產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中的應用

1．前言

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，近幾年，熱電廠(chǎng)的發(fā)展非常迅速，僅浙江省紹興地區的熱電廠(chǎng)就已達數十家之多，在熱電廠(chǎng)中，產(chǎn)業(yè)汽輪機的應用將具有廣泛應用遠景，在節能、經(jīng)濟效益應方面也具有非常良好的效果。本文將通過(guò)以下分析論證，試圖推動(dòng)社會(huì )各界對產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)的應用方面形成共叫，促進(jìn)熱電廠(chǎng)的節能、經(jīng)濟效應的進(jìn)一步進(jìn)步。溫度計| 溫度表| 風(fēng)速計| 照度計| 噪音計| 輻照計| 聲級計| 溫濕度計| 紅外線(xiàn)測溫儀| 溫濕度儀| 紅外線(xiàn)溫度計| 露點(diǎn)儀| 亮度計|

2．產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中應用現狀

產(chǎn)業(yè)汽輪機在冶金、化工、石化等行業(yè)，廣泛用于風(fēng)機、壓縮機、給水泵等機械的拖動(dòng)動(dòng)力裝置，其節能效果和經(jīng)濟性已得到實(shí)踐的驗證。根據筆者對二十多家熱電廠(chǎng)的調查了解，目前，產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中極少被使用，估計在全國熱電廠(chǎng)中，使用產(chǎn)業(yè)汽輪機的熱電廠(chǎng)不會(huì )超過(guò)4%。分析原因，可能有各種因素，如：業(yè)主對一次投資的過(guò)分關(guān)注；業(yè)界對產(chǎn)業(yè)汽輪機的節能效果及經(jīng)濟性未作廣泛宣傳推廣，業(yè)主不甚了解其節能、經(jīng)濟效益的作用等等。

3．產(chǎn)業(yè)汽輪機在冶金、石化等行業(yè)的應用分析

在冶金、化工、石化企業(yè)的風(fēng)機、壓縮機、給水泵等，所需的拖動(dòng)動(dòng)力，往往在幾千千瓦，甚至上萬(wàn)千瓦，大型電動(dòng)機制造困難，本錢(qián)高，要求上萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機，甚至是無(wú)法制造的。所以較普遍采用成熟的產(chǎn)業(yè)汽輪機代替電動(dòng)機。

另一方面，這些企業(yè)往往都有高壓蒸汽汽源或工藝流程中需要中低壓蒸汽，背壓式產(chǎn)業(yè)汽輪機利用蒸汽的壓差，進(jìn)行能源的分級利用，以進(jìn)步能源利用率，同時(shí)輸出的動(dòng)力直接拖動(dòng)風(fēng)機、壓縮機等。假如采用電動(dòng)機拖動(dòng)，電動(dòng)機從電網(wǎng)取得的電能，其均勻轉換效率還不到40%，加上線(xiàn)路損失、電動(dòng)機電能轉換為機械能的損失等，整個(gè)系統的效率較低，而采用背壓式產(chǎn)業(yè)汽輪機直接拖動(dòng)工作機時(shí)，由于背壓排汽可用于工藝流程，其系統的效率可達80%以上，因此，節能效果是非常明顯的。

4．產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)的應用分析

4.1 基本條件

產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中的應用，有一個(gè)條件條件，那就是熱電廠(chǎng)必須有一定的供熱量，使熱電廠(chǎng)自身對低壓蒸汽有一定的需求。

在熱電廠(chǎng)中，汽輪機凝聚水和除鹽補充水需通過(guò)除氧器除氧后，才能作為鍋爐的給水，以保證鍋爐不被腐蝕并延長(cháng)使用壽命，其原則性系統流程如下圖1所示。熱電廠(chǎng)除氧器除氧均采用蒸汽加熱除氧，一般除氧器的工作壓力為0.12MPa(盡對壓力，下同)，工作溫度為104℃（220/h及以上鍋爐，一般除氧器工作壓力為0.6MPa，工作溫度為158℃），加熱蒸汽的壓力僅需0.2MPa左右，而熱電廠(chǎng)外供蒸汽的壓力大多數是0.5~1.1MPa，有的甚至達到1.6MPa以上。這樣就產(chǎn)生一個(gè)壓差利用的題目，當外供汽量較大時(shí)，除氧加熱蒸汽量也較大，可以利用這個(gè)壓差驅動(dòng)產(chǎn)業(yè)汽輪機產(chǎn)生較大的機械能，來(lái)拖動(dòng)熱電廠(chǎng)的給水泵、風(fēng)機等，以達到節能、經(jīng)濟運行的目的。

圖1 原則性系統流程圖

4.2 節能效果的分析

熱電廠(chǎng)鍋爐的容量，盡大多數為35~130t/h，一般情況每臺鍋爐配1臺給水泵。以75t/h次高溫次高壓鍋爐為例，所配鍋爐給水泵型號為DG85-80×10，配電動(dòng)機的功率為350kW，額定工況下給水泵的軸功率為285kW，實(shí)際運行工況按260kW考慮，采用產(chǎn)業(yè)汽輪機拖動(dòng)給水泵的節能效果分析如下。

圖2 汽輪給水泵熱平衡計算圖

一般熱電廠(chǎng)供熱蒸汽壓力多為0.98MPa，按汽輪給水泵進(jìn)汽壓力0.98MPa，相應汽機抽汽溫度為290℃，汽輪泵排汽壓力為0.25MPa，相應排汽溫度為205℃考慮，汽輪泵的總效率ηb為0.89（有機械、散熱、潤滑油系統損失等）,鍋爐效率ηg按90%考慮，根據上圖2，經(jīng)熱平衡計算：

按年運行7000h，電網(wǎng)均勻供電標煤耗率0.41kg/kWh考慮，則每年可節約標煤7000×(260×0.41-39.94)×10-3=466.6t。

目前，為了節約能源，進(jìn)步經(jīng)濟效益，熱電廠(chǎng)風(fēng)機、給水泵等普遍采用變頻調速、液力偶合器調速技術(shù)，根據實(shí)踐經(jīng)驗，采用調速技術(shù)，可節約廠(chǎng)用電8%~10%左右。而采用汽輪給水泵（風(fēng)機）后，很輕易實(shí)現這一功能，因而其節能效果更加明顯，按上述給水泵估算，每臺給水泵每年可節約原煤約730t。

4.3 經(jīng)濟效益的分析

每項技術(shù)，不僅要節能，而且要有經(jīng)濟效益才可運用于實(shí)際工程，仍以上述汽輪給水泵為例，分析其經(jīng)濟性。

（1）投資總收益

采用汽輪給水泵代替電動(dòng)給水泵，熱電廠(chǎng)可向電網(wǎng)多提供電力而獲益，上網(wǎng)電價(jià)按0.35元/kWh計，每臺汽輪給水泵節電收益為：

260kW×7000h×0.35元/kWh=63.7×104元/年

（2）運行本錢(qián)

運行本錢(qián)包括耗煤本錢(qián)、運行本錢(qián)（潤滑油、冷卻水）、維護用度增加等。

耗煤本錢(qián)=39.94×(7000/5000)×7000h × 300元/t=117423元/年

運行本錢(qián)、維護用度增加約為9.555萬(wàn)元/年。

（3）凈收益

凈收益=總收益-本錢(qián)=42.403萬(wàn)元/年(按不計投資利息考慮)。

（4）投資

產(chǎn)業(yè)汽輪機投資：48萬(wàn)元
管道、其他材料等：3萬(wàn)元
安裝工程：4.5萬(wàn)元
減少電動(dòng)機投資：5萬(wàn)元
減少液力偶合器投資：10萬(wàn)元
總計增加投資約：40.5萬(wàn)元。

（5）投資回收期

靜態(tài)投資回收期為40.5/42.404=0.95年。

4.4 產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中的應用原則

從圖1可以看出，在一定供熱量和機爐規模的情況下，除氧加熱蒸汽需求量是一定的，當汽輪泵（風(fēng)機）的排汽量超過(guò)除氧加熱蒸汽需求時(shí)，則多余的排汽因壓力低無(wú)法利用，只能排空處理，不僅造成能源浪費、工質(zhì)損失，還造成環(huán)境污染（噪聲和熱污染）。

（1）在一定規模的熱電廠(chǎng)中，隨著(zhù)外供熱負荷的增加，鍋爐給水補充水增加，所需的除氧加熱蒸汽量增加，答應更多臺給水泵，甚至一、二次風(fēng)機采用產(chǎn)業(yè)汽輪機，將進(jìn)一步進(jìn)步節能效果和經(jīng)濟效益。外供熱負荷很少或沒(méi)有時(shí)，所需的除氧加熱蒸汽量很少，抽汽凝汽式汽輪機回熱系統的低壓蒸汽（一般為0.25MPa，3~5t/h供汽能力）已可滿(mǎn)足要求，無(wú)需采用產(chǎn)業(yè)汽輪機。

產(chǎn)業(yè)汽輪機的應用，必須以其排汽量小于熱電廠(chǎng)最小工況下所需除氧加熱蒸汽量為原則，以便產(chǎn)業(yè)汽輪性能穩定、安全的運行。

（2）除氧加熱蒸汽汽源的壓力越高，汽輪泵（風(fēng)機）的汽耗越少，在相同除氧加熱蒸汽需求量的情況下，可以答應更多臺給水泵，甚至一、二次風(fēng)機采用產(chǎn)業(yè)汽輪機。

在熱電廠(chǎng)中，除氧加熱蒸汽汽源總是使用壓力級較低的汽輪機抽汽，當該級汽輪機抽汽量不能滿(mǎn)足時(shí)，不足部分利用更高一級的汽輪機抽汽，這樣可以最大限度的提供熱效率和經(jīng)濟性。一般情況，熱電廠(chǎng)的除氧加熱蒸汽，大部分來(lái)自汽輪機外供蒸汽這一級，而外供蒸汽的壓力是由熱用戶(hù)的需要和管網(wǎng)長(cháng)度（壓力損失）決定的。因此，熱用戶(hù)壓力越高越有利于產(chǎn)業(yè)汽輪機的應用，節能效果和經(jīng)濟效益也越好。

在張家港保稅區熱電廠(chǎng)二期擴建工程中，機爐規模為2臺130t/h鍋爐和2臺12MW背壓式汽輪發(fā)電機組，其汽輪機背壓排汽壓力高達1.45MPa，溫度320℃，根據熱負荷情況，除氧加熱蒸汽在最小工況下達31t/h，除氧加熱蒸汽汽源只能由汽機背壓排汽通過(guò)減溫減壓后獲得。2臺給水泵功率為630kW，采用汽輪給水泵后，汽輪給水泵的汽耗僅2臺×10.82t/h，在各種工況下均可穩定運行，經(jīng)計算，每年可以節約標煤2261t/a，汽輪給水泵節電收益為：2×520kW×7000h×0.38462元/kWh=280.0×104元/年，靜態(tài)投資回收期約為0.5年。

5 結束語(yǔ)

通過(guò)上述分析論證可知，產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)中的應用，具有極好的節能效果和經(jīng)濟效益，更有社會(huì )效益。根據目前的實(shí)際情況，具有廣泛的遠景。應大力推廣產(chǎn)業(yè)汽輪機在熱電廠(chǎng)的應用，促進(jìn)熱電廠(chǎng)的節能、經(jīng)濟效應的進(jìn)一步進(jìn)步。