热电厂综合热效率87[1].1%,怎么做到的(热电集团)

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热电厂综合热效率87.1%，怎么做到的？

（杭州热电集团有限公司  张忠明）

关键词：热电厂、综合热效率、炉效、综合机效、热电比

内容简介：通过对生产能源统计数据进行深入分析，探讨热电厂提高综合热效率的方法，交流热电厂生产运行管理经验。

上虞杭协热电有限公司（以下简称杭协热电）是一家坐落在上虞市杭州湾工业园区的热电联产企业，目前拥有3台次高温次高压130吨循环流化床锅炉和2台15MW次高温次高压背压机组。该公司2010年1~10月份全厂综合热效率为87.1%，很多同行看了这个统计数据后，觉得难以相信。如此高的热效率，放在全国同行中相比也是名列前茅的。本人长期从事能源统计分析和节能研究工作，通过对基础数据的收集和分析研究，找到一些原因，在这里抛砖引玉，请各位专家同仁指点。

一、综合热效计算分析

首先，我要解释下什么是热电厂的综合热效率。热电厂是一个能源转换企业，是把煤炭、柴油、燃气等能源转换成电能和热能等能源提供给供电局和热用户。转换出提供给用户的能源和消耗的能源的量比就是综合热效率。热电厂不同于火力发电厂，除了发电外还有供热。对外供热减少(或是消除)了汽轮机发电的冷凝损失，综合热效率大幅提高。

杭协热电就是把原煤和柴油（升炉点火用）转换成电能和热能的企业。由于杭协热电2009年进行了#1汽轮机抽改背改造，由原来的一抽一背变成两台全背压机组，综合热效率大幅提高。

下表是杭协热电2010年1~10月计算综合热效率基础数据。

序号（计算公式）	项目	单位	数量	折标系数	标煤量（吨）
	投入
一	原煤	吨	251106	0.7686	193000.07
二	柴油	吨	45	1.4538	65.42
三=一+二	合计	吨			193065.49
	产出
四	供电量	万千瓦时	13475.57	1.2299	16573.60
五	售热量	吉焦	4439630	0.03416	151657.76
六=四+五	合计	吨			168231.36
七=六/三*100%	综合热效	%	87.14

从表中我们可以看出，杭协热电2010年1~10月份总投入折标煤193065.49吨，总转换产出折标煤168231.36吨。根据《浙江省能耗限额标准及计算方法》，综合热效率=（供电折标煤+售热折标煤）/（原煤折标煤+燃油折标煤+燃气折标煤+其它燃料折标煤）*100%，计算出综合热效率为87.14%。计算综合热效的基础数据原煤、供电、售热的计量表计都是国家强制检定的，而且其财务数据都是要经过审计的，所以其数据来源和计算结果是值得信赖的。

为了更好地说明问题，下面用产品能耗结构分析的方法来仔细分析高效的原因。其原理是，热电厂有电和热两种产品，分比计算出对外供电和对外售热的单位能耗，然后根据热和电的当量能量比率（就是我们常说的热电比），计算出加权平均能耗，加权平均能耗的倒数就是加权平均热效率，也就是综合热效率。

具体计算请看下面的《综合热效率明细分析表》。

序号（计算公式）	项目	单位	数量
一	供电效率计算
（1）	供电量	万千瓦时	13475.57
（2）	发电煤耗	克/千瓦时	1.34
（3）	发电厂用电率	%	2.34
（4）=（2）+（2）*（3）/100%	供电煤耗	克/千瓦时	168.19
（5）=122.99/（4）*100%	供电热效率	%	73.13
二	售热效率计算
（6）	售热量	吉焦	4439360
（7）	供热煤耗	千克/吉焦	37.65
（8）	供热厂用电率	千瓦时/吉焦	4.49
（9）=（7）+（2）*（8）/1000	售热煤耗	千克/吉焦	38.39
（10）	售热热效率	%	88.99
三	加权平均热效率
（11）=34.16/（5）*100	供电能耗	千克/吉焦	46.72
（12）=（9）*1	售热能耗	千克/吉焦	38.39
（13）	热电比		9.15
（14）=(（11）+（12）*（13）)/((13)+1)	综合能耗	千克/吉焦	39.21
（15）	综合热效	%	87.12

杭协热电主营两种产品，热力和电力。售热热效率为88.99%，供电热效率为73.13%。折算成能耗，供电能耗为46.72千克/吉焦，售热能耗为38.39千克/吉焦。由于热电比高，两者的当量能量比（热电比）为9.15倍，售热所占比重远大于供电比重，综合能耗只有39.21千克/吉焦。熟悉能量转换计算的人知道，当能量转换效率为100%时，产生1吉焦热量需要34.16千克标准煤。39.21千克/吉焦的能耗，对应综合热效率达到了87%以上。

从这些明显分析我们可以看出，杭协热电综合热效高的主要原因有两方面，一方面是能量转换效率高，无论是供热效率还是发电效率都在同行中处于领先水平。另一方面是产品结构好，热电比高，高效的热产品占产品的绝大多数。

为了更加深入地说明问题，请继续看下面的分析。

二、高炉效是高热效的基础。

上面我们说了，从能量比例的角度，售热在杭协热电产品中占绝大多数，而售热效率和锅炉效率有关。根据公式：供热煤耗=34.16/锅炉效率，我们知道，供热煤耗和锅炉效率成反比。所以炉效非常关键。

下表是杭协热电2005年投产以来炉效统计。

	标煤用量	锅炉产热量	锅炉效率
年度	吨	吉焦	%
2005	114141.058	2943650.76	88.11
2006	186929.209	4961684.8	90.68
2007	108074.5832	29149.8	92.27
2008	200329.854	5313298	90.61
2009	201227.4607	5379756.6	91.34
2010	193066.2176	5142141	90.99
合计（平均）	1003768.382	26659480.96	90.74

（注：2010年炉效为1~10月综合炉效）

从表中看，年均炉效达到了90.74%。排除2005年投产年份锅炉调试效率低的影响，年均炉效达到91.07%。如果考虑锅炉至汽轮机的管损，按1%扣除的话，炉效也有90%。

如此高的炉效，一些同行和专家表示了质疑。有些专家提出，循环流化床锅炉设计理论炉效只有90%，实际不可能超过理论值。有这种疑惑是完全可以理解的，不过杭协热电的炉效高有其特殊性。一般锅炉设计排烟温度是149℃，而杭协热电的锅炉实际排烟温度只有120℃。我们知道，锅炉热损失大多是在排烟热损失，每增加20℃烟温，炉效降低约1%。由于杭协热电锅炉排烟温度平均只有120℃，实际的炉效大于设计炉效。当然，我们知道，过低的排烟温度会造成尾部烟道换热面腐蚀，设备维护费用大幅增加，最终得不偿失。过低的排烟温度并不是我们希望的，在这里只是为了解释炉效高于设计值的原因。

高炉效，设备本身的原因只是一个方面，最重要的还是锅炉的运行、维护和管理。具体措施如下：

（一）定期维护，保持设备最佳状态

杭协热电3台130吨循环流化床次高温次高压锅炉，平均每台锅炉运行40天左右停炉维护一次。主要工作有：

1、炉内水冷壁防护。为了防止磨损，对水冷壁进行了镀膜防磨损，收效显著。每次停炉后，对水冷壁进行检查，定期进行镀膜处理，杜绝了水冷壁爆管事件。

2、对炉内及尾部烟道进行检查清理，增加换热效率。每次停炉后，对炉内换热面及尾部烟道积灰进行人工清理，一方面提高了换热效率，降低了排烟温度，另一方面解决了主蒸汽温度低的问题，使主蒸汽参数保持在额定参数范围内。

3、尾部烟道气密性检查，及时更换腐蚀部件，减少漏风损失。尾部烟道风系统如果内漏的话，会大大增加送风机的负担，外漏会大大增加引风机的负担。增加厂用电消耗。同时，漏风还会造成过氧量计失准，给运行人员控制风量造成困扰。及时地漏风消缺，使锅炉始终保持在良好状态。

（二）加强运行，发挥能动效率。

1、加强统计分析，选择最佳运行参数。我们知道，锅炉运行的目标是提供合格品质的蒸汽，主要控制目标是主蒸汽流量、温度和压力，而提高炉效的目标是降低排烟热损失、灰渣热损失、机械部完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失以及散热损失等。控制的手段主要是调整煤量和风量，让炉膛内燃料的分布以及风量的分布尽可能均匀，从而达到最佳的燃烧效率和换热效率。其中最关键的是控制床压和床温、炉膛出口烟温。不同的锅炉负荷，有着不同的最佳床压、床温等，杭协热电通过长期的运行实践，有着丰富的控制经验。

2、加强运行监控，严格控制热损。3台锅炉，2台汽机，采取就近分配的原则，锅炉出来的蒸汽优先供应最近的汽机，将主蒸汽管损降到最低。通过统计测算，机炉间管道蒸汽质量损失基本为0，热量损失温降控制在5℃以内，相当于主蒸汽焓的0.3%以内。另外，严格控制锅炉汽水损失。锅炉汽水损失主要来源于定排和连排。通过计算我们知道，锅炉的汽水损失每提高1%，锅炉效率将下降0.38%。杭协热电在保证炉水水质的前提下，严格控制锅炉连排和定排的排放，将锅炉汽水损失控制在3%以内。

（三）加强运行管理，统筹合理安排

1、选择最合适的煤种。虽然循环流化床锅炉相比煤粉炉对燃料的适应性广得多，但煤种对炉效影响还是很大的。通过实践研究，对大量的统计数据分析，最后得出结论，杭协热电3台锅炉使用5200大卡左右热值的煤种效率最高，燃烧最充分。

2、锅炉运行调整也是不容忽视的因素，杭协热电有着一支高素质的运行队伍，长期进行运行小指标竞赛，对锅炉的指标参数一直控制在合理的范围内，及时发现锅炉运行过程中出现的小问题，使锅炉在理想状态运行。

三、高机效使综合热效更上一层楼

根据公式：发电煤耗=电能当量能耗（122.99克/千瓦时）/锅炉效率/汽机综合效率，我们可以轻易反推出，汽机综合效率=电能当量能耗（122.99克/千瓦时）/锅炉效率/发电煤耗。当发电煤耗为1.34克/千瓦时，锅炉效率为90.99%时，可算出汽机综合效率为82.25%。

在这里我首先要解释下汽机综合效率的概念。热电联产的综合机效和纯凝汽轮发电机的机效是两个不同的概念。对于纯凝汽轮发电机汽机效率有公式：汽机效率=汽机内效率*汽机保温效率*机械效率*发电机效率。由于汽机内效率设计最多只有80%，再乘以保温效率、机械效率和发电机效率后，不可能大于80%，大多数纯凝发电发电机组机效不超过50%。而热电联产的机效除了发电以外，还要考虑供热。对于影响纯凝机组效率的几个因素，在热电联产机组并不适用。首先汽机内效率的高低，汽机内效率越高，热能转换成机械能的能力越高。从热力学第二定律来说，就是砽损失越小。但从热力学第一定律来说，能量并没有损失，排汽温度上升，供给热用户的热量增加了。同样，对于机械效率，机械能损失转换成了热能，也没有损失能量。汽机的能量损失主要体现在散热损失以及发电机的能量损失。这两块损失是很有限的。

热电联产汽机效率公式为：汽机效率=发电量*36/（汽机进汽焓-汽机抽汽焓）。公式中单台汽轮机进汽的热量减去供给热用户及回热用抽排汽的热量为汽轮机组发电转换消耗的能量，汽轮机组发电量折合的能量为产出能量。对于纯背压机组，由于没有冷凝损失，单台汽轮机发电热效率可以达到94%以上。下表是杭协热电200年1~10月#1汽轮机组发电热效率统计。

月份	进汽焓	排汽焓	耗热量	发电量	汽机效率
	吉焦	吉焦	吉焦	万千瓦时	%
1	385660	346979	38681	1030.83	95.94
2	162139	145877	16262	426.72	94.46
3	391350	352098	39251	1039.71	95.36
4	3496	350430	39065	1035.33	95.41
5	340358	306221	34137	908.91	95.85
6	307461	276623	30838	819.51	95.67
7	2250	237747	26504	702.48	95.42
8	254351	228840	25511	670.62	94.
9	251946	226676	25270	6.05	94.60
10	313619	2821	31455	829.80	94.97
合计	3060629	2753656	306974	8127.96	95.32

杭协热电#2机的效率为95.76%，两台背压机组的效率都在95%以上，但全厂综合机效只有82.25%。在这里要说明汽机单机的效率和汽机综合效率的区别。热电联产的汽机综合效率指的是汽轮机组在生产电产品过程中，用来生产电力的那部分热能转换成电能的效率。锅炉出来的热能，一部分是用来对外供热，还有一部分是用来对锅炉给水的加热，剩下来的全部算做发电消耗的热量。也就是说，摊在发电消耗的热量，除了通过汽轮机发电的那部分能量以外，还包括汽动给水泵、除氧器以及除了锅炉外整个热力系统的各种热损失。所以汽机综合效率肯定远小于单台汽轮机的发电效率。

下表是汽机能量平衡表。

2010年1~10月份
	发电量	耗热量	耗热占比	发电效率
	万千瓦时	吉焦	%	%
#1机	8127.96	306974	44.14	95.32
#2机	7963.08	299542	42.57	95.70
非发电用热	0	97773	13.29	0.00
合计（平均）	16091.04	7042	100	82.25
锅炉总供热	外供热	自耗热	综合总机效
51439	4439360	7042	82.25

从表中我们看出，影响综合总机效的高低最重要的是自耗热中非发电用热所占比例的大小。杭协热电非发电用热占汽机总耗热的13.29%，占锅炉总有效供热的1.78%，与外供热的比率为2.06%。其主要包括汽动给水泵用热以及厂内换热系统的热损失。可以说，这样的热损比例是相当低的。降低非发电用热的关键，一方面是加强运行管理和设备维护，避免不必要的汽水损失和散热损失，把效率提到最高；另一方面是加强热用户开发，增加两台背压机组的发电输出，摊薄非发电用热耗热比。在这方面，杭协热电做的非常好，生产车间基本看不到有跑冒滴漏现象。

另外，非发电用热量低还有一个统计方面的原因。根据浙江省能耗限额标准和计算方法，计算供热量的时候是不扣除自来水焓的。在计算热电厂综合热效率的时候也没有把自来水焓当成能量投入。而事实上，自来水焓也是系统外界提供的能量，应该从售热量中扣除。

自来水温度按平均20℃计算，自来水焓约占售热焓的2%，约占锅炉总供热量的1.7%。如下表：

2010年1~10月份
	发电量	耗热量	耗热占比	发电效率
	万千瓦时	吉焦	%	%
#1机	8024.57	304918	39.11	94.74
#2机	7757.48	294038	37.72	94.98
非发电用热	0	180596	23.17	0.00
合计（平均）	15782.05	779552	100.00	72.88
锅炉总供热	外供热	自耗热	综合总机效
5130125	4350573	779552	72.88

扣除给水焓以后，非发电用热明显上升，综合总机效从82.25%下降到72.88%。发电煤耗从1.34克/千瓦时上升到185.47克/千瓦时。热电厂综合热效也会下降1.5个百分点。

四、提高热电比

    提高热电比其实就是改善产品结构，提高高效率的热的比重，从而提高综合热效率。杭协热电2009年进行了#1汽轮机抽改背改造，将抽凝机改造成了背压机，大幅提高了热电比。另外，加强热用户开发，2010年常用热用户达到了110家，最高日供汽量达到了7000吨。对提高热电比效果显著。

五、降低厂用电率是提高综合热效率的又一关键

杭协热电发电厂用电率为2.34%，供热厂用电率为4.49千瓦时/吉焦，处于同行业领先水平。厂用电是热电厂供电售热消耗的间接能源，最终会反映到对原始能源的消耗上。降低厂用电率也是提高综合热效率的关键。

杭协热电在节约厂用电上下足了功夫。每一台大功率用电设备都配备电度表，每天监控厂用电情况，并在统计日报中报出。及时发现用电异常的设备，进行考核管理。

所有的大功率风机都进行了变频改造，大大节约了低负荷时的用电量。给水泵尽量采用2台汽动给水泵，电动给水泵只做为紧急备用。5台循环水泵根据需要合理调配使用，将用电量降到最低。

六、总结

    总之，杭协热电在综合热效方面做出了优异成绩，原因有三：一是炉效高，二是产品结构好，三是管理维护好。杭协热电在生产运行管理，设备维护管理以及节能降耗管理方面做出了大量努力，值得大家探讨学习。