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user: 3. 模型建立 3.1. 热电联产的能耗计算模型 本文以热量法作为热电分摊的计算方法。热量法是我国法定通用的热电成本分摊方法，其建立的理论基础是热力学第一定律。该方法是从生产电能和热能所消耗的热耗量的数量上入手，按两者的数量比例来进行热电厂总热耗量划分的。热电联产的能量平衡简图如图1 [ 6 ] 。 B ld ——生产电能的年消耗燃料量；B lr ——供应热能的年消耗燃料量；Q 0 ——热电联产总耗热量；Q c ——抽汽供热量；Q——热用户所需热量； W ′ d ——热电厂年产电量。 考虑再热的大型热电厂机组的总热耗量Q 0 为： Q 0 = D 0 ( h 0 − h ′ 0 ) + D z r × δ (1) 式中，D 0 为主蒸汽流量，单位t/h；D zr 为再热蒸汽流量，单位t/h；h 0 为主蒸汽焓值，单位kJ/kg； h ′ 0 为锅炉给水焓值，单位kJ/kg；δ为再热蒸汽焓升，单位kJ/kg。 热电联产抽汽供热的热耗量Q r 为 [ 7 ] ： Q r = D r × ( h r − h ′ r ) (2) 式中，D r 为供热抽汽流量，单位t/h；h r 为供热抽汽焓值，单位kJ/kg； h ′ r 为供热抽汽回水焓值，单位kJ/kg。 热电联产机组的发电热耗量Q d 为： Q d = Q 0 − Q r (3) 热电联产机组的发电热耗率q d 的通用计算式为： q d = Q d P e (4) 图1. 热电联产能量平衡简图 式中，P e 为机组发电功率，单位kW。 热电联产机组发电的标准煤耗率为： b l d = Q d P e × 29271 (5) 热电厂中生产电能的年总燃料消耗量为： B l d = b l d × W ′ d (6) 式中， W ′ d 为热电厂热电联产汽轮机组的年发电量，单位kWh。 在热电联产中实现供热的标准煤耗量通用计算式为： b l r = 10 6 29271 η l r = 34.2 η l r (7) B l r = b l r × Q n r (8) 式中，b lr 为热电厂供应热能的煤耗率，单位kg/GJ；η lr 为热电厂的锅炉效率；B lr 为热电厂生产热能的年煤耗量，单位kg；Q nr 为在热电分产中的年供热量，单位GJ。 热电联产的年总煤耗量B l 的计算公式为： B l = B l d + B l r (9) 3.2. 热电厂的热力性能计算模型 对热电厂的实际运行数据进行计算分析时，主要分发电量和供热量两方面进行研究。本文选取的主要热力性能分析计算参数有热电厂总效率、热电比、发电热效率、供热效率和发电热耗率，以上几个主要计算参数不仅能够反映热电厂的能耗情况，还能体现出热电厂的经济效益，比较具有代表性。 3.2.1. 热电厂总效率 热电厂的总效率是指在热电厂锅炉燃料燃烧产生的全部热量中，发电量和供热量之和所占的比例。热电厂总效率 η z 按下式计算： η z = 3600 W z + Q r Q b r (10) 式中，W z 为热电厂的发电量，单位kWh；Q br 为燃料燃烧消耗的总热量，单位kJ。 Q br 可按下式计算： Q b r = 29271 × B (11) 式中，B为锅炉的燃料消耗量，单位kg。 从热电厂总效率的公式可以看出，其影响因素主要是热电厂的发电量和热电厂的供热量。这种计算方法实质上是把高品位的电能换算成热能进行考虑，将发电量与供热量进行数量上的相加。这种计算方式只能从数量上反应发电量与供热量的关系，而忽略了电能这种高品位能源在能源等级上的优势，只能反映燃料能量单纯在数量上的利用效果。 3.2.2. 热电比 热电比是指热电联产中供热量与发电量之比，其计算公式为： θ = Q r 3600 × W z (12) 由热电比的公式能够得出，热电比主要受到热电联产中发电量与供热量这两个方面的影响。由于热电联产的发电量与供热量的影响因素较多。为尽量降低汽轮机的冷源损失，保证一定比例的抽汽发电量，热电比应保证一定的数值。 3.2.3. 发电热效率 η f d = 3600 × W z Q b r (13) 由郎肯循环的基本原理可知，提高热源参数的数值和降低冷源参数的数值都能够增加参数之间的差值，从而使郎肯循环的热效率得到提高。热电厂汽轮机的循环也属于郎肯循环，为使热电厂汽轮机组的发电量得到提高，应该尽量提高汽轮机的热效率，也就是尽可能提高汽轮机组的进汽参数并降低排汽参数。在实际运行中，往往进汽参数是确定不变的，因此应尽量降低排汽参数，从而提高热电联产中汽轮机的发电效率，增加热电厂的发电量。 3.2.4. 供热效率 供热效率的计算公式如下： η g r = Q r Q b r (14) 3.3. 热电联产的㶲分析计算模型 3.3.1. 锅炉的㶲损失计算 热电厂锅炉的黑箱模型如图2所示 [ 8 ] 。 锅炉的㶲平衡方程为： E r l + E k = E y x + I g (15) 式中，E rl 为锅炉的燃料㶲，单位kJ/h；E k 为预热空气带入的㶲值，单位kJ/h；E yx 为锅炉的有效㶲，单位kJ/h；I g 为锅炉的㶲损失，单位kJ/h。 其中，锅炉有效㶲E yx 按下式计算： E y x = D m 0 e b − D f w e f w + D m r ( e r c − e r j ) (16) 式中，D m 0 为锅炉主蒸汽的流量，单位kg/h；D fw 为锅炉给水的流量，单位kg/h；D mr 为锅炉再热蒸汽的流量，单位kg/h；e b 为锅炉出口的主蒸汽㶲，单位kJ/kg；e fw 为锅炉主给水的㶲，单位kJ/kg；e rc 为锅炉 再热器出口蒸汽的㶲，单位kJ/kg；e rj 为锅炉再热器入口蒸汽的㶲，单位kJ/kg。 锅炉的㶲损失为： I g = E r l + E k − E y x (17) 锅炉的㶲效率为： η e b = E y x E r l × 100 % (18) 3.3.2. 汽轮机的㶲损失计算 汽轮机的黑箱模型如图3所示。 汽轮机的㶲平衡方程为： D m 0 e q + D m r e r z − D m g e r g = ∑ i = 1 7 D i e i + D n e n + D c e c + W t + I q j (19) 式中，D mg 为汽轮机高压缸的排汽流量，单位kg/h；D i 为汽轮机各级抽汽的流量，单位kg/h；D n 为汽轮机的排汽量，单位kg/h；D c 为供热抽汽流量，单位t/h；e q 为汽轮机入口的蒸汽㶲，单位kJ/kg；e rz 为汽轮机中压缸的进汽㶲，单位kJ/kg；e rg 为汽轮机高压缸的排汽㶲，单位kJ/kg；e i 为汽轮机各级抽汽的㶲，单位kJ/kg；e n 为汽轮机低压缸的排汽㶲，单位kJ/kg；e c 为供热抽汽的㶲，单位kJ/kg；W t 为汽轮机的做功热当量，单位kJ/h；I qj 为汽轮机的㶲损失，单位kJ/h。 汽轮机的㶲损失I qj 为： I q j = D m 0 e q + D m r e r z − D m g e r g − ∑ i = 1 7 D i e i − D c e c − D n e n − W t (20) 图2. 锅炉黑箱模型 图3. 汽轮机黑箱模型 汽轮机的㶲效率为： η e t = W t + D c e c D m 0 e q + D m r e r z − D m g e r g − ∑ i = 1 7 D i e i − D n e n × 100 % (21) 3.3.3. 高压加热器的㶲损失计算 高压加热器的黑箱模型如图4所示。 1号高压加热器的㶲平衡方程为： D 1 e 1 = D f w ( e w 1 − e w 2 ) + D 1 e d 1 + I g 1 (22) 2号高压加热器的㶲平衡方程为： D 2 e 2 + D 1 e d 1 = D f w ( e w 2 − e w 3 ) + ( D 1 + D 2 ) e d 2 + I g 2 (23) 3号高压加热器的㶲平衡方程为： D 3 e 3 + ( D 1 + D 2 ) e d 2 = D f w ( e w 3 − e w 4 ) + ( D 1 + D 2 + D 3 ) e d 3 + I g 3 (24) 式中，e wi 为给水的㶲，单位kJ/kg；e di 为各级高压加热器疏水的㶲值，单位kJ/kg；I gi 为各级高压加热器的㶲损失，单位kJ/h。 则高压加热器的总㶲损失为： I g j = I g 1 + I g 2 + I g 3 (25) 高压加热器的㶲效率为： η e h = D f w ( e w 1 − e w 4 ) ∑ i = 1 3 D i e i − e d 3 ∑ i = 1 3 D i × 100 % (26) 3.3.4. 除氧器的㶲损失计算 除氧器的黑箱模型如图5所示。 除氧器的㶲平衡方程为： D 4 e 4 + e d 3 ∑ i = 1 3 D i = D f w e w 4 − D c w e w 5 + I c y (27) 图4. 高压加热器黑箱模型 图5. 除氧器黑箱模型 除氧器的㶲损失为： I c y = D 4 e 4 + e d 3 ∑ i = 1 3 D i + D c w e w 5 − D f w e w 4 (28) 除氧器的㶲效率为： η e c = D f w e w 4 − D c w e 5 D 4 e 4 − e d 3 ∑ i = 1 3 D i × 100 % (29) 3.3.5. 低压加热器的㶲损失计算 低压加热器的黑箱模型与高压加热器相同。 5号低压加热器的㶲平衡方程为： D 5 e 5 = D c w ( e w 5 − e w 6 ) + D 5 e d 5 + I d 5 (30) 6号高压加热器的㶲平衡方程为： D 6 e 6 + D 5 e d 5 = D c w ( e w 6 − e w 7 ) + ( D 5 + D 6 ) e d 6 + I d 6 (31) 7号高压加热器的㶲平衡方程为： D 7 e 7 + ( D 5 + D 6 ) e d 6 = D c w ( e w 7 − e w 8 ) + ( D 5 + D 6 + D 7 ) e d 7 + I d 7 (32) 式中，D cw 为凝结水流量，单位kg/h。 则低压加热器的总㶲损失为： I d j = I d 5 + I d 6 + I d 7 (33) 低压加热器的㶲效率为： η e i = D c w ( e w 5 − e w 8 ) ∑ i = 5 7 D i e i − e d 7 ∑ i = 5 7 D i × 100 % (34) 3.3.6. 凝汽器的㶲损失计算 凝汽器的黑箱模型如图6所示。 凝汽器的㶲平衡方程为： 图6. 凝汽器黑箱模型 D n e n + e d 7 ∑ i = 5 7 D i = D c w e n c + I n (35) 式中，e nc 为凝汽器的出水㶲，单位kJ/kg。 凝汽器的㶲损失为： I n = D n e n + e d 7 ∑ i = 5 7 D i − D c w e n c (36) 3.3.7. 热网的㶲损失计算 供热抽汽经过热力管网向热用户输送热量，在此过程中产生的㶲损失就是热网㶲损失。其计算公式如下： I r w = D c ( e c − e r ) (37) 式中，e r 为热用户所需的热水㶲，单位kJ/kg。 3.3.8. 各设备㶲损率的计算 㶲损率是各个设备的㶲损失与系统总㶲损失的比值，计算公式如下： e l i = I i I q j z (38) 式中，I i 为系统中各个设备的㶲损失，单位kJ/h；I qjz 为系统的总㶲损失，单位kJ/h。 其中，系统的总㶲损为各个设备的㶲损之和，其计算公式为： I q j z = I g + I q j + I g j + I c y + I d j + I n + I r w (39)