纯冷凝机组供热改造后煤耗在线的计算方法修正

谢煜华，林英明，李千军

(1.广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050；2.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600；3.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)



纯冷凝机组供热改造后煤耗在线的计算方法修正

谢煜华1，林英明2，李千军3

(1.广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050；2.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600；3.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

纯冷凝机组供热改造后，由于未能达到认定供热机组条件，煤耗在线监测系统只能沿用改造前的纯冷凝机组计算模型，引起系统计算的发电煤耗明显高于机组实际煤耗，导致机组在节能发电调度的排序中落后于同类型机组。为了解决问题，分析了供热改造对煤耗、热耗率的影响，根据分析结果提出了一种补偿算法，对热耗率偏差进行补偿修正，并采用仿真软件进行模拟计算，比较、分析不同算法计算出的热耗率。在煤耗在线系统上进行修改实施，系统运行结果与机组实际状况相符，表明该算法使煤耗在线监测系统计算的煤耗能反映机组的纯冷凝状态实际煤耗水平。通过补偿算法，可对达不到热电比要求的小流量供热机组的煤耗计算方法进行修正，解决供热改造后煤耗的算法不适当导致调度排序不合理问题。

煤耗在线；供热改造；计算方法修正；热耗率；补偿算法

节能发电调度能够有效减少能源消耗和污染物的排放，其核心是发电机组的经济性能排序[1]。煤耗在线系统显示的机组实时数据反映了机组的真实能耗水平，是节能发电调度排序的依据，因此可靠的煤耗在线监测系统是节能发电调度的基础[2]。

不同机组的热力系统是有差别的，煤耗在线计算模型也要根据不同类型机组进行设计，以得到机组真实的煤耗水平，使得节能发电调度能够公平公正[3]。根据广东省节能发电调度要求，2011年，某电厂两台600MW超临界机组按照纯冷凝机组类型，完成了煤耗在线监测系统子站建设，并根据煤耗在线系统指标参与节能发电调度[4]。为贯彻落实国务院印发的《大气污染防治行动计划》，推动广东省工业园区和产业集聚区集中供热建设，进一步规范供热管理，促进节能减排，实现能源供应与环境保护协调发展[5]，两台机组完成对外供热改造，由于供热量较少，未达到热电联产机组认定条件，故煤耗在线监测系统中的计算仍维持了原纯冷凝机组算法。但是，由于机组增加了对外供热，在相同电负荷下势必增加进汽量，从而引起机组的煤耗在线计算值相对实际值偏高，导致机组在节能发电调度中排序明显落后于同类型机组。为了使煤耗在线监测系统能反映机组的实际煤耗情况，有必要对达不到供热机组认定条件的小流量供热机组的煤耗计算方法进行修正，研究一种较公平的计算修正方法[6]。

1　供热改造对机组煤耗、热耗率影响分析

1.1设备系统简介

某电厂3、4号机组原为纯冷凝机组，汽轮机为上海汽轮机有限公司提供的N600-24.2/566/566型号的超临界、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机；锅炉为上海锅炉有限公司提供的型号为SG-1913/25.4-M960型超临界参数、变压、螺旋管圈、直流锅炉。机组于2012年进行了供热改造，供热参数为1.1MPa(绝对压力，下同)，300 ℃，50t/h。供热蒸汽取自2个来源：高温再热蒸汽或高压缸排汽。高负荷时采用高压缸排汽供热；低负荷时用高温再热蒸汽供热，经喷水减温减压达到供热参数。

1.2煤耗在线中汽轮机热耗率的计算方法

1.2.1纯冷凝机组

按照《广东省节能发电调度煤耗在线监测系统能耗计算规范(试行)》，纯冷凝机组汽轮机热耗率计算方法为热耗量除以功率，计算公式为

(1)

式中：QMS、QRH分别为主蒸汽、再热蒸汽带入汽轮机的热量;QFW、QCRH、QSHW、QRHW分别为给水、高压缸排汽、过热减温水(仅限于从给水泵出口引出，下同)和再热减温水等由汽轮机返回锅炉的热量;P为发电机功率。

1.2.2热电联产机组

按照《广东省节能发电调度煤耗在线监测系统能耗计算规范(试行)》，热电联产机组与纯冷凝机组热耗率计算方法的差别，是用热耗量减去对外供热带走的热量，增加补水带入系统热量。热电联产机组汽轮机热耗率的计算公式为

(2)

式中：Qgr为对外供热蒸汽带走的热量;QMU为补水带入系统的热量。

与纯冷凝机组热耗率计算方法不同，热电联产机组汽轮机热耗率的计算方法将供热带来的经济效益都归于发电方面，即“好处归电”，因此带相同的电负荷时，热电联产机组对外供热工况的热耗率低于纯冷凝工况的热耗率。

1.3供热改造对煤耗计算影响的分析

影响煤耗的主要因素有锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率。供热改造之后,锅炉系统边界条件参数没有发生改变，因此不影响煤耗在线系统中反平衡锅炉效率的计算。机组增加对外供热之后补水量增大，会导致凝结水泵的耗功略有增加，厂用电率有所增加，对供电煤耗会有一定影响[7]，但可忽略不计。

供热改造前后，真正影响煤耗的因素为汽轮机热耗率[8]。供热对热耗率影响有以下4个方面：抽走蒸汽导致汽轮机做功减少；凝结水量和给水量增加，进而导致回热抽汽量增加；蒸汽在锅炉中的吸热量发生变化；凝汽器补充水带入热量。

供热改造前，机组纯冷凝设计工况的热耗率为7582.5kJ/kWh。供热改造后，供热蒸汽参数为1.1MPa、300 ℃、50t/h。在主汽压力、主汽温度、主汽流量和再热汽温度等参数不变，且与改造前纯冷凝设计工况的数值相同的前提下，分别采用纯冷凝机组和供热机组计算方法，计算出供热改造后的热耗率。

在供热蒸汽来自高压缸排汽时，按供热机组计算得到的热耗率为7501.6kJ/kWh，低于纯冷凝工况的热耗率，与供热改造的节能降耗目的是相符的。若仍按纯冷凝机组计算，得到的热耗率为7748.5kJ/kWh，不仅比按供热机组计算得出的热耗率高约247kJ/kWh，较改造前工况的热耗率也高出166kJ/kWh，即计算得出的经济性较改造前是降低的。供热蒸汽来自再热蒸汽时，其结果类似。由计算结果可知，使用与实际运行状况不符的计算方法，计算得出的机组经济性结果是不正确的。

对于该电厂两台600MW超临界机组，供热改造后热电比为13%，达不到热电联产机组的认定要求，只能沿用纯冷凝机组计算方法。但用纯冷凝机组算法，其热耗率的计算值比实际值要高出很多，煤耗随之偏高很多，这不合理，并且供热越多，计算得出的热耗率和煤耗越高。因而对煤耗在线系统中有供热但达不到规定热电比的机组，必须修正其煤耗计算方法[9]。

2　供热改造煤耗计算方法的修正

2.1供热改造后热耗率计算的修正方法

对于运行在供热工况下的机组，可假定其主汽压力、主汽温度、主汽流量和再热汽温度等参数不变，且将系统模拟切换成纯冷凝工况，以此计算出汽轮机的热耗率，则能够较为客观地反映机组纯冷凝状态下的真实能耗水平。即根据供热工况的运行参数和机组状况，修正计算出机组在相应纯冷凝工况下的热耗率和煤耗，较公平地参与纯冷凝机组的发电调度排序。

根据供热对热耗率影响的分析结果，可采用补偿功率和吸热量的计算方法，达到修正热耗率的目的。在假设主汽流量不变的前提下，凝结水量、给水量和补充水量的变化对热耗率的影响相对较小，为了简化计算，修正时不再考虑此方面的影响。

表1不同工况热耗率补偿计算结果

供热汽源工况对外供热流量(减温后)/(t·h-1)发电机功率/MW纯冷凝算法热耗率/(kJ·kW-1·h-1)供热算法热耗率/(kJ·kW-1·h-1)做功补偿/MW吸热补偿/MW计算功率/MW补偿算法热耗率/(kJ·kW-1·h-1)再热蒸汽供热600MW450MW0600.67582.550582.37765.17510.413.7—596.17586.135587.87709.17532.59.6—597.47585.015595.17636.17561.44.2—599.37582.70450.17724.750432.27969.37626.213.4—445.67729.335437.67893.87656.69.4—447.07727.915444.77796.07696.04.0—448.87726.1高压缸排汽供热600MW450MW0600.67582.550583.67748.57501.617.08.8600.77581.635588.77697.77526.411.96.1600.67581.915595.57631.37558.75.12.6600.67582.30450.17724.750433.57944.17613.316.69.1450.27723.835438.57876.67647.611.66.4450.17724.115445.17788.87692.25.02.7450.17724.4

表23号机补偿算法与纯冷凝、供热算法发电标煤对比

工况对外供热流量(减温后)/(t·h-1)实际负荷/MW折算负荷/MW纯冷凝算法发电标煤/(g·kW-1·h-1)供热算法发电标煤/(g·kW-1·h-1)补偿算法发电标煤/(g·kW-1·h-1)差值/(g·kW-1·h-1)与纯冷凝算法相比与供热算法相比600MW41.61601.3609.7292.9287.1288.7-4.21.6450MW29.03450.9456.66295.6290.1291.7-3.91.6300MW33.52302.7309.11310.9301.4306.1-6.72.7

假定抽走的供热蒸汽回到汽轮机做功，计算其做功的大小，并将这部分“补偿的功率”计入到热耗率的计算公式中。

(3)

式中：ΔP为补偿的功率。

如果对外供热蒸汽没有经过再热器吸热(例如从高压缸的排汽口抽出)，假定抽走的供热蒸汽回到汽轮机作功，除了要计算功率补偿量之外，还需进行再热蒸汽的吸热补偿量计算，上式变为

(4)

式中：ΔQ为补偿的吸热量。

对于供热蒸汽经过再热器吸热和没有经过再热器吸热2种供热方式，功率补偿和吸热补偿的计算方法如下。

a)对于供热蒸汽经过再热器吸热的供热方式，

(5)

式中：qEX、hEX分别为供热抽汽的质量流量和比焓；hend为低压缸排汽比焓，可参考设计工况，依据负荷和背压的变化拟合曲线计算得到；ηe为发电机效率。

b)对于供热蒸汽没有经过再热器吸热的供热方式，

ΔP=[(hRH-hend)+(hEX-hCRH)]×qEX×ηe. (6)

(7)

式中：hRH为再热蒸汽比焓，hCRH为高压缸排汽比焓。

2.2修正方法的模拟计算

以某电厂的实际运行参数，采用德国Ebsilon热力系统仿真软件，在机组450MW和600MW电负荷及4种不同供热量(供热参数均为1.1MPa、300 ℃)的工况下，采用纯冷凝机组、供热机组和补偿修正这3种算法分别对机组的热耗率进行模拟计算，计算结果如下,见表1。

供热蒸汽取自再热蒸汽，采用式(5)计算作功补偿量，最终计算出补偿算法的热耗率。

供热蒸汽取自高压缸排汽，没有经过再热器吸热，采用式(6)和式(7)计算做功补偿、吸热补偿，最终计算出补偿算法的热耗率。

表1中计算结果表明，经过做功补偿和吸热补偿之后，用补偿算法得出的热耗率与机组不供热时(供热蒸汽流量为0)用纯冷凝算法得出的热耗率几乎相等，由此可见这种算法补偿了再热蒸汽或高压缸排汽供热带走的热量损失，能还原机组纯冷凝状态的能耗水平。

3　实施效果

按上述方法在煤耗在线系统中实施了算法更新，进行了实际运行验证，并对比采用补偿算法、纯冷凝机组与供热机组3种算法得出的3号机组发电标煤耗，见表2。结果表明：a)补偿算法得出的发电煤耗与机组实际运行的能耗状况相符，小于按纯冷凝机组计算得出的发电煤耗，纠正了原处理方法的错误；但该值仍大于按热电联产机组计算得出的发电煤耗，未能反映出该机组供热时的经济性。b)供热量不变，随着电负荷的降低，不同算法带来的差值增大。

4号机组的情况类似。从结果看，用补偿算法得到的煤耗，能够还原机组的纯冷凝状态的能耗水平，使机组可以参与纯冷凝机组的节能发电调度排序。

4　结束语

针对供热机组，本文提供了一种通用的修正方法，采用做功补偿和吸热补偿算法，可以将供热蒸汽带走的热量损失有效补偿到热耗率的计算中，能真实反映机组纯冷凝状态的热耗率。在煤耗在线系统中，对于不满足热电联产认定要求的供热机组，本文方法虽未能全部体现其对外供热的好处，但可使机组的热耗率和发电煤耗计算值还原到纯冷凝状态时的水平，并参与纯冷凝机组的能耗水平排序，有助于机组节能发电调度排序的公平公正。

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(编辑霍鹏)

CorrectiononCalculationMethodforCoalConsumptionOnlineAfterHeatingTransformationofPureCondensingUnit

XIEYuhua1,LINYingming2,LIQianjun3

(1.GuangdongZhuhaiJinwanPowerCo.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong519050,China; 2.ElectricPowerDispatchingControlCenterofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510600,China; 3.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Afterheatingtransformationofthepurecondensingunit,thecoalconsumptiononlinemonitoringsystemcanonlyusethecalculationmodelbeforetransformationduetofailureinreachingconditionsforheatingunit,whichmaycausecalculatedcoalconsumptionforpowergenerationobviouslyhigherthanactualcoalconsumptionoftheunitandtheunitfallbehindsimilarunitsinsortingforenergy-savingpowergenerationdispatching.Inordertosolvethisquestion,thispaperanalyzesinfluenceofheatingtransformationoncoalconsumptionandheatrateandpresentsakindofcompensationalgorithmaccordingtoanalysisresultsforcompensationcorrectionondeviationofheatrate.Italsousessimulationsoftwareforsimulatingcalculationsoastocompareandanalyzeheatratescalculatedbydifferentalgorithm.Thisalgorithmisappliedinthecoalconsumptiononlinesystemforcorrectionandthesystemrunningresultsareinaccordancewithactualsituationoftheunit,whichindicatesthatthecalculatedcoalconsumptionbytheonlinemonitoringsystemisabletoreflectactualcoalconsumptionleveloftheunitundercondensingstate.Itisabletocorrectcalculationmethodforcoalconsumptionofsmall-flowheatingunitsfailingofrequirementforthermoelectricityratiobyusingthecompensationalgorithmaswellassolvetheproblemofunreasonabledispatchingsortingcausedbyinadequatealgorithmforcalculatingcoalconsumptionafterheatingtransformation.

coalconsumptiononline;heatingtransformation;calculationmethodcorrection;heatrate;compensationalgorithm

2016-03-07

2016-05-09

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.009

TK212

A

1007-290X(2016)07-0044-05

谢煜华(1978)，男，广东珠海人。工程师，工学学士，从事电厂燃料采购、电厂航道管理、节能管理工作。

林英明(1975)，男，广东潮州人。高级工程师，工程硕士，主要从事发电节能调度管理工作。

李千军(1970)，男，湖北天门人。教授级高级工程师，工学硕士，主要从事发电节能研究工作。