產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中的應(yīng)用

產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中的應(yīng)用

1．前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(qū)的熱電廠(chǎng)就已達(dá)數(shù)十家之多，在熱電廠(chǎng)中，產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用將具有廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)景，在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)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(duì)產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)的應(yīng)用方面形成共叫，促進(jìn)熱電廠(chǎng)的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)步。溫度計(jì)| 溫度表| 風(fēng)速計(jì)| 照度計(jì)| 噪音計(jì)| 輻照計(jì)| 聲級(jí)計(jì)| 溫濕度計(jì)| 紅外線(xiàn)測(cè)溫儀| 溫濕度儀| 紅外線(xiàn)溫度計(jì)| 露點(diǎn)儀| 亮度計(jì)|

2．產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中應(yīng)用現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在冶金、化工、石化等行業(yè)，廣泛用于風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、給水泵等機(jī)械的拖動(dòng)動(dòng)力裝置，其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性已得到實(shí)踐的驗(yàn)證。根據(jù)筆者對(duì)二十多家熱電廠(chǎng)的調(diào)查了解，目前，產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中極少被使用，估計(jì)在全國(guó)熱電廠(chǎng)中，使用產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)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(duì)一次投資的過(guò)分關(guān)注；業(yè)界對(duì)產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)的節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)性未作廣泛宣傳推廣，業(yè)主不甚了解其節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益的作用等等。

3．產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在冶金、石化等行業(yè)的應(yīng)用分析

在冶金、化工、石化企業(yè)的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、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(jī)制造困難，本錢(qián)高，要求上萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機(jī)，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(jī)代替電動(dòng)機(jī)。

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(jī)利用蒸汽的壓差，進(jìn)行能源的分級(jí)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(jī)、壓縮機(jī)等。假如采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)取得的電能，其均勻轉(zhuǎn)換效率還不到40%，加上線(xiàn)路損失、電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的損失等，整個(gè)系統(tǒng)的效率較低，而采用背壓式產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)直接拖動(dòng)工作機(jī)時(shí)，由于背壓排汽可用于工藝流程，其系統(tǒng)的效率可達(dá)80%以上，因此，節(jié)能效果是非常明顯的。

4．產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)的應(yīng)用分析

4.1 基本條件

產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中的應(yīng)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(duì)低壓蒸汽有一定的需求。

在熱電廠(chǎng)中，汽輪機(jī)凝聚水和除鹽補(bǔ)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(zhǎng)使用壽命，其原則性系統(tǒng)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(duì)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(shù)是0.5~1.1MPa，有的甚至達(dá)到1.6MPa以上。這樣就產(chǎn)生一個(gè)壓差利用的題目，當(dāng)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(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械能，來(lái)拖動(dòng)熱電廠(chǎng)的給水泵、風(fēng)機(jī)等，以達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

圖1 原則性系統(tǒng)流程圖

4.2 節(jié)能效果的分析

熱電廠(chǎng)鍋爐的容量，盡大多數(shù)為35~130t/h，一般情況每臺(tái)鍋爐配1臺(tái)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(hào)為DG85-80×10，配電動(dòng)機(jī)的功率為350kW，額定工況下給水泵的軸功率為285kW，實(shí)際運(yùn)行工況按260kW考慮，采用產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)拖動(dòng)給水泵的節(jié)能效果分析如下。

圖2 汽輪給水泵熱平衡計(jì)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(yīng)汽機(jī)抽汽溫度為290℃，汽輪泵排汽壓力為0.25MPa，相應(yīng)排汽溫度為205℃考慮，汽輪泵的總效率ηb為0.89（有機(jī)械、散熱、潤(rùn)滑油系統(tǒng)損失等）,鍋爐效率ηg按90%考慮，根據(jù)上圖2，經(jīng)熱平衡計(jì)算：

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

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

4.3 經(jīng)濟(jì)效益的分析

每項(xiàng)技術(shù)，不僅要節(jié)能，而且要有經(jīng)濟(jì)效益才可運(yùn)用于實(shí)際工程，仍以上述汽輪給水泵為例，分析其經(jīng)濟(jì)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(jì)，每臺(tái)汽輪給水泵節(jié)電收益為：

260kW×7000h×0.35元/kWh=63.7×104元/年

（2）運(yùn)行本錢(qián)

運(yùn)行本錢(qián)包括耗煤本錢(qián)、運(yùn)行本錢(qián)（潤(rùn)滑油、冷卻水）、維護(hù)用度增加等。

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

運(yùn)行本錢(qián)、維護(hù)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(jì)投資利息考慮)。

（4）投資

產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)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(jī)投資：5萬(wàn)元
減少液力偶合器投資：10萬(wàn)元
總計(jì)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(jī)在熱電廠(chǎng)中的應(yīng)用原則

從圖1可以看出，在一定供熱量和機(jī)爐規(guī)模的情況下，除氧加熱蒸汽需求量是一定的，當(dāng)汽輪泵（風(fēng)機(jī)）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(fèi)、工質(zhì)損失，還造成環(huán)境污染（噪聲和熱污染）。

（1）在一定規(guī)模的熱電廠(chǎng)中，隨著外供熱負(fù)荷的增加，鍋爐給水補(bǔ)充水增加，所需的除氧加熱蒸汽量增加，答應(yīng)更多臺(tái)給水泵，甚至一、二次風(fēng)機(jī)采用產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)，將進(jìn)一步進(jìn)步節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。外供熱負(fù)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(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)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(jī)。

產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)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(wěn)定、安全的運(yùn)行。

（2）除氧加熱蒸汽汽源的壓力越高，汽輪泵（風(fēng)機(jī)）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(yīng)更多臺(tái)給水泵，甚至一、二次風(fēng)機(jī)采用產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)。

在熱電廠(chǎng)中，除氧加熱蒸汽汽源總是使用壓力級(jí)較低的汽輪機(jī)抽汽，當(dāng)該級(jí)汽輪機(jī)抽汽量不能滿(mǎn)足時(shí)，不足部分利用更高一級(jí)的汽輪機(jī)抽汽，這樣可以最大限度的提供熱效率和經(jīng)濟(jì)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(jī)外供蒸汽這一級(jí)，而外供蒸汽的壓力是由熱用戶(hù)的需要和管網(wǎng)長(zhǎng)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(jī)的應(yīng)用，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益也越好。

在張家港保稅區(qū)熱電廠(chǎng)二期擴(kuò)建工程中，機(jī)爐規(guī)模為2臺(tái)130t/h鍋爐和2臺(tái)12MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，其汽輪機(jī)背壓排汽壓力高達(dá)1.45MPa，溫度320℃，根據(jù)熱負(fù)荷情況，除氧加熱蒸汽在最小工況下達(dá)31t/h，除氧加熱蒸汽汽源只能由汽機(jī)背壓排汽通過(guò)減溫減壓后獲得。2臺(tái)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(tái)×10.82t/h，在各種工況下均可穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)計(jì)算，每年可以節(jié)約標(biāo)煤2261t/a，汽輪給水泵節(jié)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(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析論證可知，產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)中的應(yīng)用，具有極好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，更有社會(huì)效益。根據(jù)目前的實(shí)際情況，具有廣泛的遠(yuǎn)景。應(yīng)大力推廣產(chǎn)業(yè)汽輪機(jī)在熱電廠(chǎng)的應(yīng)用，促進(jìn)熱電廠(chǎng)的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)步。