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工业汽轮机在热电厂中的应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/10/21 14:45:06   

  所属频道:  火力发电    关键词:  工业汽轮机 热电厂

1.前言

随着我国经济的快速发展,近几年,热电厂的发展非常迅速,仅浙江省绍兴地区的热电厂就已达数十家之多,在热电厂中,工业汽轮机的应用将具有广泛应用前景,在节能、经济效益应方面也具有非常良好的效果。本文将通过以下分析论证,试图推动社会各界对工业汽轮机在热电厂的应用方面形成共识,促进热电厂的节能、经济效应的进一步提高。

2.工业汽轮机在热电厂中应用现状

工业汽轮机在冶金、化工、石化等行业,广泛用于风机、压缩机、给水泵等机械的拖动动力装置,其节能效果和经济性已得到实践的验证。根据笔者对二十多家热电厂的调查了解,目前,工业汽轮机在热电厂中极少被使用,估计在全国热电厂中,使用工业汽轮机的热电厂不会超过4%。分析原因,可能有各种因素,如:业主对一次投资的过分关注;业界对工业汽轮机的节能效果及经济性未作广泛宣传推广,业主不甚了解其节能、经济效益的作用等等。

3.工业汽轮机在冶金、石化等行业的应用分析

在冶金、化工、石化企业的风机、压缩机、给水泵等,所需的拖动动力,往往在几千千瓦,甚至上万千瓦,大型电动机制造困难,成本高,要求上万千瓦的电动机,甚至是无法制造的。所以较普遍采用成熟的工业汽轮机代替电动机。

另一方面,这些企业往往都有高压蒸汽汽源或工艺流程中需要中低压蒸汽,背压式工业汽轮机利用蒸汽的压差,进行能源的分级利用,以提高能源利用率,同时输出的动力直接拖动风机、压缩机等。如果采用电动机拖动,电动机从电网取得的电能,其平均转换效率还不到40%,加上线路损失、电动机电能转换为机械能的损失等,整个系统的效率较低,而采用背压式工业汽轮机直接拖动工作机时,由于背压排汽可用于工艺流程,其系统的效率可达80%以上,因此,节能效果是非常明显的。

4.工业汽轮机在热电厂的应用分析

4.1基本条件

工业汽轮机在热电厂中的应用,有一个前提条件,那就是热电厂必须有一定的供热量,使热电厂自身对低压蒸汽有一定的需求。

在热电厂中,汽轮机凝结水和除盐补充水需通过除氧器除氧后,才能作为锅炉的给水,以保证锅炉不被腐蚀并延长使用寿命,其原则性系统流程如下图1所示。热电厂除氧器除氧均采用蒸汽加热除氧,一般除氧器的工作压力为0.12MPa(绝对压力,下同),工作温度为104℃(220/h及以上锅炉,一般除氧器工作压力为0.6MPa,工作温度为158℃),加热蒸汽的压力仅需0.2MPa左右,而热电厂外供蒸汽的压力大多数是0.5~1.1MPa,有的甚至达到1.6MPa以上。这样就产生一个压差利用的问题,当外供汽量较大时,除氧加热蒸汽量也较大,可以利用这个压差驱动工业汽轮机产生较大的机械能,来拖动热电厂的给水泵、风机等,以达到节能、经济运行的目的。

图1原则性系统流程图

4.2节能效果的分析

热电厂锅炉的容量,绝大多数为35~130t/h,一般情况每台锅炉配1台给水泵。以75t/h次高温次高压锅炉为例,所配锅炉给水泵型号为DG85-80×10,配电动机的功率为350kW,额定工况下给水泵的轴功率为285kW,实际运行工况按260kW考虑,采用工业汽轮机拖动给水泵的节能效果分析如下。

图2汽轮给水泵热平衡计算图

一般热电厂供热蒸汽压力多为0.98MPa,按汽轮给水泵进汽压力0.98MPa,相应汽机抽汽温度为290℃,汽轮泵排汽压力为0.25MPa,相应排汽温度为205℃考虑,汽轮泵的总效率ηb为0.89(有机械、散热、润滑油系统损失等),锅炉效率ηg按90%考虑,根据上图2,经热平衡计算:

按年运行7000h,电网平均供电标煤耗率0.41kg/kWh考虑,则每年可节约标煤7000×(260×0.41-39.94)×10-3=466.6t。

目前,为了节约能源,提高经济效益,热电厂风机、给水泵等普遍采用变频调速、液力偶合器调速技术,根据实践经验,采用调速技术,可节约厂用电8%~10%左右。而采用汽轮给水泵(风机)后,很容易实现这一功能,因而其节能效果更加显著,按上述给水泵估算,每台给水泵每年可节约原煤约730t。

4.3经济效益的分析

每项技术,不仅要节能,而且要有经济效益才可运用于实际工程,仍以上述汽轮给水泵为例,分析其经济性。

(1)投资总收益

采用汽轮给水泵代替电动给水泵,热电厂可向电网多提供电力而获益,上网电价按0.35元/kWh计,每台汽轮给水泵节电收益为:

260kW×7000h×0.35元/kWh=63.7×104元/年

(2)运行成本

运行成本包括耗煤成本、运行成本(润滑油、冷却水)、维护费用增加等。

耗煤成本=39.94×(7000/5000)×7000h×300元/t=117423元/年

运行成本、维护费用增加约为9.555万元/年。

(3)净收益

净收益=总收益-成本=42.403万元/年(按不计投资利息考虑)。

(4)投资

工业汽轮机投资:48万元

管道、其他材料等:3万元

安装工程:4.5万元

减少电动机投资:5万元

减少液力偶合器投资:10万元

总计增加投资约:40.5万元。

(5)投资回收期

静态投资回收期为40.5/42.404=0.95年。

4.4工业汽轮机在热电厂中的应用原则

从图1可以看出,在一定供热量和机炉规模的情况下,除氧加热蒸汽需求量是一定的,当汽轮泵(风机)的排汽量超过除氧加热蒸汽需求时,则多余的排汽因压力低无法利用,只能排空处理,不仅造成能源浪费、工质损失,还造成环境污染(噪声和热污染)。

(1)在一定规模的热电厂中,随着外供热负荷的增加,锅炉给水补充水增加,所需的除氧加热蒸汽量增加,允许更多台给水泵,甚至一、二次风机采用工业汽轮机,将进一步提高节能效果和经济效益。外供热负荷很少或没有时,所需的除氧加热蒸汽量很少,抽汽凝汽式汽轮机回热系统的低压蒸汽(一般为0.25MPa,3~5t/h供汽能力)已可满足要求,无需采用工业汽轮机。

工业汽轮机的应用,必须以其排汽量小于热电厂最小工况下所需除氧加热蒸汽量为原则,以便工业汽轮机能稳定、安全的运行。

(2)除氧加热蒸汽汽源的压力越高,汽轮泵(风机)的汽耗越少,在相同除氧加热蒸汽需求量的情况下,可以允许更多台给水泵,甚至一、二次风机采用工业汽轮机。

在热电厂中,除氧加热蒸汽汽源总是使用压力级较低的汽轮机抽汽,当该级汽轮机抽汽量不能满足时,不足部分利用更高一级的汽轮机抽汽,这样可以最大限度的提供热效率和经济性。一般情况,热电厂的除氧加热蒸汽,大部分来自汽轮机外供蒸汽这一级,而外供蒸汽的压力是由热用户的需要和管网长度(压力损失)决定的。因此,热用户压力越高越有利于工业汽轮机的应用,节能效果和经济效益也越好。

在张家港保税区热电厂二期扩建工程中,机炉规模为2台130t/h锅炉和2台12MW背压式汽轮发电机组,其汽轮机背压排汽压力高达1.45MPa,温度320℃,根据热负荷情况,除氧加热蒸汽在最小工况下达31t/h,除氧加热蒸汽汽源只能由汽机背压排汽通过减温减压后获得。2台给水泵功率为630kW,采用汽轮给水泵后,汽轮给水泵的汽耗仅2台×10.82t/h,在各种工况下均可稳定运行,经计算,每年可以节约标煤2261t/a,汽轮给水泵节电收益为:2×520kW×7000h×0.38462元/kWh=280.0×104元/年,静态投资回收期约为0.5年。

5结束语

通过上述分析论证可知,工业汽轮机在热电厂中的应用,具有极好的节能效果和经济效益,更有社会效益。根据目前的实际情况,具有广泛的前景。应大力推广工业汽轮机在热电厂的应用,促进热电厂的节能、经济效应的进一步提高。

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