CN112964492B - 一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法，采用固定中排抽汽流量或运行背压的单变量分析法，通过机组运行参数现场调整，得出高背压梯级供热机组的供热耗煤结果。本发明提出的测定方法，根据具体机组的高背压梯级供热方式下的运行背压、电功率、供热回水温度的运行范围，划分现场测定工况，得出高背压梯级供热机组在不同电功率、供热回水温度、运行背压下的供热耗煤数据库，供电厂生产人员根据外部热网循环水流量、供热回水温度变化，实施调整运行背压和中排抽汽流量，在保证供热质量的情况下取得供热耗煤最低。

Description

一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法。

背景技术

目前，能源结构存在能源安全形势严峻、碳减排压力大、能源消费结构不合 理、生态环境问题突出、能源综合利用效率较低等问题。

清洁化是能源转型的重要方向之一，煤电要积极“转变角色”，由传统提供 电力、电量的主体性电源，向提供可靠电力、调峰调频能力的基础性电源转变， 积极参与调峰、调频、调压、备用等辅助服务，充分发挥在能源和电力转型发展 过程中“四个平台”的功能作用——电热基础平台、灵活调峰平台、节能减排平 台、耦合消纳平台，煤电技术将朝着高效、清洁、灵活、低碳和智能的方向发展。

燃煤机组实施供热改造，替代污染重、能耗高的分散燃煤燃油锅炉房，有效 降低供热能耗和地区燃煤消耗总量。在居民采暖领域，燃煤发电机组通过改造， 抬高运行背压，热网回水先经过汽轮机排汽加热后，再经过中排抽汽二次提温， 实现不同品质热源的梯级利用，大幅降低冷源损失，在北方地区得到了广泛的应 用。系统示意见图1。

进入热网凝汽器的热平衡按下式计算。

m_c×(h_c-h_cw)＝m_cw×C_pw×(t_o1-t_i) (1)

高背压梯级供热机组对外供热负荷按下式计算。

式中，Q、Q₁和Q₂分别为高背压机组对外总供热热负荷、汽轮机组排汽余 热供热热负荷和中排抽汽供热热负荷，MW；m_c、m_cq和m_cw分别为汽轮机排汽流 量(含小机)、中排抽汽流量和热网水流量，t/h；h_c、h_cw、h_cq和h_s分别为汽轮机 排汽平均焓值、凝结水焓值、中排抽汽焓值和热网疏水焓值，kJ/kg；C_pw为热网 水的定压比热容，kJ/(kg·℃)；t_o、t₀₁、t_i分别为热网供水、热网凝汽器出水和入水 温度，℃。

燃煤发电机组对外集中供热，属于典型的市场行为，售热价格与供热成本息 息相关。在供热成本组成要素中，耗煤成本占据较大份额。关于供热煤耗的定义 如下：

指统计期内机组每对外供热1GJ的热量所消耗的标准煤量。

式中：

Q，Q_gr分别锅炉放热量、对外供热量，GJ。

W_f，W_g分别汽轮发电机输出功率和汽轮发电机组供电功率，kWh。

α为供热比，％。

η_b和η_p分别为汽轮发电机组的锅炉效率和管道效率，无量纲量。

b_r为供热煤耗，kg/GJ。

由上式可知，按照DL/T 904-2015计算的燃煤机组供热煤耗与燃煤发电机组 热力特性无关，与汽源、供热参数、供热负荷等参数均无关，仅取决于锅炉效率 和管道效率，供热煤耗为定值，约为38～41kg/GJ。

显然，上述结果均从热力学第一定律为基础，注重的是工质能量传递的平衡， 而非工质能量品质的差异。在生产管理中分析问题若只按照热能传递平衡的角度， 忽略电热形态转换，是不能从本质上反映燃煤发电机组的热负荷-电负荷-标煤消 耗的复杂关联机理。在实际运行过程中，参考式(1)、(2)可知，发电负荷、运 行背压、中排供热流量、供热回水温度等参数调整，燃煤发电机组的热力循环状 态及效果随之变化，供热引起的耗煤理应发生变化。

综上，关于高背压梯级供热机组的供热耗煤的计算方法的研究、简易高效测 定手段的缺乏，导致改造效益评估、与热用户热价议定、现场精细化管控等方面 缺乏可靠的依据，严重影响项目客观决策、评价，并导致在供热市场拓展、热价 议定时常常处于被动地位，供热利润无法得到合理的保障。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种适用于高背压梯级供热 机组的供热耗煤在线测定方法，本发明采用现场运行数据加以简单处理计算即可 获得结果，现场操作简单，完全可替代耗时耗力的专项全面性热力试验，精度满 足工程需求，具备大规模推广的条件。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法，包括以下步骤：

步骤1，计算燃煤发电机组的标煤消耗随调节级压力的关系曲线；

步骤2，根据具体机组的高背压梯级供热方式下的运行背压、电功率、供热 回水温度的运行范围，划分测定工况，

步骤3，测量在给定电功率下，多种工况的调节级后压力；

步骤4，根据变化曲线和调节级后压力计算多种工况下的机组总标煤消耗量；

步骤5，根据多种工况下的机组总标煤消耗量计算供热耗煤。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤1燃煤发电机组的标煤消耗随调节级压力的关系如下：

其中，B为机组总标煤消耗量，P为调节级后压力，a、b、c、d、e和f均为 常系数；汽轮机调节级后压力P和锅炉蒸发量D的关系如下：

D＝c×P+d (2)。

所述步骤2具体如下：

进入高背压梯级供热机组热网凝汽器的流量m_cw式中满足下式：

m_c×(h_c-h_cw)＝m_cw×C_pw×(t_o1-t_i) (1)

其中，m_c为汽轮机排汽进入热网凝汽器的蒸汽流量，m_cw为进入热网凝汽器 的供热循环水流量，h_c和h_cw分别为汽轮机排汽平均焓值和热网凝汽器的凝结水 焓值，C_pw为热网循环水的定压比热容，t₀₁、t_i分别为热网凝汽器出口和入口热网 循环水温度

在电功率N、供热回水温度t_i给定，以及供热循环水流量m_cw在需求范围内 可调的情况下，中排抽汽流量m_cq和运行背压P_c之间互相影响；按照电功率N、 供热回水温度t_i、运行背压P_c的变化范围进行测定工况的确定。

所述步骤4中计算供热耗煤量的具体方法如下：

其中，b为定电功率下的供热耗煤，B₂、B₁分别为定电功率下供热负荷Q₂和供热负荷Q₁对应的机组标煤总消耗量，Q₂、Q₁分别为定电功率下，燃煤发电 机组对外供热负荷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法，采用 固定中排抽汽流量或运行背压的单变量分析法，通过机组运行参数现场调整，得 出高背压梯级供热机组的供热耗煤结果。本发明提出的测定方法，根据具体机组 的高背压梯级供热方式下的运行背压、电功率、供热回水温度的运行范围，划分 现场测定工况，得出高背压梯级供热机组在不同电功率、供热回水温度、运行背 压下的供热耗煤数据库，供电厂生产人员根据外部热网循环水流量、供热回水温 度变化，实时调整运行背压和中排抽汽流量，在保证供热质量的情况下取得供热 耗煤最低。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用 的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此 不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为高背压梯级供热系统示意；

图2为本发明测定工况的确定方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中 描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求 保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一 项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、 “内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发 明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于 区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾 斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构 一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固 定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连 接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连 通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2，本发明实施例公开了一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤 在线测定方法，包括以下步骤：

1)供热耗煤的准确定义

燃煤发电机组实施热电联产供热改造后，由传统的电网单一调度转变为电网、 热网双重调度模式。

具体来讲，燃煤发电机组发电功率给定，煤电发电机组每对外供1GJ热量所 消耗的标准煤量，按下式计算：

燃煤发电机组采用高背压梯级供热方式，固定发电功率，调整供热负荷，采 用单变量对比法计算供热耗煤。

b为定电功率下的供热耗煤，kg/GJ；

B₂、B₁分别为定电功率下供热负荷Q₂和供热负荷Q₁对应的机组标煤总消耗 量，t/h；

Q₂、Q₁分别为定电功率下，燃煤发电机组对外供热负荷，MW。

2)在线测定前的资料准备

(1)燃煤发电机组的热负荷-电负荷运行域。

机组安全运行前提下，投供热的最低电功率N_min和对外供热的最高电功率 N_max。

机组带供热的电功率范围N_min＜N＜N_max，给定电功率N，对外供热负荷Q_N-max。

燃煤发电机组运行背压的范围：P_c-min≤P_c≤P_c-max。

燃煤发电机组中排抽汽流量的范围：m_cq-min≤m_cq≤m_cq-max。

(2)燃煤发电机组的标煤消耗随调节级压力的变化曲线。

A原理

采用高背压梯级供热方式的燃煤热电联产机组，在主汽、热再、给水、冷再 处蒸汽参数一致的情况下，锅炉放热量Q_b仅和锅炉蒸发量D_b(吨)呈线性关系， 不受供热负荷大小的影响，见下式。

Q_b＝a×D_b+b (5)

锅炉放热量Q_b(GJ)和标煤消耗量B(吨)的关系见下式。

目前未有满足工程应用精度要求的蒸汽流量测量技术，故电厂现有的DCS 系统的主蒸汽流量不能作为本发明的指征参数。

锅炉蒸发量D_b和汽轮机调节级后压力P的关系见下式。

D_b＝c×P+d (7)

汽轮机调节级后压力的测量技术成熟，精度极高，完全满足工程要求。

综合式(5)、(6)、(7)，得出机组总标煤消耗量B和调节级后压力P的关系 见式(8)。

式中，a、b、c、d、e和f均为常系数。

B实施步骤

在实际运行中，进入锅炉的煤均为原煤，其热值q和标煤的存在一定差异。 根据热量守恒，进行原煤B₀和标煤B的质量换算，见下式。

对机组运行操作要求如下：

煤质稳定，热值通过化验得出；停吹灰、补水；和邻机及外界无能量、质量 交换；停工业抽汽；供热回水温度、循环水流量稳定；运行参数稳定≥30min。

步骤1：锅炉额定蒸发量D_b-0，根据运行数据查取原煤量B_0,0,以及调节级后 压力P₀。

步骤2：锅炉最小安全稳定燃烧工况下的蒸发量D_b-min，根据运行数据查取原 煤量B_0,min,以及调节级后压力P_min。

步骤3：在D_b-min为基础，以每增加(D_b-0-D_b-min)/5的幅度调整锅炉蒸发量，工 况稳定后，分别查取煤量B_0,i,以及调节级后压力P_i。

步骤4：综合上述7个运行工况，将原煤换算成标煤，再拟合出该机组标煤 消耗量B和调节级后P的关系曲线，即公式(8)。

3)测定工况

采用高背压梯级供热的燃煤热电联产机组，可调整的变量有电功率N、运行 背压P_c、中排抽汽流量m_cq、供热回水温度t₀、进入热网凝汽器的供热循环水流 量m_cw。

供热电厂有多个热电联产机组构成，高背压梯级供热机组是其中之一，这也 是国内北方采暖供热机组的多数配置。约定进入高背压梯级供热机组热网凝汽器 的流量m_cw式中满足式(1)，避免汽轮机排汽进入冷却塔或空冷岛(塔)，最大 幅度降低冷源损失，是高背压梯级供热的最大优势，故本发明的约定符合生产实 际情况。另外，在电功率N、供热回水温度t₀给定，以及供热循环水流量m_cw在 需求范围内可调的情况下，中排抽汽流量m_cq和运行背压P_c之间互相影响。故本 发明按照电功率N、供热回水温度t₀、运行背压P_c的变化范围进行测定工况的确 定，流程见附图2。

共需进行4×n×6组试验。

4)供热耗煤计算

根据第3)节的试验工况，结合式(3)和式(9)，以供热负荷上行顺序，以 相邻两个工况为分析对象，就高背压梯级供热机组，计算不同电功率、供热回水 温度、运行背压下的供热耗煤，汇总成数据库。示例见表1-表6。

表1燃煤发电机组供热耗煤数据表(P_c-min)

电负荷N(N<sub>min</sub>＜N＜N<sub>max</sub>)	t<sub>0-min</sub>	0.33×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	0.66×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	t<sub>0-max</sub>
					N<sub>min</sub>	14.4	14.1	12.5	12.7
N<sub>min</sub>+10％N<sub>0</sub>	14.2	13.7	14.0	12.8
					N<sub>min</sub>+20％N<sub>0</sub>	14.0	14.2	13.2	13.2
…
					N<sub>max</sub>	13.6	14.2	12.7	13.0

表2燃煤发电机组供热耗煤数据表(0.2×(P_c-min+P_c-max))

电负荷N(N<sub>min</sub>＜N＜N<sub>max</sub>)	t<sub>0-min</sub>	0.33×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	0.66×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	t<sub>0-max</sub>
					N<sub>min</sub>	13.0	13.1	13.1	12.7
N<sub>min</sub>+10％N<sub>0</sub>	13.1	12.9	12.0	13.4
					N<sub>min</sub>+20％N<sub>0</sub>	12.1	13.1	13.4	12.7
…
					N<sub>max</sub>	13.9	11.8	12.2	11.7

表3燃煤发电机组供热耗煤数据表(0.4×(P_c-min+P_c-max))

电负荷N(N<sub>min</sub>＜N＜N<sub>max</sub>)	t<sub>0-min</sub>	0.33×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	0.66×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	t<sub>0-max</sub>
					N<sub>min</sub>	12.2	12.2	12.2	12.6
N<sub>min</sub>+10％N<sub>0</sub>	12.1	12.6	12.1	13.1
					N<sub>min</sub>+20％N<sub>0</sub>	12.7	13.0	12.2	12.3
…
					N<sub>max</sub>	12.1	12.0	12.8	11.8

表4燃煤发电机组供热耗煤数据表(0.6×(P_c-min+P_c-max))

电负荷N(N<sub>min</sub>＜N＜N<sub>max</sub>)	t<sub>0-min</sub>	0.33×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	0.66×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	t<sub>0-max</sub>
					N<sub>min</sub>	12.5	11.9	12.7	11.5
N<sub>min</sub>+10％N<sub>0</sub>	12.8	12.0	11.6	11.1
					N<sub>min</sub>+20％N<sub>0</sub>	11.7	11.6	12.4	12.3
…
					N<sub>max</sub>	11.7	11.7	11.6	11.1

表5燃煤发电机组供热耗煤数据表(0.8×(P_c-min+P_c-max))

表6燃煤发电机组供热耗煤数据表(P_c-max)

电负荷N(N<sub>min</sub>＜N＜N<sub>max</sub>)	t<sub>0-min</sub>	0.33×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	0.66×(t<sub>0-min</sub>+t<sub>0-max</sub>)	t<sub>0-max</sub>
					N<sub>min</sub>	11.3	10.9	11	10.8
N<sub>min</sub>+10％N<sub>0</sub>	11.2	11.1	10.9	10.7
					N<sub>min</sub>+20％N<sub>0</sub>	11.1	11.3	11.2	10.9
…
					N<sub>max</sub>	11.1	10.6	10.8	10.2

5)供热耗煤查取

实际运行中，根据实时电功率N、供热回水温度t₀、运行背压P_c等数据，采 用线性内插法，在表1-6中查取供热耗煤值。

也可根据边界条件实时电功率N、供热回水温度t₀，由本发明获得的数据库， 找出供热耗煤最低值对应的运行背压，进行最优工况调整。

采用高背压梯级供热的燃煤发电机组的供热耗煤在线测定，燃煤发电机组可 以是湿冷、直接空冷和间接空冷，装机容量为135MW-1000MW。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算燃煤发电机组的标煤消耗随调节级压力的变化曲线，具体如下：

其中，B为机组总标煤消耗量，P为调节级后压力，a、b、c、d、e和f均为常系数；汽轮机调节级后压力P和锅炉蒸发量D的关系如下：

D＝c×P+d (2)

步骤2，根据具体机组的高背压梯级供热方式下的运行背压、电功率、供热回水温度的运行范围，划分测定工况，

步骤3，测量在给定电功率下，多种工况的调节级后压力；

步骤4，根据变化曲线和调节级后压力计算多种工况下的机组总标煤消耗量，具体如下：

其中，b为定电功率下的供热耗煤，B₂、B₁分别为定电功率下供热负荷Q₂和供热负荷Q₁对应的机组标煤总消耗量，Q₂、Q₁分别为定电功率下，燃煤发电机组对外供热负荷；

步骤5，根据多种工况下的机组总标煤消耗量计算供热耗煤。

2.根据权利要求1所述的适用于高背压梯级供热机组的供热耗煤在线测定方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

进入高背压梯级供热机组热网凝汽器的流量m_cw式中满足下式：

m_c×(h_c-h_cw)＝m_cw×C_pw×(t_o1-t_i) (3)

其中，m_c为汽轮机排汽进入热网凝汽器的蒸汽流量，m_cw为进入热网凝汽器的供热循环水流量，h_c和h_cw分别为汽轮机排汽平均焓值和热网凝汽器的凝结水焓值，C_pw为热网循环水的定压比热容，t₀₁、t_i分别为热网凝汽器出口和入口热网循环水温度；

在电功率N、供热回水温度t_i给定，以及供热循环水流量m_cw在需求范围内可调的情况下，中排抽汽流量m_cq和运行背压P_c之间互相影响；按照电功率N、供热回水温度t_i、运行背压P_c的变化范围进行测定工况的确定。

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