论文总字数：28761字

摘 要

热电联产可以在较大程度上提高火电机组的热经济性，是改善环境、降低能消的重要技术手段。本文以某电厂300MW热电联产机组为研究对象，开展机组建模、热电特性测算以及供热方式优化等工作。

首先，基于EBSILON建模软件，利用机组设计数据建立热力系统模型，主要对汽轮机本体、加热器系统、凝汽器系统以及轴封系统等进行了详细介绍。在建立仿真模型的过程中使用了数学建模和软件建模两种方式，利用EBSILON内置插件完成了Excel与EBSILON软件的数据传导，通过分析误差验证了建模方法和模型结果的正确性。

然后，对机组的不同供热方式进行分析，主要比较了中压抽汽供热和低压抽汽供热两种供热方式，以供热流量和主蒸汽流量作为变量分析电功率的变化，测算机组的热电特性。

最后，对不同供热方式下机组的经济性进行分析，总结在电功率不变的情况下，机组经济性随供热流量的变化，并分析影响机组经济性的不同因素，同时为今后同类型机组的数据分析和热电优化调度提供参考和建议。

关键词：300MW机组；热电联产；EBSILON；供热方式；经济性分析

Abstract

Cogeneration of heat and power is an important technical means to improve the environment and reduce energy consumption. In this paper, a 300MW cogeneration unit in a power plant is taken as the research object, and the unit modeling, thermoelectric characteristics calculation and heating mode optimization are carried out.

Firstly, based on EBSILON modeling software, the thermodynamic system model is established by using unit design data. The steam turbine body, heater system, condenser system and shaft seal system are introduced in detail. Mathematical modeling and software modeling are used in the process of establishing simulation model. The data transmission between Excel and EBSILON software is completed by using EBSILON built-in plug-ins. The correctness of modeling method and model results is verified by analyzing errors.

Secondly, the different heating modes of the unit are analyzed, and the two heating modes of medium-pressure heating and steam extraction and low-pressure heating and steam extraction are mainly compared. The variation of electric load is analyzed with heating flow and main steam flow as variables, and the thermoelectric characteristics of the unit are measured and calculated.

Finally, the unit economy under different heating modes is analyzed, and the change of unit economy with heating flow is summarized under the condition of electric load, and the different factors affecting unit economy are analyzed. At the same time, the reference and suggestions are provided for data analysis and thermoelectric optimal dispatch of similar units in the future.

Key words：300MW unit; combined heat and power; EBSILON; heating mode; economic analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 热电联产的研究 2

1.2.2 供热模式的研究 2

1.2.3 机组运行优化的研究 3

1.2.4 机组建模的研究 3

1.3 本文主要研究内容 4

第二章 基于EBSILON的供热机组建模 6

2.1 EBSILON软件介绍 6

2.2 供热机组建模 7

2.2.1 机组介绍 7

2.2.2 汽轮机本体建模 8

2.2.3 加热器系统建模 9

2.2.4 凝汽器系统建模 11

2.2.5 轴封系统建模 12

2.2.6 机组热力系统整体建模 13

2.3 机组模型准确性验证 13

2.3.1 汽机热力参数验证 13

2.3.2 加热器抽汽量验证 14

2.3.3 机组热耗率分析 15

2.4 本章小结 15

第三章 供热机组热电特性测算 17

3.1 中压供热 17

3.2 低压供热 20

3.3 两级供热 23

3.4 本章小结 24

第四章 不同供热模式的经济性分析 25

4.1 中、低压供热热经济性分析 25

4.1.1 热耗率 25

4.1.2 综合发电煤耗率 27

4.1.3 燃料利用系数 28

4.2 缸效率分析 30

4.2.1 高压缸效率 30

4.2.2 中压缸效率 31

4.2.3 低压缸效率 32

4.3 中低压供热互相之间的影响 34

4.4 本章小结 35

第五章 结论 36

参考文献 37

致 谢 39

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

根据2018年中国能源报告数据分析，我国的一次能源消费结构中煤炭的消费量占比高达60.4%^[1]，改善能源结构，实施可持续发展战略，提高能源的利用效率已经成为了社会发展的新方向。近些年来，国内电厂数量不断增加，装机容量不断上升，远远超过了用电需求的增长幅度，导致发电设备的利用率不断下降，机组长期处于低负荷运行状态^[2][2]。与高参数和高容量的大型机组相比，当处于低负荷状态时，300MW机组在运行阶段所要消耗的能量较多，很难达到“十三五”提出的能源发展要求指标^[3][3]，因此必须要对机组实施节能减排的技术改造，其中热电联产技术成为了关键突破口。

热电联合能量生产简称热电联产或热化，英文为Combined Heat and Power，缩写为CHP，它是将燃料的化学能转化为高品位的热能用来发电，同时将已在供热式汽轮机中做了部分功（即发了电或热化发电）后的低品位热能用来对外供热，符合按质利用热能的原则，达到了“热尽其用”^[4][4]。热电联产可以在很大程度上提高机组的热经济性，是改善环境压力、减少能源消耗、提高人民生活质量的重要方法；同时热电联产可以通过对能源的阶梯利用，达到能量利用最大化的目的，降低机组的供电煤耗。随着城市和经济的快速发展，人们的生活用电需求越来越大，供热需求在不断增加，热电联产也开始承担越来越重要的角色^[5][5]。供热机组的热电特性是热电联产机组热优化调度的重要依据，研究供热机组热电特性可全面掌握机组的供热能力。热电特性指的是机组电功率与机组供热量之间的耦合关系^[6][6]。改变抽汽供热机组的功率会影响机组抽汽压力和热负荷；而改变机组的热负荷也会使得机组抽汽点后的蒸汽流量发生变化，从而对整个机组的电负荷造成影响。同时，当机组供热量一定时，锅炉负荷的最大值会限制机组发电功率的最大值；从汽机侧看，低压缸叶片最小冷却流量会限制机组最小功率；从锅炉侧看，锅炉最低稳燃负荷会限制机组最小功率^[7][7]。从这些方面可以看出，了解机组的热电特性对提高机组效率有很大帮助。

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