熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐節(jié)能降耗問題分析

李科育，馬志超

（威海市文登熱電廠有限公司，山東威海 264400）

0 引言

社會在飛速發(fā)展的同時(shí)，對能源和電能的消耗不斷增加，導(dǎo)致能源供給無法滿足社會發(fā)展需求。“十四五”出臺后，要求國內(nèi)各生產(chǎn)單位降低能源消耗量，在此背景下，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率，降低能源消耗成為了各生產(chǎn)企業(yè)提高自身經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。某企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組配置3 臺CFB 鍋爐和2 臺汽輪機(jī)，熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐運(yùn)行過程中，供水系統(tǒng)存在供水壓力大和揚(yáng)程高的問題，不僅增加節(jié)流損失，也造成了電能浪費(fèi)。針對以上問題，本文提出兩種熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐改造方案，并對改造前后熱電鍋爐運(yùn)行情況進(jìn)行對比分析，旨在解決以上問題的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 項(xiàng)目背景及現(xiàn)狀

隨著節(jié)能減排政策的推廣以及提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的要求，大部分企業(yè)均開始注重?zé)犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能降耗，以提高企業(yè)能源利用效率。某企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水泵耗電量占發(fā)電機(jī)組總量的5%左右，是該企業(yè)用電量較大的設(shè)備之一。該企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組配置了3 臺額定負(fù)荷為360 t/h 的CFB 鍋爐和2 臺額定功率為65 MW 的汽輪機(jī)，熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐平均用水量為900～1000 t/h，鍋爐給水系統(tǒng)為母管制，即3 臺電動給水泵采用并聯(lián)方式為鍋爐提供水源，1 臺備用設(shè)備。4 臺給水泵均采用電動泵，給水泵性能參數(shù)如表1、表2 所示。

表1 給水泵性能參數(shù)

表2 電機(jī)性能參數(shù)

從表中可以看出，給水泵電機(jī)額定電壓為10 kV，當(dāng)3 臺給水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，會導(dǎo)致熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水壓力過大，如果降低鍋爐給水泵給水壓力則會造成給水泵節(jié)流損失大，進(jìn)而造成能源浪費(fèi)。另外，熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水泵給水壓力過大也會進(jìn)一步加劇閥門、管道的沖刷，嚴(yán)重縮減了熱電聯(lián)鍋爐管道及給水系統(tǒng)閥門使用壽命[1]。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐節(jié)能降耗改造方案

現(xiàn)階段，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中鍋爐存在的問題較多，不僅造成能源浪費(fèi)，而且也在一定程度上污染了環(huán)境。化石能源作為主要能源，占能源總消耗比90%以上。隨著社會發(fā)展速度不斷加快，化石能源消耗速度加快，現(xiàn)有化石能源已經(jīng)無法滿足社會快速發(fā)展的需求。能源問題和環(huán)境保護(hù)問題作為社會發(fā)展建設(shè)過程中極為重要的一個(gè)問題，在可持續(xù)發(fā)展理念下，做好能源保護(hù)工作和環(huán)境保護(hù)工作極為重要。因此，研究熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐節(jié)能降耗問題，減少熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐能源損耗，對企業(yè)發(fā)展和社會發(fā)展都具有重要意義。

本文在工廠熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐原有給水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過改變鍋爐給水運(yùn)行工況，滿足鍋爐給水壓力的條件下，通過切割1#電動給水泵和4#電動給水泵葉輪以及增加1 臺汽動給水泵的改造方案來達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1 切割電動給水泵葉輪

切割葉輪是解決離心泵揚(yáng)程高、流量大等問題的常用措施，根據(jù)離心泵葉輪切割原理可以推倒出離心泵葉輪流量、揚(yáng)程與葉輪直徑之間的關(guān)系：

由式（1）、式（2）可以得出給水泵功率與葉輪直徑之間的關(guān)系：

式其中：Q、Q1分別為給水泵切割前后的流量；H、H1分別為給水泵切割前后的揚(yáng)程；D、D1分別為給水泵切割前后的葉輪直徑；P、P1分別為給水泵切割前后的功率[2]。

通過對給水泵葉輪進(jìn)行切割處理，減小給水泵葉輪直徑，可以降低給水泵點(diǎn)擊處理損耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。

2.2 增加調(diào)速汽動給水泵

電動給水泵電能轉(zhuǎn)換過程為煤→化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能，該能量轉(zhuǎn)換過程中需要經(jīng)過5 個(gè)環(huán)節(jié)，能量損失較大。而汽動給水泵主要所需熱能直接由煤炭燃燒轉(zhuǎn)換為蒸汽，汽輪機(jī)做功后可以直接將蒸汽抽入給水泵中，實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，能源利用效率高。

此外，經(jīng)過改造后汽動給水泵與電動給水泵為并列運(yùn)行方式，通過減少電動給水泵運(yùn)行數(shù)量，達(dá)到節(jié)約電能的目的[3]。

3 改造結(jié)果分析

為驗(yàn)證熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐節(jié)能降耗改造方案的有效性，基于實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對改造前后的熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐運(yùn)行情況進(jìn)行了總結(jié)，并分析了改造前后經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。在開展試驗(yàn)過程中需要保證兩臺改造電動機(jī)水泵均可以正常運(yùn)行，確保試驗(yàn)前后熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐供水量保持一致。

3.1 改造后節(jié)電效果

改造后運(yùn)行參數(shù)見表3 和表4。

表3 汽動給水泵運(yùn)行參數(shù)

表4 電動給水泵運(yùn)行參數(shù)

從熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水系統(tǒng)改造后運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表中可以看出，當(dāng)熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水流量為950 t/h 左右時(shí)，1#電動給水泵電流由137.4 A 下降至134.6 A，1#電動給水泵電流下降幅度較低的原因?yàn)榻o水泵現(xiàn)場管道布置不合理，導(dǎo)致給水分布均勻。不利于1#給水泵出力；4#電動給水泵電流由168.9 A 下降至135.5 A。2#電動給水泵改造為汽動給水泵后，給水泵母管壓力由16.8 MPa 下降至15.7 MPa。由此可見，熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水系統(tǒng)改造可以達(dá)到降低熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐電能和給水壓力的目的[4]。

3.2 更換汽輪發(fā)電機(jī)后增加燃料成本

從表2 可知，汽輪機(jī)入口蒸汽焓值H1=3203.8 kJ/kg，出口蒸汽焓值為H2=2930.2 kJ/kg。利用換熱公式Q=qΔH（q 為蒸汽流量；ΔH 為進(jìn)出口焓值差）計(jì)算得出汽輪機(jī)所需熱量Q=q（H1-H2）=9 904 320 kJ/h。將汽輪機(jī)每小時(shí)消耗熱量折算為標(biāo)準(zhǔn)用煤量T=Q/29 307.6÷1000=0.338 t/h，折算為原來用煤量T1=T/0.714 3=0.473 t/h。按照1132 元/噸原煤采購成本，可以計(jì)算出經(jīng)過改造后煤炭每日用煤量成本增加量約為12 853.5元[6]。

3.3 改造后節(jié)約成本

經(jīng)過替換汽輪機(jī)和切割葉輪改造后，根據(jù)每天節(jié)約用電成本和每天增加燃料成本，按照每天330 d 運(yùn)行天數(shù)計(jì)算出經(jīng)過改造后的熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐節(jié)約成本約986 萬元，由此可見提出熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐改造方案，在節(jié)約降耗和提高經(jīng)濟(jì)效益方面具有良好的效益[7]。

通過對熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用增加1 臺汽動給水泵和切割電動給水泵葉輪兩種方案，實(shí)現(xiàn)了降低熱電聯(lián)產(chǎn)給水泵運(yùn)行電能損耗的目的，同時(shí)也節(jié)約了熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐運(yùn)行成本。在未對熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐進(jìn)行改造前，鍋爐需要由3臺給水泵同時(shí)供水，經(jīng)過改造后采用2 臺電動機(jī)水泵和1 臺汽動給水泵的運(yùn)行方式，不僅減少了電動給水泵運(yùn)行數(shù)量，而且節(jié)約了電能消耗。通過對電動機(jī)水泵葉輪進(jìn)行切割處理，降低了電動給水泵電流，達(dá)到了降低給水泵耗電量的目的。在降低給水泵供水壓力后，減弱了水壓對管道的沖刷，不僅降低了調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，而且也延長了熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐機(jī)組使用壽命[8]。將電動給水泵替換為汽動給水泵后，雖然增加了用煤量，但降低了熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐電量損耗，從整體來看降低了能源消耗量，每年節(jié)約成本可以達(dá)到986 萬元，節(jié)約成本效果顯著，由此可見，本文提出的熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐給水系統(tǒng)改造方案具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）將電動給水泵更換為汽動給水泵，采用2 臺電動給水泵+1 臺汽動給水泵運(yùn)行模式，可以降低熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐電能消耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2）通過對電動給水系統(tǒng)葉輪進(jìn)行切割處理后，降低了電動給水泵運(yùn)行電量，減少了電量損耗。

（3）提出熱電鍋爐給水系統(tǒng)改造方案，節(jié)電量為2 919 kW·h/d，每年節(jié)約總成本為986 萬元。