汽輪機替代減溫減壓裝置工藝的應用和節能分析

袁紹闖

摘 要：節能降耗是國家越來越重視的，也是落實我國可持續發展的一項戰略。隨著社會的發展，企業本身也日益重視這一塊，原有廠內工藝優化的節能改造，不僅可更好地滿足工藝要求，也能創造一定的經濟效益，同時也對國家的節能降耗是一個重大貢獻。本文主要根據一個工程案例，探討汽輪機替代減溫減壓裝置的工藝的合理性、經濟型和節能性。

關鍵詞：汽輪機；發電機；減溫減壓裝置；節能；燃煤鍋爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.022

1 前言

某企業由于工藝蒸汽的需要，購置了一臺35t/h的中溫中壓燃煤鍋爐，產生蒸汽壓力為3.43Mpa（a），435℃的熱源，后期工藝蒸汽要求0.78Mpa（a），常年使用減溫減壓進行生產。

因鍋爐產生的蒸汽遠遠大于末端工藝所需要的壓力和溫度，故需減溫減壓使用或排空，會造成一定的能量損失。這些大量的余熱若能得到合理的利用，在節約大量的能源，還可減少環境污染，企業的生產成本也將大大降低。

目前，在大型企業中，余熱利用方式多樣，技術也比較成熟，經濟效益較好。但對于小型企業來說，其合理利用余熱還不是很理想，這和企業對節能改造后工藝穩定性和改造后的顯著經濟收益不了解有很大關系，后期需要節能改造的實施單位后期進行技術推介。

2 減溫減壓器的應用

減溫減壓器供熱節流損失能耗大，在熱電聯產企業中，將高參數蒸汽調節到熱用戶所需的低參數， 必須通過加水降溫降壓來實現，通過減溫減壓閥組來獲得所需的蒸汽，是一種常用的裝置，能源浪費也較為突出。

小型熱電聯產中，改用工業蒸汽驅動背壓式汽輪機供熱，可降低廠用電消耗，實現能量的梯級利用，減小能量轉換中的各項損失。

背壓式汽輪機能用變速方式調節給水量和壓力，在機組變負荷時給水壓力和流量不再依靠閥門調節，避免大量節流損失。

3 汽輪機改造方案的可行性

通過和業主的積極溝通，結合其他余熱利用的成功案例，提出了一套可行的分析方案，并得到業主的認可并在后期得以實施。

本方案利用業主提供的富裕的中溫中壓蒸汽，采用目前國內較成熟的先進的背壓式機組進行余熱利用，該系統配套一臺3MW背壓式汽輪機及3MW有刷勵磁發電機。

電站設計遵循“系統先進、設備高效、節約投資”的原則，認真研究項目建設條件，最大限度的利用原有設施，通過多方案對比，為業主推薦適宜的技術方案并提供技術依據，工程新建范圍包括：汽輪機及發電機系統、冷油器及空冷器用冷卻水系統、站用電系統和電站自動控制系統。

目前新上發電機組中，嚴格控制了中小型機組的審批規模，但汽輪機在熱電聯產的應用，依舊推廣。特別是針對小型企業來說，對解決其蒸氣利用過程的梯次用汽問題，十分必要。

同時，原有的減溫減壓裝置作為備用得以保留，并聯在蒸汽管線上。在運行過程，當汽輪發電機組處于檢修或故障狀態時，減溫減壓裝置可以作為應急使用，按照改造前的工藝流程進行生產。這種工藝的布置方式，即避免了企業所擔心系統的穩定性問題，也為企業創造了經濟效益。

4 汽輪機熱力系統

本方案利用蒸汽管網，將3.43Mpa-435℃-35t/h的中溫中壓蒸汽送至汽輪發電機房，作為背壓式汽輪發電機組的主蒸汽做功，帶動發電機發電，做功后產生0.78Mpa-280℃-35t/h的乏汽，通過管網送至廠區管網，供業主進一步利用。

4.1 汽輪機的設備特點

汽輪機的調節系統中設置了高性能的前壓調節裝置，用于控制進入汽輪機的進汽量，可達到穩定進汽壓力的目的，因此，即使蒸汽管網送來的蒸汽壓力不穩定，也不會影響汽輪機的安全運行。

調節系統采用美國WOODWARD505數字調速器+德國VIOTH電液轉換器+引進西門子技術制造的液壓執行器組成，引進西門子技術制造的液壓執行器組成，調速控制標準達到NEMAD級精度。

供油系統采用集中供油裝置，裝有高精度過濾器（10～25u），冷油器、濾油器、采用雙聯結構，可達到在線切換。同時，因采用了組合設計，整個供油系統集中在一個底盤上，大大縮短了設計與安裝時間，更方便用戶使用與管理。

采用引進西門子技術制造的液壓執行器可在運行狀態下對進汽速關閥進行靈活性試驗。在緊急停機情況下，汽輪機的速關閥與配汽閥，在0.5秒的時間內同時關閉，確保機組的安全運行。

4.2 汽輪機盤車裝置

采用電動盤車裝置，帶手動功能，具有自動投入和自動脫開功能。

盤車裝置能使汽輪發電機組轉子從靜止狀態轉動起來，并能在正常油壓下以足夠的轉速建立起軸承油膜，盤車轉速為13r/min。且軸承建立合適油壓前，禁止啟動盤車裝置，在汽機起動前，先啟動盤車裝置，一旦汽機啟動，并達到一定轉速，盤車自動脫離嚙合而不對汽輪機產生沖擊，且不再自行投入。

4.3 熱工儀表及自動化

為使自備電站處于最佳運行狀態，節約能源，提高勞動生產率，本方案采用技術先進、性能可靠的集散型計算機控制系統（簡稱DCS系統）對各車間進行分散控制、集中管理，對于關鍵性的檢測和控制元件選用進口設備或國內引進技術生產的優質產品。

設置于電站的計算機系統（DCS）由現場級及中央控制級組成。

（1）現場級。根據電站的特點，在電站中央控制室內設置I/O

模件機柜，采集所有來自現場的開關量和模擬量信號并輸出驅動信號。現場級完成電動機順序邏輯控制、工藝過程參數的檢測與監控，以及PID串級、多變量復雜控制。

（2）中央監控級。中央監控級設1個工程師工作站和2監控操作站，分別由監控管理計算機、LCD和打印機等組成。監控操作站的功能包括：

具有動態參數的熱力系統及工藝流程圖顯示；電動機開/停操作和運行狀態顯示；

棒形圖顯示；歷史趨勢曲線的顯示；調節回路的詳細顯示及參數修正；

報警狀態的顯示；報警狀態及運行報告的打印等。

系統特點：

本系統是一個控制功能分散控制、集中監視和管理的控制系統，電站中控室取消了常規模擬儀表盤和模擬流程圖，代之以大屏幕彩色圖形顯示器，更便于運行人員監視與操作，同時大大縮小了中控制室的建筑面積。此外系統中還采用了面向過程的語言，硬件均為模塊化，使整個系統的操作與維護更加簡便。為防止數據丟失和電源干擾，系統采用不間斷電源（UPS）供電，保證了運行的可靠性。

5 經濟效益分析

裝機容量3MW，年運轉率按8000h（11個月），平均發電功率3MW，年發電量24000000kWh，電價按0.5元/kWh，年發電金額1200萬，考慮整體投入不到800萬（部分利舊），方案具有很高的經濟價值。

6 結論

（1）輪機替代減溫減壓裝置工藝，國產背壓式機組性能和質量成熟先進，原有的減溫減壓閥組作為備用，工藝安全和穩定性有保障，具有良好的運行特性。

（2）汽輪機替代減溫減壓裝置工藝，具有顯著的節能效果和經濟收益。

（3）汽輪機替代減溫減壓裝置工藝，對氣源、系統做了進一步的優化，提高了系統變負荷變轉速的運行性能，汽輪發電機組負荷變化可以滿足40%-100%下長期穩定運行。

（4）系統采用DCS檢測，自動裝置，保護裝置穩定可靠，設備選型先進，系統安全可靠，操作靈活，可滿足機組在啟、停、正常調節、甩負荷狀態下的運行要求，創造了經濟效益的同時，符合資源綜合利用政策，具有較好的推廣價值。

系統投運以來，減少了水資源的使用和排空的次數，系統穩定高效，達到了高效節能、保護環境的目的，為熱電聯產和資源綜合利用的發展積累了經驗，且在其他領域也有大量實際運用的案例，值得推廣。

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