張耿瑞

摘 要：在資源匱乏以及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重化的局勢(shì)中，國內(nèi)眾多行業(yè)將節(jié)能工作重點(diǎn)設(shè)置為加大對(duì)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電推行力度，借此途徑達(dá)到最大限度提升熱能利用效率，發(fā)電與供熱兩項(xiàng)內(nèi)容同步運(yùn)行等多重目標(biāo)，在背壓式汽輪機(jī)的協(xié)助下，所取得的成果是極為可觀的。文章在對(duì)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電特征與在熱電廠具體應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行解析，希望與業(yè)內(nèi)人士一起分享經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：背壓式汽輪機(jī)；汽輪機(jī)發(fā)電；供熱；經(jīng)濟(jì)性分析

中圖分類號(hào)：TK269.+3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0174-02

節(jié)能減排已經(jīng)演變成時(shí)代發(fā)展的主題，可以被視為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中緩解能源壓力的有效辦法之一。但是現(xiàn)階段國內(nèi)工業(yè)企業(yè)能源損耗量處于逐年上漲的態(tài)勢(shì)中，不規(guī)范應(yīng)用的現(xiàn)象屢見不鮮。小型背壓式汽輪機(jī)在高能耗企業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的應(yīng)用，在壓縮能源消耗量方面發(fā)揮的作用是極為顯著的。

1 小型背壓式汽輪機(jī)的主要特征

當(dāng)下， 國內(nèi)眾多化工行業(yè)采用汽用熱設(shè)備，通常情況下其所需的蒸氣壓力數(shù)值處于較低水平上，只有1～4千克力/厘米2就足矣了；但是鍋爐規(guī)劃的壓力大多數(shù)大于8千克力/厘米2，通常需節(jié)流降壓。蒸氣經(jīng)由節(jié)流程度以后，能夠在一定壓力下可用來作功的焓處于降低的態(tài)勢(shì)中，這不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本的目標(biāo)，缺失的部分被叫做節(jié)流損失[1]。若將鍋爐的壓力提升至13～25千克力/厘米2，汽溫提高至350～400℃，同時(shí)另設(shè)一套背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，蒸氣流經(jīng)由汽輪機(jī)一是能夠?qū)崿F(xiàn)降溫降壓的目的，二是協(xié)助輕紡企業(yè)獲得價(jià)格相對(duì)合理的電力資源。

背壓式機(jī)組，每發(fā)一度電產(chǎn)出時(shí)熱能消耗大概12000千卡，發(fā)電成本每度大約0.02元，低于普通凝汽式電站的成本。這主要是因?yàn)槟綑C(jī)組的冷源損失量較大，通常情況下發(fā)電廠的熱循環(huán)效率不足50%。

2 小功率背壓式汽輪機(jī)在熱電廠的應(yīng)用

2.1 充分利用鍋爐新蒸汽的能量

一是在鍋爐產(chǎn)汽量高于熱負(fù)荷的情景中。鍋爐的規(guī)劃容量通常為汽輪機(jī)額定進(jìn)汽量的1.1～1.2倍，尤其是在夏季等供熱量相對(duì)較低的情況下，鍋爐產(chǎn)量有很大部分富余蒸汽沒有被有效應(yīng)用。

二是熱負(fù)荷增加但是應(yīng)用減溫減壓器的局勢(shì)中。熱電廠若處于供熱負(fù)荷加大，但是汽機(jī)無法符合供汽標(biāo)準(zhǔn)的，那么就有必要采用減溫減壓器將鍋爐產(chǎn)汽由4.0MPa，400℃或更高參數(shù)的蒸汽減溫減壓去補(bǔ)充供熱量。

采用鍋爐剩余蒸汽，或作為補(bǔ)充供熱角色的鍋爐新蒸汽驅(qū)動(dòng)小型背壓式汽輪機(jī)，運(yùn)行后的蒸汽作為汽機(jī)外供汽主要構(gòu)成充分之一。在小汽機(jī)的協(xié)助下，抽汽機(jī)組的抽汽量有顯著減少。若小型背壓式汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力為3.5MPa，溫度為450℃時(shí)，進(jìn)汽量約為7t/h；若其排汽壓力為0.98MPa，溫度為330℃時(shí)，額定功率為250kW。

2.2 利用除氧器加熱蒸汽的可用能驅(qū)動(dòng)給水泵

小型熱電廠通常應(yīng)用如圖1的熱力系統(tǒng)。電站鍋爐多數(shù)會(huì)應(yīng)用熱力除氧的方式，進(jìn)行給水除氧耗損的蒸汽多數(shù)源于低壓熱網(wǎng)。在給水流量較大、溫度偏低的情況下，蒸汽耗損現(xiàn)象嚴(yán)重化。但是一般情況下熱電廠低壓蒸汽源于背壓汽輪機(jī)的排汽或抽汽凝汽汽輪機(jī)的抽汽[2]。上述途徑獲得蒸汽的溫度相對(duì)較高，因?yàn)閭鳠釡夭钶^大，所以蒸汽可用能損耗量較為嚴(yán)重，致使能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重化。

在上述情景中，可以借用熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)，把熱電企業(yè)冗余的蒸汽或低壓熱網(wǎng)的蒸汽轉(zhuǎn)變成機(jī)械功，此時(shí)驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵或引風(fēng)機(jī)，做功后的蒸汽用在鍋爐給水除氧方面上，此時(shí)電廠能源消耗量處于極低水平上，這部分熱能可以加大換取驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵、風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)節(jié)省的電能，這樣熱電廠自體能耗量大幅度降低，電負(fù)荷輸出量隨之增加，熱電廠經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益均有不同程度的提升。

除氧器采用104℃水溫的大氣式除氧，此時(shí)加熱蒸汽參數(shù)為0.15MPa～0.2MPa，溫度達(dá)到120℃就能滿足運(yùn)行條件。但是在對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃之時(shí)通常因?yàn)槿狈m宜的汽源，就采用抽汽機(jī)組的二級(jí)抽汽供給，一旦外網(wǎng)供熱量較大，除氧器耗汽量就會(huì)增加，也就是說二級(jí)抽汽壓力相對(duì)較低，無法符合除氧的標(biāo)準(zhǔn)，只好經(jīng)由工業(yè)抽汽（如 0.98MPa，300℃）經(jīng)減溫減壓獲取，在上述過程中蒸汽的可用能大大折扣，能源利用率大幅度降低。

若工業(yè)抽汽先采用小型背壓機(jī)作功，發(fā)電或直接驅(qū)動(dòng)給水泵的方法，那么經(jīng)規(guī)劃的排汽參數(shù)就能夠順利達(dá)到除氧器要求的蒸汽參數(shù)，排汽供氧器在加熱方面實(shí)用價(jià)值充分體現(xiàn)出來，能夠獲得占裝機(jī)容量3%以上的動(dòng)能，這類能量能夠以電能的形式供給外網(wǎng)或直接作為動(dòng)力被應(yīng)用。

從機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性的角度分析，應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)帶動(dòng)給水泵可以有效規(guī)避廠用電中斷給鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)造成的隱患，機(jī)組可以借用鍋爐余汽無障礙運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。在安穩(wěn)性方面，大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之時(shí)流經(jīng)的電流較大，并且在運(yùn)轉(zhuǎn)與停運(yùn)之時(shí)，致使廠用電的符合變化幅度較大，若電機(jī)或系統(tǒng)存有故障，就會(huì)有危險(xiǎn)事故衍生，對(duì)廠用電系統(tǒng)運(yùn)行造成極大的負(fù)面影響，故此積極采用汽輪機(jī)拖動(dòng)給水泵，運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性均處于較高水平上。

2.3 應(yīng)用供熱系統(tǒng)的加熱蒸汽壓差做功

小型熱電廠的供熱系統(tǒng)多數(shù)把 0.98MPa，300℃的汽輪機(jī)工業(yè)抽汽或背壓機(jī)的排汽用在換熱管網(wǎng)中的換熱器，加熱作為熱媒的水，有大約75℃水流生成，輸送至，熱網(wǎng)用戶，但是換熱器所需加熱蒸汽的壓力低于0.1MPa，由此可見供熱進(jìn)程中存在大量的蒸汽有用能損耗的現(xiàn)象。

在這樣的情景中，若在確保供熱要求的條件下先在工業(yè)抽汽安設(shè)一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，把它排汽用在加熱熱網(wǎng)換熱器，就可以有效應(yīng)用蒸汽的可用能，生成額外的電能，協(xié)助電廠獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

3 背壓式汽輪機(jī)的熱電負(fù)荷平衡

所謂的熱電負(fù)荷平衡，實(shí)質(zhì)上就是應(yīng)用背壓機(jī)組的一個(gè)最關(guān)鍵的問題。有人士主觀認(rèn)為只需汽與電的企業(yè)都可以運(yùn)作一套背壓機(jī)組，因?yàn)榈胤诫娋W(wǎng)電價(jià)相對(duì)較高，背壓機(jī)組發(fā)電成本較低的緣故。總結(jié)長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)用背壓機(jī)組的企業(yè)務(wù)必具有以下兩類條件：一是耗汽與耗電同步進(jìn)行；二是汽、電負(fù)荷相對(duì)均衡化，并且變動(dòng)幅度較小[4]。在小型背壓機(jī)組發(fā)電進(jìn)程中，應(yīng)該正確理解平衡與平穩(wěn)的內(nèi)涵，平衡可以被視為一個(gè)經(jīng)濟(jì)性問題，平穩(wěn)則被理解為一個(gè)波動(dòng)性問題。眾所周知，背壓式汽輪機(jī)是在高溫、高壓、高速環(huán)境下運(yùn)行的，若數(shù)次啟動(dòng)機(jī)組，那么在溫差變化幅度較大的情況下，背壓式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、汽封、軸瓦等構(gòu)件磨損的可能性均會(huì)有不同程度的增加，并且在頻繁性的啟停環(huán)節(jié)中，操作事故出現(xiàn)率也上升，對(duì)個(gè)體生命安全性構(gòu)成威脅。

若背壓機(jī)組熱電負(fù)荷平衡性缺乏，那么機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效能就會(huì)被埋沒，為了處理背壓機(jī)組熱電負(fù)荷不平衡的問題，可以采用以下幾種措施：

（1）面對(duì)工業(yè)布設(shè)合理性缺乏，用熱單位零散化的情況，科學(xué)分配熱能就非常困難，再加上地方電網(wǎng)規(guī)模較小，電壓穩(wěn)定性缺乏，并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)難度較大以及，弧網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電負(fù)荷又無法伴隨熱負(fù)荷整改的區(qū)段或單位，最好不要采用背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。（2）若地方電網(wǎng)運(yùn)行安穩(wěn)，背壓機(jī)組最好和電網(wǎng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，那么機(jī)組可以參照本企業(yè)的熱負(fù)荷曲線運(yùn)轉(zhuǎn)，由電網(wǎng)承擔(dān)電負(fù)荷量的整改任務(wù)。（3）構(gòu)建熱電站，推行集中式供熱模式。在應(yīng)用背壓機(jī)組的過程中，適度增設(shè)一定容量的凝汽式機(jī)組；背壓機(jī)組參照熱負(fù)荷曲線運(yùn)作，凝汽機(jī)組充當(dāng)調(diào)整電負(fù)荷的角色。（4）嚴(yán)格編制本企業(yè)的熱負(fù)荷曲線圖樣，全面貫徹落實(shí)以蒸汽量設(shè)定電能的規(guī)劃。

4 結(jié)束語

綜合全文論述的內(nèi)容，對(duì)小型背壓式汽輪機(jī)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性有更為全面的認(rèn)識(shí)，在熱電廠中具體是在充分利用鍋爐新蒸汽的能量、利用除氧器加熱蒸汽的可用能驅(qū)動(dòng)給水泵、應(yīng)用供熱系統(tǒng)的加熱蒸汽壓差做功三方面體現(xiàn)出來的。當(dāng)下國內(nèi)小型凝汽機(jī)組每度電耗煤大于1500克，大型凝汽機(jī)組也高于700克。由此可見其在節(jié)能方面體現(xiàn)出一定應(yīng)用價(jià)值，在輕工業(yè)中將會(huì)獲得更大的發(fā)展空間。在條件允許的情況下，背壓機(jī)組也會(huì)普及應(yīng)用。

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