段宗周,刘淑君
(河北省电力勘测设计研究院,河北 石家庄 050031)
热电联产项目与热电分产相比,在节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等方面具有明显的优势,所以在采暖地区的大中城市几乎都在建设300 MW或600 MW等级的大型热电联产机组。这些机组基本都是发电、供热两用机组,与小型供热机组相比的主要区别是这些机组都是一次中间再热式机组,而小型供热机组一般没有再热系统;其次是这些抽凝两用机组与小型供热机组正好相反,其对外供热量越大,发电功率越小。由于现行的《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL/T 5153-2002(参考文献[1],以下简称厂规)发布时国内还没有出现大型抽凝两用机组,所以“厂规”附录A的供热厂用电率、发电厂用电率计算公式是针对小型供热机组而言的。这些公式能否直接用于大型热电联产机组,是一个值得研究和探讨的问题。
根据“厂规”中的计算公式,供热厂用电率指的是对外供单位热量所消耗的厂用电量(kWh/GJ);发电厂用电率指的是用于发电的厂用电量与发电机发出电量的比值,或用于发电的厂用电负荷与发电机发出功率的比值。“厂规”附录A,A2中供热式机组热电厂供热厂用电率和发电厂用电率计算公式如下:
式中:er为热电厂供热厂用电率(kWh/GJ);ed为热电厂发电厂用电率(%);Sc为厂用电计算负荷(kVA);S∞zw为用于热网的厂用电计算负荷(kVA); αr为供热用热量与总耗热量之比;cosφαν为电动机在运行功率时的平均功率因数,一般取0.8;Qr为单位时间供热用热量(MJ/h);Pe为发电机的额定功率(kVA)。
公式⑴和⑵直接用于计算大型热电两用机组供热厂用电率和发电厂用电率理论上并不存在问题,关键是几个参数的计算和取值。目前各设计院内的分工基本上是由电气专业负责计算供热厂用电率和发电厂用电率,公式⑴和⑵中厂用电计算负荷Sc和热网的厂用电计算负荷S∞zw是电气专业非常熟悉的,这里不作探讨。公式中和热力系统及热量有关的几个参数我们电气专业设计人员比较陌生,需要热机专业协助完成。
由公式⑴和⑵可以看出,供热用热量与总耗热量之比αr是一个非常重要的参数。在中国节能公司组织编制,三部委于2001年发布的《热电联产可行性研究技术规定》(参考文献[2])中把αr称为热电成本分摊比,是采用热量法来分摊热、电成本时,供热所占的比例,即热电厂供出的热量占锅炉有效产热量的比例。在“厂规”中给出的计算方法见公式⑶。
式中:D为汽轮机主蒸汽消耗量(t/h);i0为汽轮机入口主蒸汽焓(kJ/kg);Wg为 汽轮机高压加热器出口给水量(t/h);ig为汽轮机高压加热器出口给水焓(kJ/kg)。
由公式⑶可以看出,其分母部分只计算了锅炉过热器产热量,而没有计入锅炉再热器的产热量。显然不能代表有再热系统的大型抽凝两用机组锅炉的总产热量。如果直接沿用公式⑶,将会造成供热厂用电率偏高,而导致发电厂用电率偏低,从而在财务评价中使供热成本增加,影响财务评价结果的正确性。因此在计算有再热系统的供热厂用电率和发电厂用电率时,不能直接采用公式⑶。同时公式⑶中D i0也不能代表主汽通过减温减压器对外供汽的情况。
因此建议“厂规”主编部门在修编时对公式⑶进行修正。经与我院热机专业协商,在新版“厂规”发布之前,建议暂按公式⑷进行计算。
式中:D0为单位时间内锅炉产出的新蒸汽量,其为汽轮机进汽量与减温减 压新蒸汽量之和(t/h); DR为单位时间内再热蒸汽量(t/h);ΔIR为再热焓差,即再热热蒸汽焓减去高压缸排汽焓(kJ/kg)。
顺便指出,公式⑷同样适用于无再热系统的小型供热机组,只需将公式中的DRΔIR作“零”处理即可。
“厂规”把由公式⑴计算出的eγ称为供热厂用电率,而在《热电联产可行性研究技术规定》和热机专业的有关文献中称之为供单位热量所耗厂用电量,有的文献为了简化计算,干脆根据供热锅炉房的经验数据,把其定义为常数αγ= 5.73 kWh/GJ。笔者认为把eγ定义为供单位热量所耗厂用电量更为妥当。但无论如何一般情况下热电联产机组与供热锅炉房相比,其指标应该更先进一些,所以按公式⑴进行计算还是有必要的。而把供热厂用电率定义为某一时间段(如采暖季、非采暖季)对外供热所耗厂用电量与发电机发出电量之比更为直观,也便于计算。其计算方法见公式⑸。
在“厂规”计算发电厂用电率公式⑵中,分母Pe定义为发电机的额定功率。热电厂许多技术经济指标一般分为采暖季和非采暖季分别计算,笔者认为非采暖季公式⑵的分母采用发电机的额定功率是合适的,但在采暖季也采用发电机的额定功率就不一定恰当。因为目前广泛采用的发电供热两用机(300 MW及以上),其主要特点是随着抽汽的增加,机组的发电功率而减小,采暖季节如果Pe采用发电机的额定功率即名牌功率,将会带来较大的偏差。
以我院设计的东北地区某热电厂为例,该厂发电机的额定功率为350 MW,冬季额定抽汽工况发电机的发电功率为276 MW。由于机组减少的发电功率所对应厂用电负荷已计入供热厂用电率之中,如果发电厂用电率计算中分母再采用发电机的额定功率显然是不合理的,将会造成计算结果偏低,电厂投运后无法达标。因此在采暖季节的发电厂用电率计算公式⑵采用额定抽汽工况或平均抽汽工况对应的发电机的发电功率(276 MW)是符合实际的。经测算两者的绝对差值在1.5%以上,相对差值在25%以上(随抽汽量大小而变化,抽汽量越大,其差值越大)。
热电厂综合厂用电率与纯凝电厂综合厂用电率的含义不同。纯凝电厂综合厂用电率是指发电量与上网电量的差值与发电量的比值,包含了厂用电和主变损耗、烘炉暖机用电、检修用电及非生产用电等。关于热电厂综合厂用电率,在“厂规”中没有给出其定义,也没有给出计算方法。由于多数建设单位都要求提供该项指标,建议“厂规”主编单位在修编时增加该项内容。
在《热电联产可行性研究技术规定》中定义综合厂用电率为供热厂用电率与发电厂用电率之和。计算方法见公式⑸。
式中:ezzh为热电厂综合厂用电率(%)。
⑴ 现行“厂规”附录A中的供热厂用电率和发电厂用电率计算公式只适合于无再热系统供热机组的计算,对于有再热系统的大型热电两用机组采用附录A中的公式计算,会带来较大的偏差,需要进行修编。
⑵ 热电两用机组供热厂用电率、发电厂用电率由热机专业计算更为合适,建议中国电力规划设计协会就有关问题进行协调,在热机专业有关规范中写入有关计算内容。
⑶“厂规”修编时,供热用热量与总耗热量之比αr的计算公式中应计入锅炉再热系统的产热量。新“厂规”发布之前,可暂按公式⑷进行计算。
⑷ 供热厂用电率定义为某一时间段对外供热所耗厂用电量与发电机发出电量之比更为直观,也便于计算。
⑸ 在采暖季的发电厂用电率计算时,公式⑵中的发电机功率采用平均抽汽工况对应的发电功率更符合实际情况。
⑹ 建议“厂规”主编单位在修编时增加综合厂用电率的定义和计算内容。
[1]DL/T5153-2002,火力发电厂厂用电设计技术规定[S].