘积的关系曲线；
步骤三：分别计算给定主蒸汽流量下，纯凝时的发电功率和不同供热功率下的发电功率；
步骤四：计算发电热耗量，并以此为根据计算发电煤耗率；
步骤五：计算供热煤耗率。
本发明进一步的改进在于，步骤一的具体实现方法如下：
首先根据汽轮机特性说明书中低压缸效率随流量变化的特性曲线，拟合出低压缸效率随低压缸流量的变化曲线：
ηL＝a1F2+b1F+c1    (1)
式中，ηL为低压缸效率，F为低压缸流量，a1，b1，c1为常系数。
本发明进一步的改进在于，步骤二的具体实现方法如下：
纯凝工况时，汽轮发电机的轴端功率为：
P＝FΔhtηiηmηg/3600     (2)
式中，F为蒸汽轮机进汽量(t/h)，P为汽轮机发电功率(MW)，Δht为蒸汽在汽轮机中的理想比焓降(kJ/kg)，ηi为汽轮机内效率，ηm为汽轮机机械效率，ηg为发电机效率；
为方便起见，将(2)式变化为：
Figure BDA0002890253740000031
由于1#～4#高加、6#高加以及8#高加从汽轮机级中抽汽，5#高加、7#高加从汽轮机末级抽汽不影响缸焓降计算，因此式中高压缸焓降为：
ΔHH＝(hHi-hHo)FHi-F8(h8-hHo)
中压缸焓降为：
ΔHI＝(hIi-hIo)FIi-F6(h6-hIo)
低压缸焓降为：
Figure BDA0002890253740000032
式中，hHi、hIi、hLi分别为高、中、低压缸进口比焓，hHo、hIo、hLo分别为高、中、低压缸出口比焓FHi、FIi、FLi分别为高、中、低压缸入口流量，Fj为j#高加抽汽流量，hj为j#高加抽汽焓值；
根据式(3)可以计算出汽轮机机械效率与发电机效率的乘积ηmηg，由于ηmηg的变化主要与发电负荷有关，所以可以根据不同的纯凝工况重复若干次拟合出ηmηg与发电负荷P之间的关系曲线：
ηmηg＝a2P2+b2P+c2     (4)
式中，a2，b2，c2为常系数。
本发明进一步的改进在于，步骤三的具体实现方法如下：
纯凝时，给定主蒸汽流量下的的发电功率机组试验报告查得；
当机组发电带供热时，如供热功率为Q，则供热流量为：
Figure BDA0002890253740000041
式中，hj为j#高加抽汽焓值，h0为回水焓；
则供热功率为Q时的发电功率为：
Figure BDA0002890253740000042
其中ΔHL’为：
Figure BDA0002890253740000043
式中低压缸效率可将(FLi-hLo)带入(1)式计算得出。
本发明进一步的改进在于，步骤四的具体实现方法如下：
发电热耗量为：
QP＝Qnet-Fg(hIo-hLo)       (7)
式中Qnet为蒸汽侧吸热量，Qnet＝(hHi-hfw)FHi+(hIi-hHo)FHo
因此，带供热时的发电煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000044
式中，ηb为锅炉效率，ηp为管道效率；
而纯凝时的发电煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000051
本发明进一步的改进在于，步骤五的具体实现方法如下：
带供热时的供热煤耗率为：
bh＝1000(PbP-PhbPh)/Q       (10)。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法，该方法主要基于试验数据和汽轮机热力特性书中的参数推导，不仅可以同时计算出较为真实准确的供热煤耗率和发电煤耗率，而且计算结果具有相对较好的可靠性和稳定性，不会出现随实时数据大幅波动的情况，这样更有利于发电、供热成本的核算，对于电力现货市场报价、深度调峰策略制定和营销策略的制定等有一定的指导作用。
本发明的技术要点在于基于汽轮机热力特性书中的焓降数据及汽轮机性能试验中的纯凝工况数据通过式(4)到(10)最终得到供热、发电煤耗。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为发电煤耗率曲线和供热煤耗率曲线，其中图2(a)-(e)分别为纯凝时的发电煤耗率、供热功率为500MW时的发电煤耗率和供热煤耗率、供热功率为1000MW时的发电煤耗率和供热煤耗率、供热功率为1500MW时的发电煤耗率和供热煤耗率、供热功率为2000MW时的发电煤耗率和供热煤耗率。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
1.计算流程图如图1，需要收集的变量如表1.包括以下步骤，步骤一：根据汽轮机热力特性书拟合低压缸效率与低压缸流量的关系曲线。步骤二：根据纯凝工况试验报告，利用汽轮机轴端发电功率的计算公式，计算出对应工况的数据点，拟合出汽轮机轴端功率与机械效率和发电机效率乘积的关系曲线。步骤三：分别计算给定主蒸汽流量下，纯凝时的发电功率和不同供热功率下的发电功率。步骤四：计算发电热耗量，并以此为根据计算发电煤耗率。步骤五：计算供热煤耗率。
表1.需要收集的资料
序号 名称 符号 单位
1 高压缸入口焓 <![CDATA[h<sub>Hi</sub>]]> kJ/kg
2 高压缸出口焓 <![CDATA[h<sub>Ho</sub>]]> kJ/kg
3 中压缸入口焓 <![CDATA[h<sub>Ii</sub>]]> kJ/kg
4 中压缸出口焓 <![CDATA[h<sub>Io</sub>]]> kJ/kg
5 低压缸入口焓 <![CDATA[h<sub>Ii</sub>]]> kJ/kg
6 低压缸出口焓 <![CDATA[h<sub>Lo</sub>]]> kJ/kg
7 高压缸入口流量 <![CDATA[F<sub>Hi</sub>]]> t/h
8 1#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>1</sub>]]> t/h
9 2#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>2</sub>]]> t/h
10 高压缸出口流量 <![CDATA[F<sub>Ho</sub>]]> t/h
11 中压缸入口流量 <![CDATA[F<sub>Ii</sub>]]> t/h
12 3#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>3</sub>]]> t/h
13 4#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>4</sub>]]> t/h
14 中压缸出口流量 <![CDATA[F<sub>Io</sub>]]> t/h
15 低压缸入口流量 <![CDATA[F<sub>Li</sub>]]> t/h
16 5#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>5</sub>]]> t/h
17 6#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>6</sub>]]> t/h
18 7#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>7</sub>]]> t/h
19 8#高加抽汽流量 <![CDATA[F<sub>8</sub>]]> t/h
20 回水焓 <![CDATA[h<sub>0</sub>]]> kJ/kg
21 给水焓 <![CDATA[h<sub>fw</sub>]]> kJ/kg
21 锅炉效率 <![CDATA[η<sub>b</sub>]]> ％
1、首先根据汽轮机特性说明书中低压缸效率对应的低压缸流量，拟合出低压缸效率曲线：
ηL＝a1F2+b1F+c1    (1)
式中，ηL为低压缸效率，F为低压缸流量，a1，b1，c1为常系数。
2、纯凝工况时，汽轮发电机的轴端功率为：
P＝FΔhtηiηmηg/3600    (2)
式中，F为蒸汽轮机进汽量(t/h)，P为汽轮机发电功率(MW)，Δht为蒸汽在汽轮机中的理想比焓降(kJ/kg)，ηi为汽轮机内效率，ηm为汽轮机机械效率，ηg为发电机效率。
为方便起见，将(2)式变化为：
Figure BDA0002890253740000071
由于1#～4#高加、6#高加以及8#高加从汽轮机级中抽汽，5#高加、7#高加从汽轮机末级抽汽不影响缸焓降计算，因此式中高压缸焓降为：
ΔHH＝(hHi-hHo)FHi-F8(h8-hHo)
中压缸焓降为：
ΔHI＝(hIi-hIo)FIi-F6(h6-hIo)
低压缸焓降为：
Figure BDA0002890253740000072
式中，hHi、hIi、hLi分别为高、中、低压缸进口比焓，hHo、hIo、hLo分别为高、中、低压缸出口比焓FHi、FIi、FLi分别为高、中、低压缸入口流量，Fj为j#高加抽汽流量，hj为j#高加抽汽焓值。
根据式(3)可以计算出汽轮机机械效率与发电机效率的乘积ηmηg，由于ηmηg的变化主要与发电负荷有关，所以可以根据不同的纯凝工况重复若干次拟合出ηmηg与发电负荷P之间的关系曲线：
ηmηg＝a2P2+b2P+c2    (4)
3、此时当机组发电带供热时，如供热功率为Q，则供热流量为：
Figure BDA0002890253740000073
式中，hj为j#高加抽汽焓值，h0为回水焓。
则供热功率为Q时的发电功率为：
Figure BDA0002890253740000081
其中ΔHL’为：
Figure BDA0002890253740000082
式中低压缸效率可将(FLi-hLo)带入(1)式计算得出。
4、发电热耗量为：
QP＝Qnet-Fg(hIo-hLo)    (7)
式中Qnet为蒸汽侧吸热量，Qnet＝(hHi-hfw)FHi+(hIi-hHo)FHo
因此，带供热时的发电煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000083
式中，ηb为锅炉效率，ηp为管道效率。
而纯凝时的发电煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000084
所以，带供热时的供热煤耗率为：
bh＝1000(PbP-PhbPh)/Q    (10)
实施例如下：
某电厂相关参数如表2：
表2.满负荷计算参数
Figure BDA0002890253740000085
Figure BDA0002890253740000091
1、以某热电联产机组为例，机组纯凝发电功率为670MW，对应的主蒸汽流量为1865.5t/h。根据汽轮机热力特性书中低压缸效率对应的低压缸流量，拟合出低压缸效率曲线为：
ηl＝(1.89503e-5F2+0.05062F+54.56328)/100
2、根据(3)式计算出100％、75％、50％、40％负荷下的机械效率与发电机发电效率乘积以ηmηg分别为：0.981971813、0.983555922、0.980771111、0.978230725，随即拟合出ηmηg与发电负荷的关系曲线为：
ηmηg＝(8.07676e-6P2+0.00849P+96.13123)/100)
3、所以根据(6)式，当供热功率为2000GJ/h，主蒸汽流量为1865.5t/h时，发电功率为：
Figure BDA0002890253740000092
其中，高压缸焓降ΔHH＝(hHi-hHo)FHi-F8(h8-hHo)＝(3400-2985.4)×1865.5-57.79×(3063.4-2985.4)＝765087.96MJ/h
中压缸焓降ΔHI＝(hIi-hIo)FIi-F6(h6-hIo)＝(3595.3-3190)×1581.6-79.08×(3402.5-3190)＝624217.98MJ/h
低压缸焓降
Figure BDA0002890253740000105
Figure BDA0002890253740000106
供热流量
Figure BDA0002890253740000101
4、发电热耗量为：
QP＝Qnet-Fg(hIo-hLo)＝3044093.24
其中Qnet＝(hHi-hfw)FHi+(hIi-hHo)FHo＝5044093.24MJ/h
所以根据(8)式当供热功率为2000GJ/h，主蒸汽流量为1865.5t/h时，发电煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000102
供热煤耗率为：
Figure BDA0002890253740000103
所有计算得到的数值如表3：
表3.发电煤耗率及供热煤耗率
Figure BDA0002890253740000104
Figure BDA0002890253740000111
5、由表3得到的发电煤耗率曲线和供热煤耗率曲线如图2所示，至此所有发电量和供热量对应的发电煤耗率和供热煤耗率均可通过插值计算得出。

Claims (2)

1.一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据汽轮机热力特性书拟合低压缸效率与低压缸流量的关系曲线；具体实现方法如下：
首先根据汽轮机特性说明书中低压缸效率随流量变化的特性曲线，拟合出低压缸效率随低压缸流量的变化曲线：
ηL＝a1F2+b1F+c1    (1)
式中，ηL为低压缸效率，F为低压缸流量，a1,b1,c1为常系数；
步骤二：根据纯凝工况试验报告，利用汽轮机轴端发电功率的计算公式，计算出对应工况的数据点，拟合出汽轮机轴端功率与机械效率和发电机效率乘积的关系曲线；具体实现方法如下：
纯凝工况时，汽轮发电机的轴端功率为：
P＝FΔhtηiηmηg/3600    (2)
式中，F为蒸汽轮机进汽量，t/h；P为汽轮机发电功率，MW；Δht为蒸汽在汽轮机中的理想比焓降，kJ/kg；ηi为汽轮机内效率，ηm为汽轮机机械效率，ηg为发电机效率；
为方便起见，将(2)式变化为：
Figure FDA0004074633470000011
由于1#～4#高加、6#高加以及8#高加从汽轮机级中抽汽，5#高加、7#高加从汽轮机末级抽汽不影响缸焓降计算，因此式中高压缸焓降为：
ΔHH＝(hHi-hHo)FHi-F8(h8-hHo)
中压缸焓降为：
ΔHI＝(hIi-hIo)FIi-F6(h6-hIo)
低压缸焓降为：
Figure FDA0004074633470000021
式中，hHi、hIi、hLi分别为高、中、低压缸进口比焓，hHo、hIo、hLo分别为高、中、低压缸出口比焓，FHi、FIi、FLi分别为高、中、低压缸入口流量，Fj为j#高加抽汽流量，hj为j#高加抽汽焓值；
根据式(3)可以计算出汽轮机机械效率与发电机效率的乘积ηmηg，由于ηmηg的变化主要与发电负荷有关，所以可以根据不同的纯凝工况重复若干次拟合出ηmηg与发电负荷P之间的关系曲线：
ηmηg＝a2P2+b2P+c2(4)式中，a2,b2,c2为常系数；
步骤三：分别计算给定主蒸汽流量下，纯凝时的发电功率和不同供热功率下的发电功率；具体实现方法如下：
纯凝时，给定主蒸汽流量下的发电功率由机组试验报告查得；
当机组发电带供热时，如供热功率为Q，则供热流量为：
Figure FDA0004074633470000022
式中，hj为j#高加抽汽焓值，h0为回水焓；
则供热功率为Q时的发电功率为：
Figure FDA0004074633470000023
其中ΔHL ′为：
Figure FDA0004074633470000024
式中低压缸效率可将(FLi-Fg)带入(1)式计算得出；
步骤四：计算发电热耗量，并以此为根据计算发电煤耗率；具体实现方法如下：
发电热耗量为：
QP＝Qnet-Fg(hIo-hLo)    (7)
式中Qnet为蒸汽侧吸热量，Qnet＝(hHi-hfw)FHi+(hIi-hHo)FHo
因此，带供热时的发电煤耗率为：
Figure FDA0004074633470000031
式中，ηb为锅炉效率，ηp为管道效率；
而纯凝时的发电煤耗率为：
Figure FDA0004074633470000032
步骤五：计算供热煤耗率。
2.根据权利要求1所述的一种计算热电联产机组供热煤耗和供电煤耗的方法，其特征在于，步骤五的具体实现方法如下：
带供热时的供热煤耗率为：
bh＝1000(PbP-PhbPh)/Q      (10)。
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