熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方式優(yōu)化

于俊紅

摘要：文章針對(duì)某熱電聯(lián)產(chǎn)工程的對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方式的選擇問(wèn)題，通過(guò)對(duì)三個(gè)抽汽方案的綜合經(jīng)濟(jì)比較，提出該工程最優(yōu)化的對(duì)外供熱抽汽方式：引風(fēng)機(jī)背壓式汽輪機(jī)排汽供對(duì)外工業(yè)用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；對(duì)外供熱；抽汽方式；引風(fēng)機(jī)；背壓式汽輪機(jī)；工業(yè)供汽 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK269 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.017某熱電聯(lián)產(chǎn)工程位于電力和供熱需求較大的江蘇省，是2×660MW超超臨界二次再熱機(jī)組[31MPa（a）/

600℃/620℃/620℃]。

1 對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方式

本工程對(duì)外工業(yè)供汽參數(shù)為1.5MPa、350℃，每臺(tái)機(jī)組工業(yè)供汽量為156t/h（額定）、312t/h（最大）。根據(jù)660MW二次再熱機(jī)組熱平衡圖，汽輪機(jī)二次再熱冷段和汽輪機(jī)四級(jí)抽汽作為對(duì)外工業(yè)供汽的汽源較合適。

引風(fēng)機(jī)擬采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，其背壓排汽可作為對(duì)外工業(yè)供汽的汽源。經(jīng)咨詢引風(fēng)機(jī)小機(jī)廠，二次再熱熱段的溫度過(guò)高，用于引風(fēng)機(jī)小機(jī)進(jìn)汽不經(jīng)濟(jì)；二次再熱冷段壓力和溫度能滿足引風(fēng)機(jī)小機(jī)進(jìn)汽要求，故本工程選擇二次再熱冷段的蒸汽作為引風(fēng)機(jī)背壓式汽輪機(jī)的汽源。額定抽汽工況引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)單臺(tái)用汽量約為65t/h，每臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)用汽量共130t/h。

本工程對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方式有如下方案：

方案一：對(duì)外工業(yè)供汽的汽源為二次再熱冷段，引風(fēng)機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽輪機(jī)二次再熱冷段參數(shù)為3.32MPa、442℃，減溫減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽。額定抽汽工況下，二次再熱冷段抽汽為148t/h，另加8t/h減溫水，單臺(tái)機(jī)組對(duì)外供工業(yè)蒸汽量共計(jì)156t/h。

方案二：對(duì)外工業(yè)供汽的汽源為四級(jí)抽汽，引風(fēng)機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽輪機(jī)四級(jí)抽汽參數(shù)為1.5MPa、500℃，減溫至350℃后對(duì)外供工業(yè)用汽。額定抽汽工況下，四抽抽汽141t/h，另加15t/h減溫水，單臺(tái)機(jī)組對(duì)外供工業(yè)汽量共計(jì)156t/h。

方案三：引風(fēng)機(jī)汽驅(qū)，汽源為二次再熱冷段，參數(shù)約為3.319MPa、442℃。采用背壓式引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)，排汽參數(shù)為1.5MPa、350℃，排汽至工業(yè)用汽系統(tǒng)。額定抽汽工況下，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽130t/h，另外需從二次再熱冷段抽汽24t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽，減溫水量為2t/h，單臺(tái)機(jī)組對(duì)外供工業(yè)蒸汽量共計(jì)156t/h。

2 經(jīng)濟(jì)效益比較

2.1 初投資比較

相對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，汽機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備較多，需增加相應(yīng)的汽水管道，由于與主汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)關(guān)系較緊密，對(duì)控制系統(tǒng)要求也

較高。

由于引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的小汽機(jī)轉(zhuǎn)速較高，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)需通過(guò)齒輪箱減速后與引風(fēng)機(jī)相連，引風(fēng)機(jī)與小汽機(jī)之間存在較大的轉(zhuǎn)速比（一般約為6～7），所配置的減速齒輪箱需同時(shí)滿足大功率、高轉(zhuǎn)速（輸入端）、大速比的要求，為保證性能，目前一般采用進(jìn)口的、可靠性較高的行星齒輪，成本也相應(yīng)提高。

當(dāng)給水泵采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，引風(fēng)機(jī)就成為最大的廠用電用戶，如果采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，將大幅度減少電氣高廠變?nèi)萘俊⒏邏弘娎|及開(kāi)關(guān)柜的用量，最終達(dá)到降低廠用電率、增加上網(wǎng)電量的目的。

上述三個(gè)對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方案的初投資比較（按兩臺(tái)機(jī)組）見(jiàn)表1：

2.2 機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算的前提條件為：

經(jīng)濟(jì)比較以帶額定工業(yè)負(fù)荷；機(jī)組的發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為5500小時(shí)；三個(gè)方案年發(fā)電量（對(duì)應(yīng)發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為5500h）相同；鍋爐保證效率為95%；管道效率99%；標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)為750元/噸。標(biāo)桿電價(jià)為0.431元/kWh。廠用電率按引風(fēng)機(jī)軸功率6740kW計(jì)算，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)廠用電率為3.44%，汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)廠用電率為2.63%。三個(gè)方案的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2（按兩臺(tái)機(jī)組）：

2.3 綜合經(jīng)濟(jì)性比較

2.3.1 動(dòng)態(tài)投資回收期比較。根據(jù)三種方案的年增收費(fèi)用及投資差異的比較，采用動(dòng)態(tài)投資回收法計(jì)算投資回收年限，從而分析各方案的經(jīng)濟(jì)性。

投資回收年限：n=log（1+i）{1/[1-ΔU×i/（ΔB×Cc）]}

式中：ΔU為工程投資增加的費(fèi)用（萬(wàn)元）；ΔB為節(jié)約標(biāo)煤量（萬(wàn)噸/年）；Cc為燃料價(jià)格（元/噸），本工程標(biāo)煤價(jià)按750元/噸；i為年利率（%），本工程i=5.4%。

計(jì)算結(jié)果如下（按兩臺(tái)機(jī)組）：

初投資費(fèi)用差別：方案二比方案一多5萬(wàn)元，方案三比方案一多2990萬(wàn)元。

年增收費(fèi)用：方案二比方案一少65萬(wàn)元，方案三比方案一多2311萬(wàn)元。

經(jīng)動(dòng)態(tài)投資回收期計(jì)算得：方案二相比方案一投資無(wú)法回收，方案三相比方案一動(dòng)態(tài)投資回收期為1.38年。

2.3.2 費(fèi)用現(xiàn)值法比較。采用費(fèi)用現(xiàn)值法，在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限內(nèi)，將方案二、方案三相對(duì)方案一每年節(jié)省的費(fèi)用進(jìn)行折現(xiàn)，同時(shí)與方案二、方案三的初投資相對(duì)方案一多投資的費(fèi)用相減，可測(cè)算出各方案的相對(duì)收益。公式如下：

相對(duì)收益=相對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省值×折現(xiàn)系數(shù)-初投資相對(duì)增加值

折現(xiàn)系數(shù)=[（1+i）n-1]/[i×（1+i）n]

式中：i是貸款利率；n是經(jīng)濟(jì)年限。

取i=5.40%，n=20求得20年的折現(xiàn)系數(shù)為12.05。

根據(jù)前面三種方案的運(yùn)行費(fèi)用及投資差異的比較，采用費(fèi)用現(xiàn)值法將運(yùn)行費(fèi)用折算到電廠經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)機(jī)組的相對(duì)收益比較如下（按兩臺(tái)機(jī)組）：

初投資相對(duì)增加值：方案二比方案一多5萬(wàn)元，方案三比方案一多2990萬(wàn)元。

相對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省值；方案二比方案一少65萬(wàn)元，方案三比方案一多2311萬(wàn)元。

20年總收益：方案二比方案一少-788萬(wàn)元，方案三比方案一多24858萬(wàn)元。

2.3.3 綜合經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)論。通過(guò)動(dòng)態(tài)投資回收年限比較和費(fèi)用現(xiàn)值法比較，方案三均為最優(yōu)。

方案一：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)是成熟方案，啟停和運(yùn)行中調(diào)節(jié)靈活平穩(wěn)，可滿足運(yùn)行中變負(fù)荷工況的需要。電氣、熱工控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，運(yùn)行人員操作方便。工業(yè)供汽汽源為四抽，汽機(jī)熱耗在三個(gè)方案中是最低的。但相對(duì)于方案三廠用電率明顯增加，供電收益低。

方案二：采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，工業(yè)供汽汽源為二次再熱冷段，汽機(jī)熱耗比方案一稍高，但用電率明顯增加，在三個(gè)方案中收益最低。

方案三：引風(fēng)機(jī)采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，背壓機(jī)排汽用于對(duì)外供熱，充分利用排汽的汽化潛熱，減少汽輪機(jī)冷端損失。雖然初投資增大、汽機(jī)熱耗稍高，但廠用電率低，在三個(gè)方案中收益最高。

因此，方案三最經(jīng)濟(jì)，方案一次之，方案二最差。本工程推薦采用方案三，即引風(fēng)機(jī)背壓式汽輪機(jī)排汽供工業(yè)用汽。

3 工業(yè)用汽可靠性分析

本工程推薦采用方案三，即引風(fēng)機(jī)背壓式汽輪機(jī)排汽作為對(duì)外工業(yè)用汽的汽源，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

3.1 2×660MW機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行

3.1.1 工業(yè)供汽量為2×156t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×24t/h減溫

減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×2t/h。

3.1.2 工業(yè)供汽量為2×（130～156）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽為2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～24）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×（0～2）t/h。

3.1.3 工業(yè)供汽量為2×（78～130）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽為2×130t/h，多余排汽排至汽輪機(jī)四級(jí)抽汽。

3.1.4 工業(yè)供汽量為2×（0～78）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)電驅(qū)，對(duì)外工業(yè)供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.2 1×660MW機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，另一臺(tái)機(jī)故障

3.2.1 工業(yè)供汽量為312t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽168t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽，減溫水量為14t/h。

3.2.2 工業(yè)供汽量為（130～312）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～168）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對(duì)外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×（0～14）t/h。

3.2.3 工業(yè)供汽量為2×（78～130）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓排汽為130t/h，多余排汽排至汽輪機(jī)四級(jí)抽汽。

3.2.4 工業(yè)供汽量為2×（0～78）t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)電驅(qū)，對(duì)外工業(yè)供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.3 2×660MW機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行

根據(jù)外部工業(yè)熱負(fù)荷的具體情況，實(shí)時(shí)切換引風(fēng)機(jī)備用電機(jī)或再熱冷段抽汽減溫減壓器，滿足對(duì)外工業(yè)供汽需求。

綜上所述，本工程推薦采用方案三，滿足對(duì)外工業(yè)用汽可靠性要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)外供熱系統(tǒng)抽汽方式綜合經(jīng)濟(jì)性比較得出：方案三雖然初投資比方案一高2990萬(wàn)元、比方案二高2985萬(wàn)元，但供電煤耗最低、對(duì)外供電收益最高，20年總收益比方案一、方案二分別高24858萬(wàn)元、25646萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此本工程供熱系統(tǒng)抽汽方式推薦采用方案三，即引風(fēng)機(jī)背壓式汽輪機(jī)排汽供工業(yè)用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。