小型背壓式汽輪機發電的經濟性解析

張耿瑞

摘 要：在資源匱乏以及環境污染問題日益嚴重化的局勢中，國內眾多行業將節能工作重點設置為加大對背壓式汽輪機發電推行力度，借此途徑達到最大限度提升熱能利用效率，發電與供熱兩項內容同步運行等多重目標，在背壓式汽輪機的協助下，所取得的成果是極為可觀的。文章在對背壓式汽輪機發電特征與在熱電廠具體應用的基礎上，對背壓式汽輪機發電的經濟性進行解析，希望與業內人士一起分享經驗。

關鍵詞：背壓式汽輪機；汽輪機發電；供熱；經濟性分析

中圖分類號：TK269.+3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0174-02

節能減排已經演變成時代發展的主題，可以被視為我國社會經濟發展進程中緩解能源壓力的有效辦法之一。但是現階段國內工業企業能源損耗量處于逐年上漲的態勢中，不規范應用的現象屢見不鮮。小型背壓式汽輪機在高能耗企業發展進程中的應用，在壓縮能源消耗量方面發揮的作用是極為顯著的。

1 小型背壓式汽輪機的主要特征

當下， 國內眾多化工行業采用汽用熱設備，通常情況下其所需的蒸氣壓力數值處于較低水平上，只有1～4千克力/厘米2就足矣了；但是鍋爐規劃的壓力大多數大于8千克力/厘米2，通常需節流降壓。蒸氣經由節流程度以后，能夠在一定壓力下可用來作功的焓處于降低的態勢中，這不僅能實現節約成本的目標，缺失的部分被叫做節流損失[1]。若將鍋爐的壓力提升至13～25千克力/厘米2，汽溫提高至350～400℃，同時另設一套背壓式汽輪發電機組，蒸氣流經由汽輪機一是能夠實現降溫降壓的目的，二是協助輕紡企業獲得價格相對合理的電力資源。

背壓式機組，每發一度電產出時熱能消耗大概12000千卡，發電成本每度大約0.02元，低于普通凝汽式電站的成本。這主要是因為凝汽式機組的冷源損失量較大，通常情況下發電廠的熱循環效率不足50%。

2 小功率背壓式汽輪機在熱電廠的應用

2.1 充分利用鍋爐新蒸汽的能量

一是在鍋爐產汽量高于熱負荷的情景中。鍋爐的規劃容量通常為汽輪機額定進汽量的1.1～1.2倍，尤其是在夏季等供熱量相對較低的情況下，鍋爐產量有很大部分富余蒸汽沒有被有效應用。

二是熱負荷增加但是應用減溫減壓器的局勢中。熱電廠若處于供熱負荷加大，但是汽機無法符合供汽標準的，那么就有必要采用減溫減壓器將鍋爐產汽由4.0MPa，400℃或更高參數的蒸汽減溫減壓去補充供熱量。

采用鍋爐剩余蒸汽，或作為補充供熱角色的鍋爐新蒸汽驅動小型背壓式汽輪機，運行后的蒸汽作為汽機外供汽主要構成充分之一。在小汽機的協助下，抽汽機組的抽汽量有顯著減少。若小型背壓式汽輪機的進汽壓力為3.5MPa，溫度為450℃時，進汽量約為7t/h；若其排汽壓力為0.98MPa，溫度為330℃時，額定功率為250kW。

2.2 利用除氧器加熱蒸汽的可用能驅動給水泵

小型熱電廠通常應用如圖1的熱力系統。電站鍋爐多數會應用熱力除氧的方式，進行給水除氧耗損的蒸汽多數源于低壓熱網。在給水流量較大、溫度偏低的情況下，蒸汽耗損現象嚴重化。但是一般情況下熱電廠低壓蒸汽源于背壓汽輪機的排汽或抽汽凝汽汽輪機的抽汽[2]。上述途徑獲得蒸汽的溫度相對較高，因為傳熱溫差較大，所以蒸汽可用能損耗量較為嚴重，致使能源浪費現象嚴重化。

在上述情景中，可以借用熱功聯產汽輪機，把熱電企業冗余的蒸汽或低壓熱網的蒸汽轉變成機械功，此時驅動鍋爐給水泵或引風機，做功后的蒸汽用在鍋爐給水除氧方面上，此時電廠能源消耗量處于極低水平上，這部分熱能可以加大換取驅動鍋爐給水泵、風機的電動機節省的電能，這樣熱電廠自體能耗量大幅度降低，電負荷輸出量隨之增加，熱電廠經濟效益與社會效益均有不同程度的提升。

除氧器采用104℃水溫的大氣式除氧，此時加熱蒸汽參數為0.15MPa～0.2MPa，溫度達到120℃就能滿足運行條件。但是在對其進行規劃之時通常因為缺乏適宜的汽源，就采用抽汽機組的二級抽汽供給，一旦外網供熱量較大，除氧器耗汽量就會增加，也就是說二級抽汽壓力相對較低，無法符合除氧的標準，只好經由工業抽汽（如 0.98MPa，300℃）經減溫減壓獲取，在上述過程中蒸汽的可用能大大折扣，能源利用率大幅度降低。

若工業抽汽先采用小型背壓機作功，發電或直接驅動給水泵的方法，那么經規劃的排汽參數就能夠順利達到除氧器要求的蒸汽參數，排汽供氧器在加熱方面實用價值充分體現出來，能夠獲得占裝機容量3%以上的動能，這類能量能夠以電能的形式供給外網或直接作為動力被應用。

從機組運轉安穩性的角度分析，應用工業汽輪機帶動給水泵可以有效規避廠用電中斷給鍋爐運轉造成的隱患，機組可以借用鍋爐余汽無障礙運轉[3]。在安穩性方面，大型電動機啟動之時流經的電流較大，并且在運轉與停運之時，致使廠用電的符合變化幅度較大，若電機或系統存有故障，就會有危險事故衍生，對廠用電系統運行造成極大的負面影響，故此積極采用汽輪機拖動給水泵，運行安全性與經濟性均處于較高水平上。

2.3 應用供熱系統的加熱蒸汽壓差做功

小型熱電廠的供熱系統多數把 0.98MPa，300℃的汽輪機工業抽汽或背壓機的排汽用在換熱管網中的換熱器，加熱作為熱媒的水，有大約75℃水流生成，輸送至，熱網用戶，但是換熱器所需加熱蒸汽的壓力低于0.1MPa，由此可見供熱進程中存在大量的蒸汽有用能損耗的現象。

在這樣的情景中，若在確保供熱要求的條件下先在工業抽汽安設一臺背壓式汽輪機發電，把它排汽用在加熱熱網換熱器，就可以有效應用蒸汽的可用能，生成額外的電能，協助電廠獲得最佳經濟效益。

3 背壓式汽輪機的熱電負荷平衡

所謂的熱電負荷平衡，實質上就是應用背壓機組的一個最關鍵的問題。有人士主觀認為只需汽與電的企業都可以運作一套背壓機組，因為地方電網電價相對較高，背壓機組發電成本較低的緣故。總結長期的實踐經驗，認為應用背壓機組的企業務必具有以下兩類條件：一是耗汽與耗電同步進行；二是汽、電負荷相對均衡化，并且變動幅度較小[4]。在小型背壓機組發電進程中，應該正確理解平衡與平穩的內涵，平衡可以被視為一個經濟性問題，平穩則被理解為一個波動性問題。眾所周知，背壓式汽輪機是在高溫、高壓、高速環境下運行的，若數次啟動機組，那么在溫差變化幅度較大的情況下，背壓式汽輪機的轉子、汽封、軸瓦等構件磨損的可能性均會有不同程度的增加，并且在頻繁性的啟停環節中，操作事故出現率也上升，對個體生命安全性構成威脅。

若背壓機組熱電負荷平衡性缺乏，那么機組的經濟效能就會被埋沒，為了處理背壓機組熱電負荷不平衡的問題，可以采用以下幾種措施：

（1）面對工業布設合理性缺乏，用熱單位零散化的情況，科學分配熱能就非常困難，再加上地方電網規模較小，電壓穩定性缺乏，并網運轉難度較大以及，弧網運轉時電負荷又無法伴隨熱負荷整改的區段或單位，最好不要采用背壓式汽輪發電機組。（2）若地方電網運行安穩，背壓機組最好和電網同步運轉，那么機組可以參照本企業的熱負荷曲線運轉，由電網承擔電負荷量的整改任務。（3）構建熱電站，推行集中式供熱模式。在應用背壓機組的過程中，適度增設一定容量的凝汽式機組；背壓機組參照熱負荷曲線運作，凝汽機組充當調整電負荷的角色。（4）嚴格編制本企業的熱負荷曲線圖樣，全面貫徹落實以蒸汽量設定電能的規劃。

4 結束語

綜合全文論述的內容，對小型背壓式汽輪機發電的經濟性有更為全面的認識，在熱電廠中具體是在充分利用鍋爐新蒸汽的能量、利用除氧器加熱蒸汽的可用能驅動給水泵、應用供熱系統的加熱蒸汽壓差做功三方面體現出來的。當下國內小型凝汽機組每度電耗煤大于1500克，大型凝汽機組也高于700克。由此可見其在節能方面體現出一定應用價值，在輕工業中將會獲得更大的發展空間。在條件允許的情況下，背壓機組也會普及應用。

參考文獻：

[1]劉屹，邱瑞章，曹勤，等.抽凝式和凝汽式汽輪機改為背壓機的優勢[J].能源研究與利用，2015，01：44-47.

[2]李書恒，陳蘭菊.DEH在背壓式汽輪機調節系統改造中的應用[J].科技風，2015，17：99.

[3]崔素玉，張玉峰，崔健鋒，等.次高壓背壓式汽輪機機組改造[J].小氮肥，2014，42（05）：24-26.

[4]孫海玲.前置背壓式汽輪機端部軸封漏氣修復[J].中國設備工程，2016，05：73-74.endprint