1、浅析中小型热电联产汽轮机的优化设计摘要：在热力发电厂中，热电联产汽轮机发挥着重要作用，对其进行必要的优化设计可以促进热电联产事业的进一步发展。本首先对热电联产的相关概念做了阐述，对热电联产汽轮机进行了分类，根据相应的衡量指标和优化原则，对汽轮机的容量和参数进行适当优化，并总结了优化过程中应考虑的问题。 关键词：热电联产；汽轮机；优化设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 引言 面对自然资源不断匮乏的当今，要想对有限资源更经济高效的利用，就燃料来说，热电联产的方式被视为人们的首选，作为梯级利用的方式之一，它成功的做到了能质匹配，对于提高电厂的能源转换效率来说有巨大贡献。热电联产之所以能够对
2、资源实现高效利用，原因之一是相比于纯冷凝汽轮机，它使用的汽轮机热耗率更低；另一个原因是抽汽、排汽供热只需消耗更少的能源；同时，热电联产的除尘效果好，是一项环境友好型生产项目。为了实现热电联产的健康发展，合理利用地球上的有限资源，要对系统进行必要的优化处理，本文以中小型热电联产汽轮机为对象进行研究。 1.小型冷热电联产供电方式设计 1.1 小型冷热电联产供电方式设计，为能源的综合梯级利用提供了可能。在常规的集中供电方式中，能量形式相对单。当用户不仅仅需要电力，而且需要其它能量形式如冷能和热能的供应时，仅通过电力来满足上述需要时难以实现能量的综合梯级利用：而小型冷热电联产供电方式以其规模小、灵活性
3、强等特点，通过不同循环的有机整合可以在满足用户需求的同时实现能量的综合梯级利用，并且克服了冷能和热能无法远距离传输的困难。 1.2 小型燃气热电联产可以更加有效配置资源，稳定、持续地利用天然气、煤层气等资源，减少燃气的调节，降低因燃气调峰导致的储采比下降，地下储气库损失等不必要的资源浪费，减少燃气管网的建设投资，提高设备运行效率，从而达到降低燃气利用成本，提高用气企业的竞争能力。 1.3 在计划经济体制下，行业是以产品划分的，能源设施的产品和任务非常单一，电力、热力、燃气各自独立，能源设施的重复投资建设，增加了运行成本，降低了效率，直接造成能源代价的提高。小型冷热电联产打破了传统的界限，将采暖
4、、热水、电、冷、燃气、水资源合理利用和环境污染治理统筹考虑，以最小的资金、资源和环境代价，换取最高的投资效益、能源转换效率和能源设施效能。 1.4 小型热电联产不仅自身污染小，对环境污染的治理效果也十分突出。基本没有二氧化硫、一氧化碳和粉尘的污染，氮氧化物为 25-65ppm，为燃煤设施的 1/10-1/20。由于用户端的能源利用效率高，真正减少二氧化碳等温室气体的排放。燃气轮机本身发电基本不需要用水，所需用水全部是用于供热，节水性能极好。 当然，冷热电联供系统的也有缺点。一是冷热电联供系统规模小，安装在楼宇里，只能使用天然气或油品；二是冷热电联供系统虽然规模比大型发电厂和大型热电联产小，但小
5、型冷热电联产不能小到一家一户安装一台，只能适应一幢楼宇或一个小区的冷热电联供，不象小型户用空调器、户用热水器或户用电取暖器那样灵活机动。 2.中小型热电联产汽轮机组运行的各类指标参数 热电联产装置的热效率或燃料利用率高于纯发电用汽轮机装置，纯发电用凝汽式机组的热效率约在 40的水平，热电联产后，热电比增大，其热效率在 4085之间。本文优化的对象是小于 100MW 机组，属于中小型热电联产汽轮机。国家大力推广热电联产产业的同时也对其机组的相应指标做了规定，对于供热式汽轮发电机组来说： （1）当汽轮机组输出的蒸汽既用于发电又用于供热时，要保证热总效率年平均值在 45%以上。 （2）在热电比方面，
6、容量在 50WM 以下的机组年平均值应该保持在100%以上，容量在 50-200MW 的机组年平均值应该保持在 50%以上，容量在 200MW 以上的两用机组在采暖期的热电比应该大于 50%。热耗率和汽耗率是衡量汽轮机经济性的重要指标，例如对于背压式汽轮机来说，热耗率的计算公式为：q=m*(i0-i2)/N。 其中，q 表示汽轮机的热耗率，单位为 kJ/kWh；m 为蒸汽流量，单位为 kg/h；i0 表示初焓；单位为 kJ/kg；i2 表示排汽焓，单位为kJ/kg；N 表示汽轮机的功率，单位为 kW。经过计算背压式汽轮机热耗率近似为 3600kJ/kWh，显然这是一常数，通过热耗率无法对其经济
7、性进行判断，只有通过汽耗率来判断汽轮机的经济性。就汽耗率来说，汽轮机组的汽耗率越高，其占有的供热份额也就越大，热效率相应提高。实际的设计经验表明，汽耗率最高的机型是背压式汽轮机，最低的是冷凝式汽轮机。 3.中小型热电联产汽轮机优化原则 进行汽轮机组的优化时，要坚持可靠原则，应该集中于成熟可靠的设备，对于那些需要试制的设备，在购买时要十分谨慎；在确定汽轮机组的额定功率时，要做到机组、炉膛以及电耗相匹配，实现标准化设置。优化工作要实行洋为中用，将西方先进的优化方法与我国汽轮机组目前的实际状况相结合，对于那些可以优化也可以不优化的项目不能轻易修改，防止工作管理中出现混乱的局面。在机组、炉膛以及电耗相
8、匹配的原则上，汽轮机组应该是考虑的重点，因为就工艺流程来说，汽轮机组处于中心位置，应将其工况作为匹配的基础。 4.中小型热电联产汽轮机优化设计 4.1 要尽量加大抽汽式汽轮机抽汽量的作用，当抽汽压力不变时，加大抽汽量的同时也增加了机组的供热负荷，如果此时保持新汽量为原有值，机组的发电量就会相应减少，导致热电比的增加，热耗率降低；如果此时保持发电量为原有值，新汽量就会相应的得到增加，导致热效率增加。 4.2 采用喷嘴配汽的方式。当汽轮机组的工况变化较大时，相比于节流配汽，在可调抽汽口的后面使用喷嘴配汽效果更佳，更能提高机组的内效率，降低汽耗率和热耗率。 4.3 在供热方式上，尽量使用非调抽汽方式
9、。当汽轮机组的发电量和抽汽压力等的变化情况都在允许的条件下，应该尽量选用非调抽汽方式，可以在汽轮机上设计前后两个非调抽汽口这样，前一个承受的压力是工况允许的最大供热压力，后一个承受的压力为工况允许的最小供热压力，通过抽汽阀的切换，对供热抽汽的位置进行相应的改变，使得在工况变化范围较大的情况下也能够满足用户的供热要求。 4.4 供暖时，可以采用汽轮机排汽。在冬季气温低下的北方地区，需要的供暖热水量十分庞大，采用抽汽冷凝式汽轮机可以有效降低真空度，使得汽轮机的冷凝压力处于适当的程度，供暖热源通过排汽来实现。4.5 对回热系统进行合理设置。汽轮机组的回热系统是通过锅炉给水来实现的，热源的主要来源形式
10、是汽轮机的非调抽汽，进行相应压力以及抽汽级数的合理设置可以有效提高机组的热效率。 5.结束语 作为一种能源利用的有效手段，热电联产已经具备有非常广泛的市场。根据实际的市场需求对热电联产汽轮机组的设计进行优化具有十分重要的现实意义。本文首先对热电联产的相关概念做了阐述，对热电联产汽轮机进行了分类，根据相应的衡量指标和优化原则，对汽轮机的容量和参数进行适当优化，并总结了优化过程中应考虑的问题。 参考文献： 1刘正海.火电厂节能与指标管理技术手册M.北京：中国电力科技出版社，2006. 2中国动力工程学会.火力发电设备技术手册M.北京：机械工业出版社，2007. 3唐家裕,付林,狄洪发.不同类型供热机组热电负荷优化分配的研究J.沈阳工程学院学报,2007(7).
