石油企業(yè)熱電廠系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能效果分析

張春生

(吉林油田公司熱電廠,吉林松原138000)

摘要：為了實現(xiàn)石油企業(yè)熱電廠的節(jié)能效果，本文針對供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗兩個主要技術(shù)指標(biāo)的影響因素，提出相對應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化措施。結(jié)果表明：當(dāng)提升鍋爐效率并減小蒸汽輸送過程中熱量損耗能有效降低熱電廠供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗，從而達到節(jié)能效果；當(dāng)降低汽輪機的凝汽發(fā)電的比例，可以降低熱電廠供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗，從而起到降低能耗的作用。

關(guān)鍵詞：石油企業(yè);熱電廠;供熱標(biāo)煤耗;供電標(biāo)煤耗;節(jié)能

中圖分類號：TK11`+2

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-6339 (2015) 05-0460-04

Abstract：In order to realize the energy saving effect of the thermal power plant, In this paper, the influence factors of power supply standard coal consumption and heating standard coal consumption are put forward.The results show that when improving the boiler efficiency and reducing the heat losses in a steam conveying process，thermal power’s plant can effectively reduce the thermal power plant power supply standard coal consumption and heating standard coal consumption. When reducing the proportion of the condenser of the steam turbine power, thermal power plant can reduce power’s supply standard coal consumption and heating standard coal consumption, above of all can which realize the energy saving effect.

收稿日期2015-05-06修訂稿日期2015-06-02

作者簡介：張春生(1971~),男，工程師，研究方向為熱能動力。

Analysis of System Optimization and Energy Saving Effect for Oil Companies and Thermal Power PlantZHANG Chun-sheng

(Songyuan Jilin Oilfield Company Thermal Power Plant,Songyan 138000,China)

Key words：oil companies；thermal power plant；heating standard coal consumption；power supply standard coal consumption；energy saving

目前，我國的石油企業(yè)一般都配有自備熱電廠。熱電廠是一種采用熱和電聯(lián)合供熱和供電的方式，在做功發(fā)電的同時，也對外進行供熱，發(fā)電和供熱都是由供熱式汽輪機做功產(chǎn)生，由于符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的要求，熱電廠越來越受到重視。傳統(tǒng)發(fā)電廠功能單一，耗能較多，且無法實現(xiàn)同時供電和供熱的作用，而熱電廠分級利用不同品位熱能，使用高品位熱能進行發(fā)電，將低品位熱能集中進行供熱，通過這種方式可以降低汽輪機的冷源損耗，從而極大提升了能源利用效率，正因如此，熱電廠具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量等優(yōu)點[1-5]。

雖然熱電廠具有以上優(yōu)點，但是其系統(tǒng)可以進一步優(yōu)化以達到節(jié)能降耗效果，熱電廠中最重要的兩項綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)分別為供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗，通過對它們的研究分析可以進一步實現(xiàn)熱電廠系統(tǒng)優(yōu)化，從而達到節(jié)能目的[6-8]。

1熱電廠概況

本文以某大型石油企業(yè)的自備熱電廠為例，熱力系統(tǒng)如圖1所示。主要包括鍋爐、汽輪機、除氧器、脫鹽水罐、除鹽水泵以及超高壓給水泵等組成。熱電廠工作過程中，供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗是其兩個至關(guān)重要的能耗考核指標(biāo)。

圖1　石油企業(yè)熱電廠熱力系統(tǒng)圖

2供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗的影響因素

2.1　供電標(biāo)煤耗影響因素

通過研究分析發(fā)現(xiàn)，供電標(biāo)煤耗的影響因素主要有總標(biāo)煤耗量、總供熱量、全廠總耗熱量、發(fā)電量和耗電量等5個方面。本文分別從這5個方面對供電標(biāo)煤耗進行分析。

2.1.1　總標(biāo)煤耗量對供電標(biāo)煤耗的影響

當(dāng)全廠的總耗熱量不變時，總標(biāo)煤耗量與鍋爐效率以及官網(wǎng)效率之間成反比。即當(dāng)提高鍋爐效率時，產(chǎn)熱相同，其總標(biāo)煤耗量會隨之減少，供電標(biāo)煤耗隨之降低；而當(dāng)提高管網(wǎng)效率時，鍋爐的總產(chǎn)熱量隨之降低，從而總標(biāo)煤耗量隨之減少，供電標(biāo)煤耗亦會減小，綜上所說，供電標(biāo)煤耗與總標(biāo)煤耗量成正比關(guān)系。

2.1.2　總供熱量對供電標(biāo)煤耗的影響

眾所皆知，熱電廠總供熱量對供電標(biāo)煤耗有著重要的影響。

(1)當(dāng)汽輪機抽汽供熱量增大時，提高供熱比，同時降低發(fā)電廠用電量此時供電標(biāo)煤耗量降低最大，這種情況下汽輪機經(jīng)濟性達到最佳。

(2)隨著減溫減壓器供汽熱量上升，汽輪機抽汽供熱會隨之降低，使供電標(biāo)煤耗隨之增加，即減溫減壓器供汽熱量與供電標(biāo)煤耗之間成正比關(guān)系。

(3)隨著回水熱焓降低或是補水減少而引起總供熱量增加時，一方面，增加供熱比降低了發(fā)電廠用電量使得供電標(biāo)煤耗減少；另一方面，當(dāng)增加了加熱給水溫度的蒸汽時，此時通過加大抽汽發(fā)電，減少了凝汽發(fā)電，進而減少供電標(biāo)煤耗。

2.1.3　全廠總耗熱量對供電標(biāo)煤耗的影響

設(shè)熱電廠總供熱量保持不變，當(dāng)全廠煤耗減少、總耗熱量降低、供熱比升高，供電標(biāo)煤耗因此降低。裝置自耗氣量、汽輪機凝液量及鍋爐給水熱量是影響總耗熱量的主要因素。

(1)汽輪機的凝液量的變化主要通過汽輪機冷源損失的多少來影響供電標(biāo)煤耗。兩者間的關(guān)系如圖2。

(2)根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)提高給水溫度時，理論上其相應(yīng)增加的熱焓等于裝置消耗的相應(yīng)加熱源的熱焓，忽略換熱過程中的能量損耗，此時因給水溫度的上升而引起的熱量差應(yīng)該等于加熱給水的自耗熱量，此消彼長，這兩項引起的正負(fù)差正好抵消，從而對供電標(biāo)煤耗無影響。但是，在汽輪機的運行過程中，通過汽輪機抽氣來預(yù)熱鍋爐給水時，一方面可將鍋爐煤耗降低，增大可有效利用的能量，促使鍋爐損失降低；另一方面能把凝液發(fā)電比例降低，由此降低了汽輪機冷源的損耗，最終使汽輪機循環(huán)效率得以提高，減少了供電標(biāo)煤耗。

圖2　供電標(biāo)煤耗與凝液量的關(guān)系

2.1.4　發(fā)電量對供電標(biāo)煤耗的影響

(1)當(dāng)供汽量一定時，若是由汽輪機抽汽發(fā)電的增加引起發(fā)電量的增加，則此時抽汽發(fā)電對供熱比和煤耗影響不大，從而供電標(biāo)煤耗一定會降低。

(2)當(dāng)供汽量一定時，若是由凝汽發(fā)電引起的發(fā)電量增加，此時從能量利用率的角度分析，即發(fā)電煤耗必然增加。這是因為當(dāng)凝汽發(fā)電時，循環(huán)冷卻水帶走了大約70%的排汽汽化潛熱，即轉(zhuǎn)化為電量的僅僅占到增加的發(fā)電自耗熱量的約30%左右，所以，發(fā)電煤耗的能源利用率決定了其消耗量遠遠大于發(fā)電量的增加量。供熱比會根據(jù)發(fā)電自耗熱量的增加而減小，而發(fā)電廠用電量相反，故而凝汽發(fā)電的增加會加大供電標(biāo)煤耗[9]。

2.1.5　耗電量對供電標(biāo)煤耗的影響

耗電量與供電標(biāo)煤耗之間成正比關(guān)系，即當(dāng)耗電量增加時，供電標(biāo)煤耗會隨之增加，當(dāng)耗電量降低時，供電標(biāo)煤耗會隨之降低。供電標(biāo)煤耗的變化量根據(jù)供熱比的變化而發(fā)生變化，當(dāng)供熱比越來越小時，供電標(biāo)煤耗會增加的越多，反之亦然。

2.2　使供熱標(biāo)煤耗受影響的因素

供熱標(biāo)煤耗=供熱標(biāo)煤耗量/總供熱量=106/(29308×鍋爐效率×管網(wǎng)效率)=34.12/(鍋爐效率×管網(wǎng)效率)[10],29 308 kJ/kg為標(biāo)準(zhǔn)煤熱值。

由上述公式可以看出：供熱標(biāo)煤耗與鍋爐效率以及管網(wǎng)效率有關(guān)，且與它們之間成反比關(guān)系。具體變化曲線如圖3、圖4所示。

圖3　供熱標(biāo)煤耗與鍋爐效率的關(guān)系(管網(wǎng)效率為98%)

如圖3所示，設(shè)定此時管網(wǎng)效率為98%，供熱標(biāo)煤耗與鍋爐效率成線性反比關(guān)系，即隨著鍋爐效率的增加，供熱標(biāo)煤耗越來越小，從圖中可知，當(dāng)鍋爐效率為93%時，供熱標(biāo)煤耗為37.2 kg/GJ左右。

如圖4所示，設(shè)定此時鍋爐效率為91%，供熱標(biāo)煤耗與管網(wǎng)效率成線性反比關(guān)系，即隨著管網(wǎng)效率的增加，供熱標(biāo)煤耗隨之減小，從圖中可知，當(dāng)管網(wǎng)效率為99%時，供熱標(biāo)煤耗為37.8 kg/GJ左右。

3降低供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗的主要措施

根據(jù)上文所述，影響供電標(biāo)煤耗的主要因素為總標(biāo)煤耗量、總供熱量、全廠總耗熱量、發(fā)電量和耗電量等5個方面，而影響供熱標(biāo)煤耗的因素主要為鍋爐效率和管網(wǎng)效率等方面，綜合考慮這些影響因素，本文分別從以下幾個方面對降低供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗采取有效措施。

3.1　提升鍋爐效率

提升鍋爐效率可以減少鍋爐的熱損耗[11]。可以通過以下幾個方面的措施得以實現(xiàn)：

(1)將鍋爐的排煙溫度降低。降低鍋爐的排煙溫度的方法主要有以下兩個：一是加大鍋爐尾部煙氣的換熱面；二是減小鍋爐尾部煙道的煙氣量及降低煙氣溫度。

(2)將鍋爐排渣降到適當(dāng)溫度。

(3)盡量將鍋爐的散熱損失降到最低。

3.2　提升汽輪機循環(huán)總效率

可以采用如下措施來提高汽輪機循環(huán)總效率：

(1)盡量將汽輪機的進氣溫度和進氣壓力保持在設(shè)定值。

(2)將汽輪機的排氣壓力減小。

(3)提高汽輪機的抽汽量，降低汽輪機的凝液量。這樣做是為了將排汽的冷源損耗減少進而提高汽輪機循環(huán)總效率。如圖2，汽輪機凝液量每降低1 t/h，供電標(biāo)煤耗約降低0.65 g/(kW·h)。

3.3　提高鍋爐給水溫度

當(dāng)鍋爐給水溫度每提高10℃時，供電標(biāo)煤耗可降低1 g/(kW·h)，所以可以從提高給水溫度的角度降低供電標(biāo)煤耗，其主要措施有：

(1)提高對蒸汽能量的有效利用率。

(2)提高對高加的投用率。

3.4　減少管網(wǎng)損耗和乏汽損耗

可以通過以下措施來減少管網(wǎng)損耗和乏汽損耗：

(1)做好對管線的保溫管理，將散熱引起的損失降低。

(2)做好疏水的管理，降低由于疏水所造成的損失。

(3)做好管網(wǎng)檢查工作，避免“跑、滴、漏、冒”等問題的出現(xiàn)。

3.5　減小廠的用電率

可以根據(jù)以下措施減小廠的用電率：

(1)加強做好日常節(jié)電管理工作，根據(jù)設(shè)計值來組織生產(chǎn)。

(2)可以采用節(jié)電設(shè)施如電機變頻器等，改造如偏離設(shè)計運行工況的風(fēng)機、水泵等從而減少用電。

4結(jié)論

(1)通過提升鍋爐效率并減小蒸汽輸送過程中熱量損耗能有效降低熱電廠供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗，從而達到節(jié)能效果。

(2)對汽輪機系統(tǒng)進行優(yōu)化，降低汽輪機的凝汽發(fā)電的比例，可以降低熱電廠供電標(biāo)煤耗和供熱標(biāo)煤耗，起到降低能耗的作用。

(3)減少減溫減壓器的供汽、優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)的運行可提高蒸汽能級利用率，進一步提高經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

(4)需要進一步優(yōu)化機組配制來改變熱電廠汽輪機凝液量大、減溫減壓器供氣量大的現(xiàn)狀。

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