引言当下热电联产项目中，运行方式均是按“以热定电”为原则，全厂用汽设备在运行中，虽在一定限度内可以调整用汽时间达到降低用汽峰值的目的，但用汽负荷仍不平衡，出现较大波动，迫使锅炉和汽轮发电机组的负荷也随之变动，供汽压力时降时升，锅炉燃烧工况不稳定，运行热效率下降，还会使运行工劳动强度增大，对热电联产的安全性和经济性产生影响。为消除因供汽流量波动引起的负荷变化，为了稳定供汽压力、提高锅炉及汽轮发电机组运行热效率，热水储能罐的运用起到了调节作用，该方法不仅可以使热能削峰填谷，保证锅炉连续地按满负荷或在某一稳定的负荷工况下运行，而且还能使汽轮发电机组处于更高的效率运行发电，提高全厂热效率。当外界用汽负荷低、汽轮发电机组对外供汽有富余量时，可将供热蒸汽送至热水罐中，加热冷水至一定温度储存热能，在供汽高峰时，将热水储能罐中的热水打至除氧器释放热能，减少厂内自用汽，填补外界用汽。以浙江省台州市某一热电公司的运行现状为例，进一步分析热水储能罐的经济性（研究中的计算均未考虑汽水损失及热水系统的散热损失）。1热电公司热水储能罐现状某热电公司配有3台100 t/h高温高压循环流化床和一台B25汽轮发电机组，汽轮发电机组的额定进汽量185 t/h，排汽压力0.9 MPa，除电厂自用汽外，对外供热量为145 t/h（不投用高加）。目前热网流量日平均达到3 210 t，全天热网流量如表1所示，每日17：00~次日8：00为供热低谷时段；每日8：00~17：00为供热高峰时段。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.T001表1全天热网流量时间段时长/h流量区间/（t/h）平均流量/（t/h）总流量/t供热低谷（17：00~8：00）1580~1401151 725供热高峰（8：00~17：00）9140~1801651 485在供热低谷时间段，对外供热流量可以全部由汽轮发电机组做功后供给。在供热高峰时间段，B25汽轮发电机组带满负荷后，还需平均20 t/h的供热富裕量投用减温减压器进行调峰。投用减温减压器时的经济指标如表2所示，投用减温减压器时的热平衡图如图1所示。热平衡中的补水温度均为25 ℃，给水温度均为158 ℃，冷水从25 ℃加热到158 ℃，每100 t水耗蒸汽量为25 t。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.T002表2投用双减器时的经济指标时间段经济指标供热流量/（t/h）主汽流量/（t/h）汽耗量/（t/MW）发电量/（MWh）锅炉蒸发量/（t/h）产汽率耗原煤量/（t/h）供热低谷115.00143.757.5019.17143.757.0320.45供热高峰165.00185.477.2025.76202.367.1028.50注：不同负荷下汽轮发电机组的汽耗和锅炉的产汽率均不同，以下类同。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.F001图1投用减温减压器时的热平衡图2热水储能罐的运用热水储能罐是指在密闭的压力容器中储存水，该压力容器可用钢板焊接而成或采用钢筋混凝土结构。体积与高度由供热系统的需求而定，通常设计为圆柱形立式钢罐，类似于储油罐。罐内底部布置蒸汽加热管，并对罐体进行隔热保温，其热效率很高，一般在98%左右，主要是蓄热器外表面积向周围空气的散热损失，除此以外，还有漏汽及排污等损失，但与前者相比可以略去不计。加热罐分带压式和常压式两种，现以常压式热水储能罐为例。热电公司共有2个热水储能罐，每个热水储能罐的容积为1 000 m3，可以加热热水至95 ℃，在供热低谷时间段分别以制热水量1 000 t/d和1 485 t/d进行分析。供热低谷时间段，利用供热蒸汽对储水罐内的补水进行加热，并加热至95 ℃，以增加自用汽（冷水从25 ℃加热到95 ℃，每100 t水耗蒸汽量为12.1 t）。在供热高峰时间段，将加热后的热水打回至除氧器，以减少自用汽（热水从95 ℃加热到158 ℃，每100 t水耗蒸汽量为12.36 t）。制热水量1 000 t/d时，热平衡图如图2所示。制热水量1 485 t/d时的热平衡图如图3所示（该状态下为供热高峰时间段的总补水量，为最理想工况）。投用热水储能罐时，制热水量1 000 t/d和1 485 t/d时的经济指标如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.F002图2制热水量1 000 t/d时的热平衡图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.F003图3制热水量1 485 t/d时的热平衡图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.010.T003表3不同制热水量对应的经济指标制热水量/（t/d）经济指标供热流量/（t/h）主汽流量/（t/h）汽耗量/（t/MW）发电量/（MWh）锅炉蒸发量/（t/h）产汽率耗原煤量/（t/h）日耗电量/MWh1 000供热低谷115.00152.747.4520.50152.747.0521.670.33供热高峰165.00184.207.2025.58190.107.1026.771 485供热低谷115.00157.107.4021.23157.107.0522.280.33供热高峰165.00185.407.2025.75185.407.1026.113热水储能罐经济性比较（1）每日制用1 000 t热水时热水箱与双减器比较：供热低谷时，用热水箱后每日发电量增加：(20.5-19.17)×15-0.33＝19.62 MWh；每日耗原煤量增加：(21.67-20.45)×15＝18.3 t。供热高峰时，用热水箱后每日发电量增加：(25.58-25.76)×9＝-1.62 MWh；每日耗原煤量增加：(26.77-28.5)×9＝-15.57 t。全天合计为：每日发电量增加18 MWh；每日耗原煤量增加2.73 t。（2）每日制用1 485 t热水时热水箱与双减器比较：供热低谷时，用热水箱后每日发电量增加：(21.23-19.17)×15-0.33＝30.57 MWh；每日耗原煤量增加：(22.28-20.45)×15＝27.45 t。供热高峰时，用热水箱后每日发电量增加：(25.75-25.76)×9＝-0.09 MWh；每日耗原煤量增加：(26.11－28.5)×9＝-21.51 t。全天合计：每日发电量增加30.48 MWh；每日耗原煤量增加5.94 t。建设投资两个1 000 m3的热水储能罐，包括本体设备、土建、管道系统、保温等全部投资约需350万元，电价按0.5元/kWh，原煤价格按1 000元/t，每日产生1 000 t、1 485 t热水时，日利润为0.627万~0.93万元，年投运333 d（即8 000 h/a），利润为208.8万~309.7万元/a，基本两年内可以收回成本。4其他应用实例（1）芬兰赫尔辛基Vuosaari热电厂蓄热器项目。Vuosaari燃气蒸汽联合循环热电厂总发电能力为464 MW，供热能力为540 MW，该热电厂通过10 km的DN1000输配干线将热力输配至赫尔辛基市中心区。作为现代化供热系统，该电厂建设一台20 000 m3的热水蓄热器，罐直径为29.15 m，高度为39.5 m，蓄充98/65 ℃热水，蓄热能力为1 000 MWh，供热能力为120 MW，供热时长为8 h，蓄热器采用冷热水分层技术，并与热网通过一换热器间接连接。（2）我国第一个区域供热蓄热器项目。北京热力集团是中国最大的供热公司，共有8座热源联网运行，所属热力站1 612座，管网主干线长度为526 km，现供热面积约8 800万m2。该公司于2005年建成一台8 000 m3蓄热器并投入使用，罐直径为20 m，高度为25.2 m，最高运行温度98 ℃，蓄/放热能力为蓄热36 MW持续供热时间为8 h，供热71 MW持续时长为4 h，蓄热量为285 MWh，与热网直接连接，可用于热网的定压。以上两家在应用蓄热器后，均提高了热电厂运行的灵活性与经济性。5结语通过计算分析可以看出，建设投用热水储能罐具有以下优势：（1）在日供热流量变化比较大且供热高峰时间段，汽轮发电机组负荷带足后，还有富裕量的热电联产行业，建设热水箱总体带来的收益比较明显，投资回收周期短。（2）外界供热流量突变时，可以利用热水箱系统进行调节，以稳定热网压力的作用。（3）减少锅炉故障率，延长锅炉使用寿命。（4）减轻运行操作工的劳动强度。操作时只需监视仪表，做到基本上有规律地运行，运行操作工的注意力可集中于达到效率最佳的运行工况。但热水储能罐仍存在局限性，即在供热流量总体下降时，高峰时段对外供热均在全厂汽轮发电机组的供热能力范围内；或在供热流量总体上升时，低谷时段对外供热超出全厂汽轮发电机组的供热能力范围外，经济性不明显。