CN101696795B - 一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法，其基本思想是将抽凝式热电联产机组按供热段数分解为独立的、等效的若干个机组，其中一台为凝汽机组，其他为背压机组。背压机组数量由供热段数决定，每一次分解，都分解出一台背压机组，直至只剩下凝汽机组。该凝汽机组的热耗率，即为所要求解的数值。本发明的热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法比现有热电联产机热耗率分析处理方法更加快速、更加准确。

Description

一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法

技术领域

本发明涉及热电联产机组经济性分析技术领域，尤其涉及抽凝式热电联产机组凝汽负荷热耗率的分析处理方法。

背景技术

热电联产机组同时生产电能和热能(生产蒸汽供热)两种品质不同的产品，其热力系统的经济性分析要比只生产电能的纯凝机组复杂的多。在热电联产机组经济性分析中，通常只通过热力学第一定律即能量守恒的原则来计算热力系统的发电热耗率，其得到的结果不合理，掩盖了热电联产机组经济性的真实性。

为提高社会能源利用效率，国务院办公厅转发了节能发电调度要求，对抽凝式热电联产机组的电力调度，优先调度以热定电负荷，以保证供热不受影响；机组超发负荷，即保证供热情况下，继续增加的电负荷按照超发部分的供电煤耗和凝汽机组统一进行排序。机组的供电煤耗率计算中，热耗率计算是关键。

图1所示为现有一种抽凝式热电联产机组结构示意图，以此为例来说明热电联产机组的热力系统和工作过程。

水进入锅炉1加热，吸热后进入汽轮机2做功，在汽轮机不同位置抽出部分蒸汽在加热器中加热进入锅炉1中的水；加热器R1～Ri以及加热器Ri+1～Rm中的蒸汽在加热进入锅炉的水后凝结成水，称为疏水；疏水在不同的位置进入热力系统，并接收下级加热器加热，最终进入锅炉1。蒸汽在汽轮机中做功，部分蒸汽抽出供给热用户3使用，同时蒸汽凝结成水，并回到热力系统，称为供热回水；汽轮机中没有被抽出的蒸汽，一直做功到最后，进入凝汽器4，被冷却凝结成水，称为凝结水；凝结水逐一流经各加热器升温，并接收各加热器的疏水和供热回水的注入，最后进入锅炉1再次加热，形成循环。

由于热用户对供热的参数要求不同，例如，工业供热一般要求较高的压力和温度，采暖供热需要的压力和温度都较低，因此，一台热电联产机组可以从汽轮机不同的位置抽汽，得到不同的供热参数，满足不同用户供热的需求。一种参数的供热抽汽，就称为一段供热抽汽。图1所示的热力系统有两段供热抽汽，如图所示，第一段供热抽汽Q1用于工业供热，第二段供热抽汽Q2用于居民采暖供热。

供热回水是指供热的蒸汽在放热后，变成水重新注入热力系统，该部分水在注入热力系统前称为供热回水。图1所示的热电联产机组中，第一段供热回水在A点汇集，第二段供热回水在C点汇集。对于供热回水不返回热力系统的情况，需要从外界补充同样流量的水到热力系统，该补充水可视作该段抽汽的供热回水。供热回水注入热力系统后，和发电产生的凝汽水统称为凝汽水。

汽轮机的排汽在凝汽器4凝结后的水，称为凝结水，该水逐一流经各加热器，并可能接受各加热器凝结的疏水和供热的回水。

比焓：表示1千克水或蒸汽所具有的能量，其数值由水或蒸汽的压力和温度来确定，单位为kj/kg。

背压机组：蒸汽在汽轮机中做功后，全部用来加热器抽汽或供热的机组，称为背压机组。背压机组的热力系统中没有凝汽器。

凝汽机组：蒸汽全部用来发电，没有供热的机组，称为凝汽机组。

抽凝机组：蒸汽在汽轮机中做功，一部分被抽出供热，一部分进入凝汽器冷却成水的机组。

机电效率：机电效率是机械效率和发电机效率的乘积，数值上等于热电联机组的发电量除以蒸汽的做功量乘以100％。蒸汽做功除了发电，还有轴承等其他损耗，一般取机电效率为常数(设计值)。

混合式加热器：指抽汽在加热器中与被加热的水混合来加热水。

疏水自流式：指加热器中，蒸汽和被加热的水不接触，两种温度不同的流体流过管道的两侧，蒸汽降温凝结成水，被加热的水温度升高。这时，蒸汽凝-结的疏水通过管道流动到上一级的加热器。这种疏水方式，就称为疏水自流式。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法。

一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)、读入监测数据；监测数据包括进入锅炉的水的温度、压力、流量，锅炉出口的蒸汽的压力、温度，各段供热抽汽的温度、压力、流量，各段供热回水-的压力、温度，各加热器抽汽的温度、压力，发电机功率；

b)、初始热力系统计算：计算初始热力系统的锅炉吸热量Q_b，供热量Q_rg；

对整体具有N段供热抽汽的热力系统，首先，分解为具有N-1段的抽凝机组热力系统和1台背压机组的热力系统，其中，N≥1；

锅炉吸热量等于锅炉出口蒸汽的比焓减去锅炉入口水的比焓后乘以锅炉出口蒸汽的流量；供热量等于本次分解的背压机组热力系统的供热蒸汽的比焓减去本次分解的背压机组热力系统的供热回水比焓后乘以本次分解的背压机组热力系统的蒸汽流量；

c)、按凝结水流向，查找供热回水最后一个汇集点，标记为O点；

d)、计算注入O点的供热回水温度值与O点之前的凝结水温度值之差，若温度相差不超过1摄氏度，进入步骤e)；若两者温差超过1摄氏度，进入步骤f)；

e)、计算分解系数：

其中，D_c为O点前的凝结水流量，D_r为注入O点的供热回水流量；计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

f)、判断沿凝结水流向的O点后加热器的疏水方式，若为混合式加热器，进入步骤g)，若为疏水自流式，进入步骤h)；

g)、分解该加热器：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器的抽汽比焓；

计算分解系数为计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

h)、分解该加热器：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_si为该加热器疏水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器的抽汽比焓；

计算分解系数为

其中，D_si为该加热器疏水流量；计算抽凝机组热力系统的发电功率，N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；进入步骤i)；

i)、计算抽凝机组热力系统的锅炉吸热量，Q_bc＝(1-α)×Q_b；进入步骤j)；

j)、按凝结水流向，判断该汇集点上游是否还有供热回水汇集点，若否，转到k)；若是，将本次分解的抽凝机组热力系统作为初始热力系统，返回步骤b)；

k)、计算凝汽机组热力系统的热耗率，即原热电联产机组的凝汽负荷热耗率， $q=\frac{Q_{\mathrm{bc}}}{N_c};$

l)、输出结果。

本发明采用上述技术方案将达到如下的技术效果：

本发明的热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法，其基本思想是将抽凝式热电联产机组按供热段数(由热电联产机组设计确定，该机组提供多少种不同参数的蒸汽)分解为独立的、等效的若干个机组，其中一台为凝汽机组，其他为背压机组。背压机组数量由供热段数决定，每次分解，都分解出一台背压机组，直至只剩下凝汽机组。该凝汽机组的热耗率，即为所要求解的数值。

本发明设计思想采用了两个原则：(1)独立原则：分解后的两个热力系统之间没有能量或工质的交换，可以完全分开。(2)等效原则：在分解过程中，热能品质保证不变，没有热能品质降低或升高；如果热能品质升高，不符合热力学第二定律，如果热能品质降低，热力系统分解前后就不等效。

采用上述思路，本发明的热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法比现有热电联产机热耗率分析处理方法更加快速、更加实用。

附图说明

图1为一个热电联产机组的结构分解示意图；

图2为图1所示热电联产机组中第i级加热器的分解示意图；

图3为本发明热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法的程序流程图。

具体实施方式

一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法，如图3所示。其中包括如下步骤：

a)、读入监测数据：监测数据包括进入锅炉的水的温度、压力、流量，锅炉出口的蒸汽的压力、温度，各段供热抽汽的温度、压力、流量，各段供热回水的压力、温度，各加热器抽汽的温度、压力，发电机功率；

b)、初始热力系统计算：计算初始热力系统的锅炉吸热量Q_b，供热量Q_rg；

对整体具有N段供热抽汽的热力系统，首先分解为有N-1段的抽凝式机组热力系统和1台背压式机组的热力系统，其中，N≥1；(再次分解时，将N-1段的抽凝式机组热力系统，作为初始热力系统继续分解，一直循环分解到没有供热的纯凝汽热力系统(即分解一次，供热段数减1))；

锅炉吸热量等于锅炉出口蒸汽的比焓减去锅炉入口水的比焓后乘以锅炉出口蒸汽的流量得到；供热量等于本次分解的背压机组热力系统供热蒸汽的比焓减去本次分解的背压机组热力系统供热回水比焓后乘以本次分解的背压机组热力系统蒸汽流量；

c)、按凝结水流向，查找供热回水最后一个汇集点，标记为O点；

供热回水汇集点由热力系统的结构设定。图1所示热力系统有两个供热回水汇集点，分别为A点和C点。沿凝结水流向，A点在C点下游，故第一次分解热力系统时，A点标记为O点。(当第二次分解热力系统时C点应被标记为O点。)

热力系统分解方法说明：

以图1为例，所示热力系统包括两段供热抽汽。1区为首次分解的包含一段供热抽汽的抽凝机组热力系统和1台背压机组的热力系统的共用区，2区为包含一段供热抽汽的抽凝式机组热力系统部分，3区为上述背压机组的热力系统部分。

在供热回水汇集点(A点)，供热回水和凝结水混合，共同进入1区，在1区中接受加热器的加热，再进入锅炉1进行加热。因此，可以按照供热回水的流量和凝结水的流量来分解1区的热力系统。例如：供热回水流量为20吨/小时，凝结水的流量为80吨/小时，可以认为在1区中，每台加热器的抽汽中，有20％用来加热供热回水，80％用来加热凝结水；同样，锅炉的热量20％用来加热供热回水，80％用来加热凝结水。初始热力系统的1区，就可以看做两个流量按比例的1区热力系统的叠加。将1区分解得到的两个结果，分别与3区、2区分别组合，就得到了只有供热的热力系统(即背压机组热力系统)和包含一段供热抽汽的抽凝式机组热力系统。

将该包含一段供热抽汽的抽凝式机组热力系统作为初始热力系统，采用同样办法继续分解，得到1个背压机组热力系统和1个没有供热的热力系统(凝汽机组热力系统)；

d)、计算注入O点的供热回水的温度值与该汇集点之前的凝结水温度值之差，若温度相差不超过1摄氏度，进入步骤e)；若两者温差超过1摄氏度，进入步骤f)；

e)、计算分解系数：

其中，D_c为O点前的凝结水流量，D_r注入O点的供热回水流量；计算包含凝汽部分的凝汽机组热力系统的发电功率

N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

f)、判断沿凝结水流向的O点后加热器的疏水方式(疏水方式由加热器结构决定)(如图1第i级加热器的疏水方式，第i级加热器为混合式加热器，将抽汽和被加热的水混合进行加热，故没有疏水)，若为混合式加热器，进入步骤g)，若为疏水自流式，进入步骤h)；

g)、分解该加热器(图2)：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器的抽汽比焓；

以图1为例说明，假设汇集点A点前供热回水温度比凝结水B点的温度高，且偏差大于1度。按图2对加热器进行分解为加热器一和加热器二，相当于该加热器使用流量D′_i的抽汽在加热器一中将凝结水B点的温度加热到和供热回水相同，然后再和供热回水汇集，进入加热器二。这时，加热器一属于凝汽机组，加热器二则可以按分解系数按比例分解其抽汽量等参数。若供热回水A点温度比凝结水B点的温度低，D′_i为负值。

当两者温度小于1度时，忽略其差别对计算结果带来的影响。

注：相当于当供热回水和凝结水温度不同时，对第i级加热器中，抽汽的分解不能严格按照供热回水和凝结水的流量进行。这是因为单位流量的供热回水和单位流量的凝结水在第i级加热器中的吸热量不同。这时，对加热器进行分解，相当于加热器先对凝结水进行加热(加热器一)，加热到和供热回水温度相同后，再进入加热器二。

计算分解系数为

计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率

N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

h)、分解该加热器：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_si为该加热器疏水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器抽汽比焓；

计算分解系数为

其中，D_si为该加热器疏水自流的流量：计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率，N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；进入步骤i)；

i)、计算抽凝机组热力系统的锅炉吸热量，Q_bc＝(1-α)×Q_b；进入步骤j)；

j)、按凝结水流向，判断O点上游是否还有供热回水汇集点，若否，转到i)；若是，返回步骤b)，将本次分解的包含凝汽发电的抽凝机组热力系统(即步骤b所述的N-1段的抽凝机组热力系统)作为初始热力系统，再次进行分解(即重新进行一次循环，进行第二次分解)；

以图1为例，上述程序的第一次循环是对第一段供热回水汇集点A点分解；第二段供热回水汇集点C点位于本次分解的汇集点的上游，第二次循环是对C点分解；

k)、计算凝汽机组热力系统的热耗率，即原热电联产机组的凝汽负荷热耗率， $q=\frac{Q_{\mathrm{bc}}}{N_c};$

l)、输出结果。

Claims (1)

1.一种热电联产机组凝汽负荷热耗率分析处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)、读入监测数据；监测数据包括进入锅炉的水的温度、压力、流量，锅炉出口的蒸汽的压力、温度，各段供热抽汽的温度、压力、流量，各段供热回水的压力、温度，各加热器抽汽的温度、压力，发电机功率；

b)、初始热力系统计算：计算初始热力系统的锅炉吸热量Q_b，供热量Q_rg；

对整体具有N段供热抽汽的热力系统，首先，分解为具有N-1段的抽凝机组热力系统和1台背压机组的热力系统，其中，N≥1；

锅炉吸热量等于锅炉出口蒸汽的比焓减去锅炉入口水的比焓后乘以锅炉出口蒸汽的流量；供热量等于本次分解的背压机组热力系统的供热蒸汽的比焓减去本次分解的背压机组热力系统的供热回水比焓后乘以本次分解的背压机组热力系统的蒸汽流量；

c)、按凝结水流向，查找供热回水最后一个汇集点，标记为O点；

d)、计算注入O点的供热回水温度值与O点之前的凝结水温度值之差，若温度相差不超过1摄氏度，进入步骤e)；若两者温差超过1摄氏度，进入步骤f)；

e)、计算分解系数：

其中，D_c为O点前的凝结水流量，D_r为注入O点的供热回水流量；计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率

N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

f)、判断沿凝结水流向的O点后加热器的疏水方式，若为混合式加热器，进入步骤g)，若为疏水自流式，进入步骤h)；

g)、分解该加热器：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器的抽汽比焓；

计算分解系数为

计算包含凝汽部分的抽凝机组热力系统的发电功率

N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；转到i)；

h)、分解该加热器：计算将凝结水加热到供热回水温度所需要的该加热器的抽汽量，需要的抽汽量

其中h_r为注入O点的供热回水比焓，h_si为该加热器疏水比焓，h_c为O点前的凝结水比焓，h_i为该加热器的抽汽比焓；

计算分解系数为

其中，D_si为该加热器疏水流量；计算抽凝机组热力系统的发电功率，N为初始热力系统的发电功率，η为机电效率；进入步骤i)；

i)、计算抽凝机组热力系统的锅炉吸热量，Q_bc＝(1-α)×Q_b；进入步骤j)；

j)、按凝结水流向，判断该汇集点上游是否还有供热回水汇集点，若否，转到k)；若是，将本次分解的抽凝机组热力系统作为初始热力系统，返回步骤b)；

k)、计算抽凝机组热力系统的热耗率，即原热电联产机组的凝汽负荷热耗率， $q=\frac{Q_{\mathrm{bc}}}{N_c};$

l)、输出结果。

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