淺析甘蔗糖廠電能輸入輸出的經濟性

潘煜再，李有吉，溫繼平

（廣西糖業集團柳興制糖有限公司，廣西 柳州 545012）

1 前言

糖廠生產的用能特點是耗汽多，用電少。一般都是配置鍋爐供給蒸汽，配套汽輪發電機，產生乏汽供制糖工藝用，普遍采用熱電聯產方式，以汽定電的原則，即鍋爐產汽量以工藝的耗汽量為準，而發電量的多少則以蒸汽量而定，因為電能的輸入輸出具有較大的靈活性，這樣可以避免蒸汽的不足或過剩。電能的輸入輸出如何操作使經濟性更高呢？本文從熱力學角度，通過理論計算與我公司實際數據對甘蔗糖廠電能輸入輸出的經濟性進行探討。

2 柳興糖廠發電機組配置簡介

我們在2018/2019年榨季中對實際生產的情況和數據進行查定分析。我們廠的動力配置是2臺額定蒸發量75t/h，額定蒸汽溫度450℃，額定蒸汽壓力4.21MPa，給水溫度105℃的蒸汽鍋爐，配套1臺3MW和2臺6MW的汽輪發電機組，參數如表1所示。簡單汽、電流程如圖1所示。

3 基礎數據分析

表1 柳興糖廠發電機組裝機容量參數

因為我們的鍋爐為中壓中溫鍋爐，4#汽輪機為中壓中溫汽輪機，3#、5#汽輪機為低壓低溫汽輪機，所以3#、5#汽輪機的主蒸汽要經過減壓得到。為了兼顧不同參數的汽輪機，實際生產中鍋爐控制過熱蒸汽壓力3.8MPa，溫度420℃左右。制煉廢汽壓力在0.14～0.16MPa。在查定時，榨量為390t/h，外電并網，關閉生汽補充，利用分蜜停篩糖不用汽的時候，我們記錄下20個時間點的鍋爐過熱蒸汽壓力、溫度、總流量以及各汽輪發電機組的進汽壓力、進汽溫度、排汽壓力、排汽溫度、功率，算出平均值如表2、表3所示。并查找《水和水蒸汽熱力性質圖表》和用插值法計算得到對應的蒸汽焓，從表4、表5看出，一定區域內過熱蒸汽的焓同壓力下隨溫度升高而增加，同溫度下隨壓力升高而降低，蒸汽溫度、壓力的小幅波動對焓的影響很小。實際生產過程變工況的平均噸汽發電量97.9kW·h/t，如表3所示。

圖1 簡單汽、電流程

表2 汽輪機組運行參數實測平均值

由表2得額定工況的噸汽發電量，計算如下。

（3000+6000+6000）÷（3 ×11.12+6 ×10.33+6 ×9.66）≈97.8（kW·h/t）。

額定工況和變工況的汽耗率很接近，在計算排汽平均溫度時，各機組汽耗率按額定汽耗率。

表3 鍋爐運行參數實測平均值

表4 過熱蒸汽焓

表5 過熱蒸汽焓

其它基礎數據：蔗渣水分實測平均為46%，對應蔗渣低位發熱量=2033kcal/kg=8510kJ/kg；鍋爐入爐水用蒸發一效二效汽凝水，溫度100℃，飽和水的焓418kJ/kg；鍋爐熱效率為90%；鍋爐排污量3%；輸出電價0.26元/度，輸入電價0.63元/度。

4 糖廠汽、電能源經濟性分析

糖廠生產汽電不平衡存在兩種情況，一是電有盈余，蒸汽不能滿足生產需要；二是蒸汽滿足工藝需要而電不能滿足需求。

4.1 電滿足生產需求而蒸汽不能滿足工藝需要時

一般采用A方案：并外電多發電往電網倒供電；B方案：不并網倒供電，開生汽補充，兩種方案獲取更多蒸汽。A方案輸出電，燒更多蔗渣換取賣電收入；B方案可以減少燃燒蔗渣量，有賣蔗渣收入。

A方案：假設1噸蔗渣能產W噸過熱蒸汽（蒸汽參數為采樣的平均值3.81MPa，417℃），則有如下計算。

同時供給熱用戶的熱量為Q。

售電收入結果如下。

1噸蔗渣發電量為D2。

1噸蒸汽發電量為D1。

（8510×1000＋1.03×W×418×1000）×0.9=3257×1000×W，即得W≈2.67（噸）。

D1=13394÷136.8≈97.9（kw·h/t）。

D2=97.9×2.67≈261.4（kw·h/t）。

261.4×0.26≈68（元）。

Q=排汽焓×排汽量=2845×2.67×1000=7596150（kJ）。

B方案：由于節流減壓過程對外沒有能量傳遞，是等焓過程，表2中的3#、5#汽輪機經減壓后的進汽焓和4#汽輪機不經減壓的進汽焓也證實了這點，生汽節流減壓補充廢汽管道比較短，管道損失忽略不計。

滿足熱用戶的熱量Q需要補充生汽量如下。

Q÷生汽焓=7596150÷3244≈2342（kg），即2.342噸。

節省蒸汽量：2.67-2.342=0.328（噸）。

折算節省蔗渣量為0.328÷2.67=0.123（噸）。

A、B方案盈虧平衡點的蔗渣價格為68÷0.123≈553（元/噸），當蔗渣價格＞553元/噸時，經濟性方案B＞A，賣蔗渣合算；蔗渣價格＜553元/噸時，經濟性方案B＜A，賣電合算。

4.2 當蒸汽滿足工藝需要而電不滿足需求時

如果繼續多發電，那么多發電產生的乏汽就會被浪費掉，這時發電占的原料成本為100%，外電電價0.63元/度，我們發電的原料成本也按0.63元/度算，則盈虧平衡點的蔗渣單價為0.63×261.4≈165（元/噸）。當蔗渣單價＞165元/噸時，輸入外電合算；當蔗渣單價＜165元/噸時，自發電合算。

5 結語

由于各廠設備和生產情況不太一樣，盈虧平衡點也稍有出入。我們基于以上一些基礎數據和本廠實際生產數據分析，總結如下。

第一，電夠汽不夠的情況，若蔗渣價格＜盈虧平衡點（553元/噸），則并網倒送電（輸出）；若蔗渣價格＞盈虧平衡點（553元/噸），則開生汽補充廢汽。

第二，汽夠電不夠的情況，若蔗渣價格＞盈虧平衡點（165元/噸），則并網用外電（輸入）；若蔗渣價格＜盈虧平衡點（165元/噸）時，則自發電滿足生產需要。