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《华北电力大学(北京)》 2011年
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热电联产系统冷源领域节能及耦合机理研究

林振娴  
【摘要】:改革开放以来,随着我国城市化水平的提高和居民生活条件的不断改善,我国热电联产事业得到了迅速的发展,然而对这一体系的研究尚不够完善。2008年我国热电联产的装机容量比2007年增加8.71%,但供热量反而比2007年减少3.83%;2009年热电联产的装机容量比2008年增加24.87%,年供热量仅增加3.4%,这说明一些供热机组的供热能力并未发挥出来。“节能减排,科学发展”是当前我国经济发展过程中的一项重要举措,热电联产不但是国内外公认的有效节能措施,也是改善城市环境质量的重要手段,更是低碳经济发展的必由之路,为此对热电联产进行深入研究提出新的目标。 本文首先将传统的热电厂总热效率公式进行改进,将公式中的分子表示为热电联产机组纯凝工况运行时的发电量、抽汽工况运行时的供热量和由于供热而损失的发电量3部分组成。该公式不但将热电联产机组在非供热期和供热期的两种运行情况同时反映出来,并且还指出了提高供热机组总热效率的3个途径,明确了供热机组与纯凝机组的区别。供热机组的先进性应体现在提高机组的供热能力,并且在机组提供相同供热量的情况下,机组能够多发电。热电联产的研究应是对冷源领域的科学研究。将供热机组、热网加热器、供热热网系统、热用户和室外环境组成的总能系统建立为热电联产系统,分析各子系统的自身特性和与其它子系统之间的耦合机理,对热电联产系统进行全工况研究,由此针对不同容量的供热机组提出不同的运行方案。 以热网加热器为热电联产系统联合特性研究的切入点,考虑热网加热器内换热管壁厚对其传热性能的影响,根据传热学的基本理论,对换热管的内、外侧壁温进行迭代计算,准确计算热网加热器的传热系数K。建立热网加热器的数学模型,得到不同回水温度下,热网加热器供热抽汽量与饱和蒸汽压力的性能曲线;再结合热网系统性能得到热网加热器性能曲线,即随着热负荷的增加,热网加热器所需的抽汽流量和抽汽压力也随之提高。将热网加热器性能和汽轮机低压缸性能联合得到热电联产系统联合特性,即汽轮机中压缸排汽压力呈“V”字型变化,供热机组的无节流工况(中压缸排汽压力、低压缸进汽压力和热网加热器抽汽压力都相等)为机组运行时中压缸排汽压力的最低点;并根据无节流工况特点提出最佳冷凝热网加热器——使热电联产系统的无节流工况的压力达到中压缸允许的最低排汽压力时的热网加热器,并对其具体的计算方法进行详细介绍。热电联产系统联合特性的提出,为热电联产系统中能量的合理匹配及系统优化指明了方向。 开展供热机组的变工况功率计算,准确计算出不同供热参数下,机组的发电功率,也就是可计算出机组由于对外供热抽汽而减少的发电功率的量化,并将热电联产系统联合特性与供热机组的变工况特性结合,编制热电联产系统变工况计算程序。已知室外温度的变化,可求得热网的供、回水温度,热负荷的需求,热网加热器的主要参数以及汽轮机的各段参数,并提供该工况下汽轮机的热平衡图。为热电联产冷源领域研究能够实现节能增效提供可靠的数据依据。 根据能量梯级利用原理和热电联产联合特性提出供热系统运行的新模式——供热系统串联布置的方案。在应用过程中对该方案进行优化,提出非对称式串联供热布置方式,即两台供热机组串联布置,分段加热热网水,并采取增加高温段热网加热器换热面积的方法降低供热抽汽压力,减小供热抽汽对机组发电量的影响。以200MW供热机组为例,非对称式串联供热布置方式比传统并联布置方式,在额定工况下,机组可增加发电功率约1万kW。并针对目前我国300MW供热机组中低压分缸压力过高的问题,将溴化锂吸收式热泵应用于该机组的供热过程中,回收机组排入凝汽器的余热,两台机组采用串联布置的供热模式,提高机组的供热能力和发电功率。
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