引射汇流供热方式的经济性分析

郑之民

（大唐鲁北发电有限责任公司，山东 滨州 251909）

0 引言

近年来，随着新能源发电占比不断提高及电力市场现货改革的持续推进，传统火力发电的竞争愈发激烈，节能降耗工作作为火力发电厂降本增效的重要手段关乎企业的生死存亡，供热的经济性对火力发电厂的营收及能源利用率具有重大影响，供热方式的优化改造具有极大社会意义［1］。

某发电厂原供热方式为再热热段经减温减压后对工业用户供汽，从热力学第二定律分析，此方式供热过程存在极大不可逆损失，高品质蒸汽减温减压为低品质蒸汽，熵增增大做功能力降低；通过引射汇流技术对供热装置改造，以冷段高品质抽汽为驱动汽源引射五段低品质抽汽实现对外供热，充分利用高品质蒸汽做功能力，减少供热过程的做功损失，实现能源的按质利用。文献［2-4］分别从引射汇流供热的分析、等效热降、热力试验方面进行了经济性分析，理论分析模型计算与实际能耗变化缺乏对比验证。

以某330 MW 热电联产机组引射汇流供热改造为研究对象，利用等效热降法对供热热段减温减压与引射汇流两种供热方式进行了经济性计算，并通过实际热力试验进行了对比验证，计算对比验证结果为此类供热改造的前期项目可行性评估及后期的试验分析提供参考。

1 供热方式介绍

1.1 引射汇流装置

引射汇流装置［5］是以拉瓦尔气体喷射原理为基础结合实验数据进行设计的，以满足不同工业用户的供汽参数需求，图1 为本次供热改造的多喷嘴引射汇流装置，每个喷射器是由一个喷嘴和一个混合室及其对应的共用扩压段组成，可在用户蒸汽流量变化较大（30%～100%）情况下使用，高压蒸汽从入口1 进入喷嘴产生高速汽体，低压蒸汽经入口3 被引射卷吸，在混合段6 内进行能量动量交换，并通过扩压管7 进行动能向压力势能转换，以达到设计压力参数。

图1 多喷嘴引射汇流装置

1.2 现场供热系统接入

引射汇流装置在供热系统的接入方式如图2 所示，从机组高旁阀后再热冷段管道处开孔引出再热冷段抽汽作为引射汇流装置的驱动用汽，从机组五抽至辅汽联箱电动门前处管道开孔引五段低压抽汽至引射汇流装置，五段抽汽分三路分别引入相应喷嘴，可在用户蒸汽流量变化较大（30%～100%）情况下使用，机组再热热段供热保持热备用状态，当机组供热流量超过引射汇流设计值及发生故障时进行补充，两路管道相互备用并入原供热用户供热母管，各段抽汽管道设置相应电动阀门、逆止门、疏水阀、安全阀等部件，并设有流量计量装置以便供热系统的流量监视与统计分析工作，供热减温水自化学除盐水经增压后供给。

图2 引射汇流装置接入

2 引射汇流装置的试验评价

为评价引射汇流装置改造后供热经济性，对在相同供热流量约80 t／h 下分别对引射汇流供热方式与再热热段供热方式进行了现场对比试验，由于引射汇流装置受机组负荷影响较大，试验选取了从60%～100%负荷的六种工况试验，计算对比分析以机组日常最常见75%负荷250 MW 运行数据为基础，分别基于等效热降法及现场热力试验分别计算其节能效果。现场运行数据如表1 所示。

表1 75%负荷供热试验数据

2.1 等效热降法节能量计算

等效热降法是20 世纪70 年代发展起来的热工理论，是热力系统分析、计算和节能研究的一种实用性方法。等效热降法既可用于整体热力系统的计算，也可用于热力系统的局部定量计算［6］。将等效热降法理论与现场实际应用相结合，为火电厂热力系统的经济性诊断、节能改造项目效益评估、运行指标分析等提供了一种计算方法，可作为项目可行性研究改造经济方面的分析手段。

以引射汇流与再热热段两种供热方式的实际运行数据为基础，分别计算两种供热方式下对机组能效的影响，根据再热机组变热量等效热降法计算过程如下。

引射汇流供热方式下再热冷段对机组做功量变化ΔH0与循环吸热量变化ΔQ0的影响为：

式中：αzl为再热冷段经再热器份额；hzl为再热器冷段焓；σ 为1 kg 蒸汽经过再热器的吸热量；hn为汽轮机排汽焓。

五段抽汽对机组做功量变化ΔH0与循环吸热量变化ΔQ0的影响为：

式中：α5为五段抽汽份额；h5为五段抽汽焓。

再热热段供热方式下再热热段对机组做功量变化ΔH0与循环吸热量变化ΔQ0的影响为：

式中：αzr为再热热段份额；hzr为再热器热段焓。

机组再热减温水取自给水泵中间抽头，再热减温水对机组做功量变化ΔH0与循环吸热量变化ΔQ0的影响为：

式中：αzj为再热减温水份额；h0为新蒸汽焓；η0r为抽汽效率；m 为除氧器所在加热器编号；z 为加热器总级数；τr为加热器焓升；c 为抽汽为再热冷段的加热器编号；Δαr为排挤抽汽通过再热器的变化份额；ΔQzr-r为排挤1 kg 抽汽在再热器的吸热量变化。

局部变动经济相对变化为

式中：H0为新蒸汽等效热降；ΔH0为做功的变化量，当做功增加时ΔH0为正值，反之为负值；ΔQ0为吸热量的变化量，当循环吸热量增加时ΔQ0为正值，反之为负值；η0i为汽轮机装置效率。

通过等效热降法计算引射汇流及再热热段两种供热方式下机组供电煤耗变化，计算结果见表2。

表2 等效热降计算数据

由表2 可知，引射汇流方式下机组供电煤耗变化为33.26 g／kWh，再热热段方式下机组供电煤耗变化为35.79 g／kWh，引射汇流较再热热段供热方式节能2.53 g／kWh。

2.2 热力试验节能量计算

通过热力试验现场采集的各项运行数据，分别计算两种供热方式下的机组各项经济指标见表3。

表3 热力试验计算数据

通过热力试验计算引射汇流及再热热段两种供热方式下供电煤耗分别为311.22 g／kWh、314.01 g／kWh，引射汇流较再热段供热方式节能2.79 g／kWh。

利用等效热降法理论计算两者节能量较实际热力试验结果偏差约9.3%，这是因为等效热降法的推导是以主蒸汽流量不变为原则，这样实现了对局部热力系统变化经济诊断的便捷性，本文中热力试验是以等功率条件下两者供热量保持不变为基础计算两者节能量，两者计算边界条件有所不同，此外等效热降计算中抽汽对汽轮机膨胀线变化及汽轮机运行老化等因素进行了忽略，以上是误差的主要来源，但等效热降法作为对节能项目的预评估其误差在可接受范围内。

通过等效热降及热力试验分别计算了不同负荷下两种供热方式下的节能量，计算表明两者具有一致性，如图3 所示。

图3 不同负荷下节能量计算数据

由图3 可知，在机组230 MW 负荷以上供热流量80 t／h 时，引射汇流较再热热段供热方式具有约2 g／kWh 的节能量，在机组负荷降低至210 MW 时节能量迅速降低至0.78 g／kWh，主要是因为随机组负荷降低，引射汇流装置引射五段低品质蒸汽量降低，机组节能量较再热热段方式随之降低。

3 结语

通过等效热降法计算了引射汇流及再热热段供热方式下节能量，并通过实际热力试验计算结果进行了对比，结果表明等效热降法与热力试验结果具有一致性，等效热降法可用于设备改造节能量的近似计算。

引射汇流供热方式在机组230 MW 负荷以上供热流量80 t／h 时较再热热段供热方式具有约2 g／kWh节能量，在机组230 MW 以下时随负荷降低节能量迅速降低，主要是因为机组随负荷降低，引射汇流装置引射五段低品质蒸汽量降低，引射汇流方式较再热热段机组节能量降低。

引射汇流供热改造后与再热热段供热并联接入系统，实现了供热系统安全与节能的双提升，具有极大推广利用价值。