熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機在熱電廠中的節(jié)能應(yīng)用

胡曉華　王恒　馮志翔

摘 要：汽輪機一般應(yīng)用于發(fā)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)工藝生產(chǎn)過程中，適用于核電生產(chǎn)、油藏化工、冶金制造、造紙生產(chǎn)等制造生產(chǎn)行業(yè)中。而熱電聯(lián)產(chǎn)中我國主要以火力發(fā)電為主，并強調(diào)遵行“上大壓小”發(fā)電機組應(yīng)用政策，即在發(fā)電原動機組中利用高參數(shù)、低能耗、大容量、減排放的汽輪機，通過關(guān)停或?qū)π∪萘科啓C予以限停等方式來鼓勵熱電企業(yè)推動這一產(chǎn)業(yè)政策有效執(zhí)行，達到促進抽氣式、背壓式等汽輪機技術(shù)工藝不斷發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；汽輪機；背壓式；抽氣式；節(jié)能

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A

我國進入當前新世紀市場經(jīng)濟發(fā)展階段以來，全球經(jīng)濟增長發(fā)展迅猛，各行業(yè)競爭要求日趨激烈，產(chǎn)業(yè)能源供需環(huán)境發(fā)生重要變革，即能源供需和經(jīng)濟增長的矛盾問題越發(fā)明顯。處于該嚴峻形勢下，我國于世紀之交2000年初聯(lián)合國家計委、經(jīng)貿(mào)委、環(huán)保總局、建設(shè)部共同制定并落實了熱電聯(lián)產(chǎn)有關(guān)規(guī)定，從而才能在保持電力穩(wěn)定供需的前提下，達到控制減排、節(jié)能降耗、改善大氣污染等的環(huán)境、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展這一目的，使國家國計民生下的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平不斷提高。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)中對發(fā)電機組汽輪機節(jié)能應(yīng)用研究就顯得十分必要。

一、熱電聯(lián)產(chǎn)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)

（一）節(jié)約燃料

熱電聯(lián)產(chǎn)工藝的執(zhí)行，可以高效控制或降低熱量在冷源中的流失與效益損失，將這些損失的能量有效供給千家萬戶中，達到效率化的大型鍋爐替代原有效率供熱較低的小鍋爐進行供熱這一目的。也就是說，小型鍋爐完成采暖供熱作業(yè)，不僅運作效率相比低下，緊能維持發(fā)揮出50%～60%運行效率，同時其也會對生態(tài)建設(shè)及大氣環(huán)境造成嚴重污染。而熱電聯(lián)查工藝推廣卻能達到75%～90%的鍋爐運行效率，從而實現(xiàn)了效率化采暖供熱；此外，規(guī)模相比較大的發(fā)電廠其一般熱效率僅能維持在40%左右，而熱電聯(lián)產(chǎn)工藝應(yīng)用推廣以后，其全廠熱電效率均高于45%，顯然其經(jīng)濟節(jié)能效益是顯而易見的。

（二）省時增效

熱電聯(lián)產(chǎn)主要通過集中供熱的生產(chǎn)方式，并配套熱電聯(lián)產(chǎn)下發(fā)電機組的汽輪機等設(shè)施應(yīng)用，起到加強熱電廠盡快全面實現(xiàn)機械化與自動化的這一作用。基于此，由于供熱設(shè)施的自動化程度較高，有力改善了基層生產(chǎn)勞作條件，從而減輕了作業(yè)負荷強度，實現(xiàn)了省時增效、控制運行成本這一目的。

（三）減輕污染能耗

熱電廠一般都建于城市郊區(qū)，或者城市相對偏遠地段，以避免對城市生活、生產(chǎn)造成不良環(huán)境及效益影響。而熱電聯(lián)產(chǎn)政策及工藝技術(shù)的運用，可達到有效控制分散鍋爐、控制煤場生產(chǎn)環(huán)境的目的，從而使得環(huán)境污染在一定程度上達到了有效改善，并有效減輕了城建運煤工作勞動負荷。

二、汽輪機的應(yīng)用領(lǐng)域

抽氣式和背壓式汽輪機主要應(yīng)用生產(chǎn)制造行業(yè)，多數(shù)以化工油藏、生產(chǎn)發(fā)電、冶金生產(chǎn)、造紙加工等相關(guān)行業(yè)應(yīng)用為主。而熱電聯(lián)產(chǎn)中主要強調(diào)的是通過大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電設(shè)施，包括背壓式汽輪機、凝汽式汽輪機等的應(yīng)用，從而達到逐漸改善傳統(tǒng)發(fā)電機組利用水泵、油泵、風機進行作業(yè)的生產(chǎn)局面。一般而言，背壓式汽輪機在熱電聯(lián)產(chǎn)工藝生產(chǎn)中非常實用，即主要針對于驅(qū)動鍋爐水泵、風機、球磨機等進行高效驅(qū)動，完成高效循環(huán)蒸汽水供熱運行，特別是在純粹以背壓式汽輪機為主的電廠中，其節(jié)能效果顯著。當然，在高抽氣壓力參數(shù)的冷凝式電廠中應(yīng)用其也具備較高節(jié)能效果。即這類電廠中主要利用較高抽氣壓力來驅(qū)動汽輪機生產(chǎn)，從而憑借排汽作用發(fā)揮對鍋爐實現(xiàn)水加熱的供給作用，工業(yè)生產(chǎn)具備一定節(jié)能降耗特性。

三、汽輪機在發(fā)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)中的節(jié)能經(jīng)濟性比較

當前采取供熱或電廠熱電聯(lián)產(chǎn)中，主要的汽輪機生產(chǎn)方式多以背壓式、調(diào)節(jié)氣壓式、以及兩者共用形式為主。電廠中發(fā)電機組中利用汽輪機發(fā)電，既能利用其排汽作用達到采暖供熱的主要效用，同時又能達到發(fā)電聯(lián)產(chǎn)的能源生產(chǎn)作用。這種聯(lián)產(chǎn)效用發(fā)揮往往節(jié)能性良好，即這種方式雖然沒有冷源循環(huán)供電、發(fā)熱生產(chǎn)運行效率高，生產(chǎn)具有一定制約性、局限性，但是仍然有不少電廠采用這種熱電聯(lián)產(chǎn)作業(yè)形式，主要是因為其經(jīng)濟節(jié)能效果相對良好。在運用背壓式生產(chǎn)機組時，發(fā)電供熱單位則要考慮熱負荷是否具有穩(wěn)定性，從而才能達到供熱生產(chǎn)的“三聯(lián)供”生產(chǎn)目的，即冬季來臨時主要強調(diào)集中持續(xù)供熱，春秋季度來臨時主要強調(diào)熱水排汽，夏季時主要通過溴化鋰工藝技術(shù)達到制冷生產(chǎn)目的，進而才能保證機組工作的熱負荷穩(wěn)定性，提高機組設(shè)施的經(jīng)濟節(jié)能特性。例如，某熱電廠機組型號為B6—4.9/475/0.98，在2011年4月28日供熱38t/h，且其供熱壓力達到0.90MPa，溫度參數(shù)為250℃，消耗標煤為5.23t/h，發(fā)電量為2800kW·h，鍋爐效率為0.88，管道效率為0.98，同時其管網(wǎng)熱損失率為0.05，具體指標則如下公式所示：

Qtp=Btp×Qnet （1）

其中，公式中Qtp屬于熱電廠中的總熱能耗量，單位為kJ/h；Btp屬于熱電廠中總?cè)枷牧浚瑔挝粸閠/h；Qnet 屬于燃料低位發(fā)熱量，為23310kJ/kg。

此外，由于消耗標煤即熱電廠總?cè)剂舷臑?.23t/h，因此經(jīng)計算Qtp= 153841300kJ/h。

同時，按照供熱熱耗量公式

Qtp，h=Qh/ηbηp （2）

結(jié)合ηb已經(jīng)提供的鍋爐效率0.88，以及管道效率ηp0.98，此外該熱電廠實際供給熱量為114236780kJ/h，套用公式則可得Qtp，h（供熱熱耗量）為129813240.85kJ/h。

因此，分配給發(fā)電所用的熱耗量

Qtp，e=Qtp-Qtp，h （3）

即Qtp=153841300kJ/h與Qtp，h=129813240.85kJ/h相減所得Qtp，e=24028059.15kJ/h。基于此，該廠發(fā)電方面熱效率ηtp，e=44.25%，供熱相關(guān)熱效率ηtp，h=83.21%。

而采用常見的調(diào)節(jié)式抽油機組，依據(jù)該廠提供2009年3月下旬提供的數(shù)據(jù)標煤為11.28t/h，且發(fā)電量為10785kW·h；以及汽輪機抽氣為72t/h；供熱能達到60t/h；包括抽氣壓力0.90MPa；溫度參數(shù)250℃；鍋爐效率與管道效率分別為0.88和0.98，具體應(yīng)用上述所列公式可得Qtp=328772800kJ/h；Qtp，e=130425182.33kJ/h；ηtp，e=28.56%；ηtp，h=83.24%。

由此可見，在等同溫度、壓力系數(shù)的前提下，供熱方面兩者熱效率幾乎等效一致。不過，發(fā)電方面，背壓式機組顯然要比抽凝式汽輪機更為經(jīng)濟、可靠。特別是在當前社會產(chǎn)業(yè)發(fā)展大力提倡節(jié)能降耗、減排節(jié)約的經(jīng)濟時代下，熱電廠在熱電聯(lián)產(chǎn)工藝應(yīng)用中應(yīng)能結(jié)合大機組容量、地方標煤控制政策等予以合理選用汽輪機，從而在結(jié)合實際的情況下切實在熱電聯(lián)產(chǎn)中達到經(jīng)濟、節(jié)能的主要目的。

結(jié)語

當前全球經(jīng)濟發(fā)展迅猛，能源供需和經(jīng)濟增長之間存在愈發(fā)嚴峻的矛盾對立問題。我國在世紀之交之際雖然完成了和國際市場貿(mào)易對接，但隨之接踵而來的油藏資源匱乏、電荒、煤荒等問題嚴重制約了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。因此，熱電廠應(yīng)用熱電聯(lián)產(chǎn)工藝時，就汽輪機應(yīng)用應(yīng)能結(jié)合生產(chǎn)實際情況，認真、謹慎考慮地方政策，以及現(xiàn)有工藝條件進行深刻研究，以此才能配套選用出合理汽輪機組應(yīng)用生產(chǎn)中，達到節(jié)能減排、經(jīng)濟適用的主要生產(chǎn)目的。

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