基于灰色關聯度的抽凝機節能改造方案經濟性分析

摘要：針對某熱電廠目前在運行的抽凝機組，擬通過實施節能改造來提升經濟效益。首先分析該熱電廠現有裝機及未來熱負荷增長的需求，列舉三種可選改造方案；其次，在可選方案的基礎上，進行詳細的技術參數對比；最后，通過灰色關聯度分析理論，對三種改造方案進行了經濟性分析。

關鍵詞：抽凝機；節能改造；灰色關聯度；經濟性分析

中圖分類號：TK242" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）17-0070-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.17.017

0" " 引言

（抽）背壓式機組由于沒有冷源損失、供熱效益好、節能環保及折算后的發電煤耗低等優點，在熱電聯產的企業中得到了越來越多的運用[1]。抽凝機組雖調節靈活，但是存在冷源損失、發電煤耗高等缺點，政策上已經不再允許新上抽凝機組，但在某些運行時間較久的熱電廠，仍有部分抽凝機組在運行的情況。受近兩年煤價飆升的影響，抽凝機組運行經濟性差的劣勢愈加凸顯，甚至出現了虧本發電的情況，為響應國家“碳達峰、碳中和”政策，抽凝機組節能改造勢在必行。

由于不同熱電廠供熱改造周期、資金投入等實際情況不一樣，抽凝機節能改造的評價方法不同，則選擇的改造方式也不盡相同。文獻[2]采用最優動態規劃法的數學模型，以工程年總費用最小為目標函數，以確定的供熱負荷為實例優化選取裝機方案；文獻[3]把基于空間概念的灰色關聯分析方法同供熱機組方案優選相結合，為裝機方案的優選提供了一種科學有效的方法。目前，抽凝機節能改造方案主要有：利舊原汽輪機本體刪減部分葉片[4]、利舊原汽輪機汽缸更換通流[5]、拆除原抽凝機新上背壓機組[6-8]。本文通過分析某熱電廠現有裝機及未來熱負荷增長的需求，列舉了三種改造方案，并進行詳細的技術參數對比；基于灰色關聯度分析理論，對三種改造方案進行了經濟性分析。

1" " 改造需求

某熱電廠現有三臺機組，#1機組CB15.8-8.83/2.55/0.98，#2機組CC25-8.83/2.55/0.98，#3機組B15-8.83/0.98。其中，B15-8.83/0.98在運行，CC25機組停運，CB15.8在運行（在原另一臺CC25-8.83/2.55/0.98機組基礎上經過拆除葉片改造而來），各機組額定進汽量、抽汽量（對外供熱量）、排汽量（對外供熱量）如表1所示。

目前，由于煤價高企以及發電煤耗限制，#2機組CC25抽凝機目前處于停運狀態。根據初步調研情況，預計2024年2.55 MPa.a等級熱負荷將要增加60 t/h，0.98 MPa.a等級熱負荷將要增加80 t/h。該熱電廠迫切需要進行節能技改，來滿足熱用戶的用汽需求，同時增加電廠的經濟效益。

2" " 抽凝機節能改造方案

抽凝機節能改造主要方法有利舊原汽輪機本體刪減部分葉片、利舊原汽輪機前汽缸更換整個通流及排汽缸、拆除原抽凝機組新上背壓機組。

利用原汽輪機本體刪減部分葉片改造（圖1），按照所需排汽壓力在適當位置增加盲板及軸封隔熱擋板（使蒸汽不進入汽缸后部及排汽缸），并增加配重輪防止臨界轉速靠近額定轉速，該熱電廠已經有此類改造經驗。這種改造方案，改造工作量小（無須改動原基礎）、投資小、周期短，根據多個熱電廠實際的改造經驗，改造后汽輪機內效率差（無法通過增加葉片級數提高效率）、漏汽量大，轉子對外界干擾變得敏感，導致振動大、運行不穩定。

利舊原汽輪機前汽缸更換整個通流及排汽缸，拆除原冷凝排汽缸，重新進行汽輪機通流設計，增加背壓排汽缸，如圖2所示。這種改造方案，改造工作量稍大（需要改造部分基礎）、投資較小、周期較短，改造后汽輪機內效率不高，運行不穩定。

拆除原抽凝機組新上背壓機組，如圖3所示，改造工作量大（需要改造部分基礎）、投資大、周期相對長，根據多個熱電廠實際的改造經驗，改造后汽輪機內效率高、運行可靠穩定，經濟效益顯著。

3" " 抽凝機三種改造方案經濟性分析比對

根據前面所述的利舊原汽輪機本體刪減部分葉片、利舊原汽輪機前汽缸更換整個通流及排汽缸、拆除原抽凝機組新上背壓機組三種改造方案，改造為抽背機組后的技術參數對比如表2所示，三種改造方案的年收益對比如表3所示，三種改造方案投資回收期對比如表4所示。

4" " 灰色關聯度理論及分析步驟

灰色關聯分析[9]的基本思想是根據序列曲線的幾何形狀的相似程度來判斷其聯系是否緊密。曲線越接近，相應序列之間的關聯度就越大，反之就越小。灰色關聯分析有兩個應用：一是可以用來進行系統分析，分析每個因素對結果的影響程度；二是用來解決隨時間變化的綜合評價類問題。其分析的基本步驟如下：

1）確定分析數列。確定反映系統行為特征的參考數列和影響系統行為的比較數列。反映系統行為特征的數據序列，稱為參考數列；影響系統行為的因素組成的數據序列，稱為比較數列。

2）對變量進行無量綱化預處理。由于系統中各因素列中的數據可能因量綱不同，不便于比較或在比較時難以得到正確的結論，因此在進行灰色關聯度分析時，一般都要進行數據的無量綱化處理。處理方法：

3）計算子序列中各個指標與母序列的關聯系數。

4）計算灰色關聯度。

5）關聯度排序。因素間的關聯程度，主要是用關聯度的大小次序描述，而不僅是關聯度的大小。通過大小次序的比較，得出子序列對母序列關聯度的大小，即影響力度。

5" " 基于灰色關聯度的三種改造方案經濟性分析

6" " 結論

經濟效益是企業賴以生存的基礎，小型抽凝機供熱存在能耗高、效率低、供熱效益差等缺點，在目前高煤價的市場形勢下，不管是考慮政策還是企業經營要求，對抽凝機進行節能改造都刻不容緩。

本文根據某熱電廠的現有裝機方案以及未來熱負荷增長情況，分析抽凝機改造為背壓機的實際需求；列舉了三種可選的改造方案，并進行了詳細的技術參數分析對比；再通過灰色關聯度分析理論進行了經濟性分析，得到以下結論：為獲得更大的經濟效益，需要投入更多的改造資金以及更長的改造周期。

[參考文獻]

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[2] 楊玉恒，徐壽臣.熱電廠裝機方案優化決策方法的研究[J].東北電力學院學報，1997，17（2）：52-59.

[3] 乞建勛，王斌，牛東曉.基于空間概念的灰色關聯分析及電建方案優選研究[J].華北電力大學學報（自然科學版），2007，34（1）：94-97.

[4] 劉屹，邱瑞章，王明家，等.抽凝式、凝汽式汽輪機改為背壓機的優勢——一種新型的背壓機、有低壓回熱加熱補水[C]//第十六屆鄂、皖、冀、蘇四省電機工程學會汽輪機技術研討會（江蘇分冊）論文集，2013：22-26.

[5] 李鯤.某小型電廠抽凝機改背壓機設計要點及對策[J].機械工程師，2020（9）：112-113.

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[7] 虞小明，陳國宏.熱電企業抽凝機改背壓機綜論[C]//第五屆海峽兩岸熱電聯產、汽電共生學術交流會論文集，2008：389-391.

[8] 黃忠和.某自備熱電廠抽凝改背壓機組技術方案及經濟性分析[J].自動化應用，2021（4）：174-176.

[9] 鄧聚龍.灰理論基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2022.

收稿日期：2024-05-15

作者簡介：楊寶童（1978—），男，浙江杭州人，工程師，主要從事汽輪機工程及技術支持方面的工作。