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耦合蒸汽喷射器热电联产系统建模及优化

宋四明  
【摘要】:随着我国城镇化进程的加快,集中供热需求呈指数性增长。热电联产技术(CHP)可降低火电机组冷源损失,提高能源利用效率,因而成为最重要的集中供热方式。目前,我国热电联产机组主要采用抽汽供热、高背压供热和耦合吸收式热泵供热三种模式。一般来说,抽汽供热(?)损较大,吸收式热泵供热的投资和维护费用都比较高,而高背压供热(?)损小,符合能量梯级利用原则,正成为当前供热改造的重点。本文针对高背压供热中由于回水温度高、热负荷小而导致乏汽利用率低的问题,提出2×300MW“高背压-喷射器-抽汽”三级加热供热模式。喷射器的工作汽源为机组抽汽,引射汽源为高背压机组乏汽。在设计工况下,首先利用高背压机组乏汽对热网回水进行第一次加热,再利用喷射器排汽进行二次加热,最后通过热网加热器并达到所需的供水温度。本文首先使用Ebsilon软件对上述热电联产系统进行建模,并通过数学计算得到供热期热负荷特性和热网变工况特性,从而确定了热电联产系统的边界条件;其次根据“等压混合理论”一维模型编写Matlab计算程序,以乏汽利用量最大为优化目标,得到了喷射器的最优压缩比为1.8倍,并在此基础上根据ESDU标准对喷射器进行全尺寸设计;利用Fluent对可调式喷射器进行数值模拟,得到了工作蒸汽压力、引射蒸汽压力和喷射器开度变化时喷射器的性能曲线;结合热网水在喷射器凝汽器内的温升曲线,得到了供水温度变化时喷射器最优的调节策略,并将耦合喷射器热电联产系统与传统的抽-背供热系统进行比较,发现当供水温度低于68℃时,喷射器不投运;供水温度在68℃至82℃时,调整喷射器工作喷射器开度,使其达到最优的运行状态;当供水温度大于82℃时,喷射器在设计工况下运行,此时高背压机组乏汽利用率提高约20%,全厂节煤约9g/kW h。最后,本文对耦合喷射器热电联产系统改造进行技术经济评价,相比于抽-背供热系统,新系统在每个供热期可节约747万元燃料成本,项目动态回收投资期仅为2.9年。


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