朱立照

1.HSRT 發(fā)電機(jī)說明

1.1 機(jī)組銘牌

HSRT 發(fā)電機(jī)銘牌內(nèi)容主要包括機(jī)組型號、發(fā)電量及設(shè)計(jì)等級等，機(jī)組銘牌位于機(jī)組渦輪機(jī)電機(jī)的下方支架處。

1.2 系統(tǒng)原理

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行采用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的熱力學(xué)原理（見圖1）。

圖1 HSRT 發(fā)電機(jī)組循環(huán)示意圖

1）熱源進(jìn)入蒸發(fā)器，加熱工質(zhì)R245fa，使其蒸發(fā)；

2）高壓的熱工質(zhì)蒸汽驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能；

3）從渦輪發(fā)電機(jī)出來的乏汽經(jīng)冷凝器冷卻和凝結(jié)成液態(tài)工質(zhì)；

4）液態(tài)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)泵，增壓后送回蒸發(fā)器，重復(fù)循環(huán)。

1.3 機(jī)組組成

HSRT 發(fā)電機(jī)組主要由渦輪機(jī)、蒸發(fā)式冷凝器、儲液罐、工質(zhì)泵、過熱器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器、PLC 柜、并網(wǎng)柜等組成。（見圖2）

1.3.1 渦輪機(jī)

HSRT 渦輪發(fā)電機(jī)其基本原理是利用噴嘴和葉輪將高溫高壓氣體轉(zhuǎn)化為高速流體，然后再將高速流體的動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸功，最后由機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，渦輪采用特殊材質(zhì)制成，耐腐蝕性好，具有足夠的強(qiáng)度確保高速旋轉(zhuǎn)。渦輪的設(shè)計(jì)及氣動性能計(jì)算均采用國際上最先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計(jì)，使其具有優(yōu)良的流體力學(xué)性能，油潤滑冷卻系統(tǒng)及壓力、溫度、速度監(jiān)控系統(tǒng)均集成在渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)。

圖2 典型HSRT 系列發(fā)電機(jī)組

1.3.2 蒸發(fā)式冷凝器

蒸發(fā)式冷凝器的實(shí)質(zhì)是水冷式冷凝器和冷卻塔組合在一起的換熱設(shè)備，它利用空氣強(qiáng)制流過水膜表面，在水膜表面飽和水蒸汽和濕空氣中水蒸汽分壓差的推動下，依靠水膜蒸發(fā)將工質(zhì)凝結(jié)時釋放的熱量帶走。此外，由于蒸發(fā)式冷凝器是將水冷冷凝器和冷卻塔的換熱溫差合二為一，消除了二者之間的損失，因此該系統(tǒng)與冷卻塔的水冷式冷凝器相比：傳熱效果好，冷凝溫度低，省掉了冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)簡化。

1.3.3 儲液罐

蒸發(fā)式冷凝器將渦輪機(jī)排氣冷凝為液體，然后流入儲液罐。儲液罐的作用是儲存低壓飽和液態(tài)工質(zhì)，使得工況波動時仍有液體供應(yīng)，同時為工質(zhì)泵提供一定的入口壓頭，防止“氣穴”儲液罐配有液位計(jì)。

1.3.4 工質(zhì)泵

工質(zhì)泵將儲液罐中的液態(tài)工質(zhì)輸送至預(yù)熱器。機(jī)組運(yùn)行期間，工質(zhì)泵連續(xù)工作，并隨工況進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)組始終保持最大發(fā)電量狀態(tài)運(yùn)行。

1.3.5 預(yù)熱器

預(yù)熱器為管殼式換熱器，殼程走液態(tài)工質(zhì)，管程走熱源介質(zhì)，預(yù)熱器作用是將液態(tài)工質(zhì)加熱，使其達(dá)到飽和狀態(tài)時進(jìn)入蒸發(fā)器。

預(yù)熱器為壓力容器，其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收均符合《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定。

1.3.6 蒸發(fā)器

蒸發(fā)器為臥式殼管式換熱器，采用傳熱性能優(yōu)良的高效蒸發(fā)管，管束的長度方向由支撐板支撐，液蒸發(fā)器作用是將液態(tài)飽和工質(zhì)加熱使其變?yōu)闅鈶B(tài)飽和工質(zhì)并進(jìn)入過熱器。

蒸發(fā)器為壓力容器，其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收均符合《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定。

1.3.7 過熱器

過熱器為殼管式換熱器，內(nèi)裝有傳熱性能優(yōu)良的高效換熱管，其作用是將氣態(tài)飽和工質(zhì)進(jìn)行加熱，使其變成過熱氣態(tài)，避免進(jìn)入渦輪發(fā)電機(jī)的工質(zhì)中含有液滴。

1.3.8 氣動調(diào)節(jié)閥

機(jī)組進(jìn)氣閥、排氣閥、熱氣旁通閥、水路進(jìn)口閥、水路出口閥、水路旁通閥均選用氣動調(diào)節(jié)閥。

氣動調(diào)節(jié)閥由氣缸帶動閥板動作，實(shí)現(xiàn)快速開停機(jī)、調(diào)節(jié)發(fā)電量等目的，其開啟及關(guān)閉由微電腦控制系統(tǒng)控制。

氣動閥使用干燥、潔凈的高壓氣體作動力，不可含水、雜質(zhì)等。濕空氣進(jìn)入氣缸，會產(chǎn)生腐蝕，使得氣缸漏氣、活塞銹死、氣動閥失效。

1.3.9 油泵

油泵由電動機(jī)驅(qū)動齒輪泵，為系統(tǒng)提供高壓潤滑油。油泵排出油壓穩(wěn)定、脈沖小。油泵出口配備旁通管路，可以調(diào)節(jié)供油壓力。長期停機(jī)，要保證油加熱開啟，油位處于正常范圍內(nèi)，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)前，點(diǎn)動油泵檢測油壓差是否處于正常范圍內(nèi)。

1.3.10 儲油罐

儲油罐的作用是儲存潤滑油，為油泵提供一定入口壓頭，保證油路正常循環(huán)。

1.3.11 PLC 柜

低溫余熱發(fā)電機(jī)組采用微電腦控制系統(tǒng)，確保機(jī)組安全可靠運(yùn)行。并使低溫發(fā)電機(jī)組輸出的電能，其頻率、電壓、輸出功率和功率因數(shù)滿足用戶要求。

PZJ-DK 控制系統(tǒng)可以實(shí)時檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出電能的頻率、輸出功率和功率因數(shù)，通過機(jī)組控制柜和并網(wǎng)柜一起協(xié)作控制相關(guān)設(shè)備，得到符合要求的高質(zhì)量電能。

1.3.12 并網(wǎng)柜

低溫余熱發(fā)電機(jī)組所用并網(wǎng)柜主要用于控制發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)、解列，給發(fā)電機(jī)勵磁，發(fā)電機(jī)電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等參數(shù)的監(jiān)視和保護(hù)。向PLC 柜反饋并網(wǎng)柜運(yùn)行信號、并網(wǎng)柜故障信號、并網(wǎng)柜功率反饋信號，接受PLC 柜發(fā)出的并網(wǎng)柜啟?？刂菩盘?。

2、異步發(fā)電機(jī)工作原理

電機(jī)運(yùn)行時可逆的，異步電機(jī)既可以作電動機(jī)運(yùn)行，又可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

當(dāng)異步電機(jī)定子繞組接到三相交流電源后，三相電流通過定子繞組在氣隙中產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割旋轉(zhuǎn)磁場，在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時，磁場相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，電動機(jī)處于電動狀態(tài)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時，磁場相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向相反，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的感應(yīng)電勢、感應(yīng)電流方向均發(fā)生改變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。要保持轉(zhuǎn)動，就必須由原動機(jī)拖動，輸入機(jī)械功率。電動機(jī)將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?通過電源線向電網(wǎng)輸送能量。

2.1、異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)原理

異步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)極為簡單，只要將轉(zhuǎn)子拖到接近同步轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)向和定子磁場旋轉(zhuǎn)方向一致即可并入電網(wǎng)。

電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)并網(wǎng)發(fā)電時，相對異步發(fā)電機(jī)的容量，電網(wǎng)容量可認(rèn)為無窮大，因此定子繞組的電勢和頻率就自動跟隨電網(wǎng)，異步發(fā)電機(jī)定子繞組的電勢和頻率就取決于電網(wǎng)的電壓和頻率。對比同步發(fā)電機(jī)，異步電機(jī)無需電壓矯正裝置，且不像同步發(fā)電機(jī)需要同電壓同相位的并網(wǎng)投入裝置，也不會因同期問題對電網(wǎng)造成大的沖擊。

電機(jī)向電網(wǎng)輸送有功功率，需要從電網(wǎng)吸收無功功率進(jìn)行勵磁，電機(jī)出線端短路時，電機(jī)失去勵磁，短路電流將很快衰減，不會有一個持續(xù)的短路電流。

2.2、異步發(fā)電機(jī)使用注意事項(xiàng)

2.2.1、相序確認(rèn)

異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前只需保證發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的相序與電網(wǎng)一致，即必須確認(rèn)拖動發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電動機(jī)運(yùn)行時的旋轉(zhuǎn)方向一致，因此并網(wǎng)前，需要在以電動機(jī)形式啟動以確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向。

2.2.2、無功補(bǔ)償

異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時，需從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。數(shù)臺異步發(fā)電機(jī)同時運(yùn)行時，勢必會影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，使電網(wǎng)無功不足。因此，如果工廠中存在數(shù)量較多的異步發(fā)電機(jī)時，需要給電網(wǎng)并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙菀匝a(bǔ)償無功。

3.投資與收益

3.1 節(jié)能項(xiàng)目的預(yù)期年凈發(fā)電量為779.04萬度，預(yù)計(jì)年總發(fā)電效益為 428.47 萬元（電價按0.55 元/度）。預(yù)計(jì)分享期內(nèi)總凈發(fā)電量為 7790.4 萬度。

3.2 投資估算

項(xiàng)目投入估算土建 設(shè)備及安裝工程副產(chǎn)余熱凝液：300t/h—568t/h，105℃—132℃。發(fā)電 工程投資含設(shè)備采購、工程設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等詳細(xì)內(nèi)容見技術(shù)協(xié)議附表2：發(fā)電工程建設(shè)成本。1543.7 萬按最終設(shè)計(jì)方案土建及配套工程管理成本 詳見技術(shù)協(xié)議附表1 258.57 萬資金財務(wù)成本 1543.7 萬年利息8% 475.46 萬設(shè)備10年期運(yùn)營管理成本包括設(shè)備更換、維護(hù)保養(yǎng)、工質(zhì)補(bǔ)充等，詳見技術(shù)協(xié)議附表3 317.6 萬增值稅 詳見技術(shù)協(xié)議附表1 205.67 萬項(xiàng)目投入合計(jì) 約150萬項(xiàng)目投入合計(jì) 約2800 萬

3.3 節(jié)能收益=( 高溫?zé)崴甇RC 發(fā)電機(jī)組發(fā)電總量- 機(jī)組內(nèi)部自耗電量)x 電價

直接效益，設(shè)計(jì)使用壽命為25年，按照預(yù)期壽命20年計(jì)算投資方考慮到實(shí)際工況波動，全年平均發(fā)電量，按設(shè)計(jì)點(diǎn)凈發(fā)電功率的90%計(jì)算，全年運(yùn)行時間按照8000h 計(jì)算，預(yù)計(jì)平均年凈發(fā)電總量：1082kW*90%*8000h=779.04 萬度/年合計(jì)：4284.7 萬元間接收益分享因該項(xiàng)目投資后，（1）節(jié)省了部分空冷器的投資費(fèi)用，約為200 萬元。（2）節(jié)省了空冷器的耗電功率300kW，則節(jié)省電量約為：300kW*8000h=240萬度/年，約132 萬元/年。合計(jì)：1520 萬元10年期內(nèi)凈收益2854.7 萬元后10年的效益5604.7 萬元

3.4 以周期年為期限時，雙方約定節(jié)能項(xiàng)目每周期年運(yùn)行時間為8000 小時。保證各機(jī)組正常負(fù)荷的熱源工況為輸送至機(jī)組邊界范圍內(nèi)熱水參數(shù)，按正常負(fù)荷計(jì)算的凈發(fā)電功率為1082kW（系統(tǒng)自用電功率為287kW），年平均凈發(fā)電功率按照正常負(fù)荷的計(jì)算凈發(fā)電功率的90% 計(jì)算（1082kW*90%=973.8kW）。

4、裝置性能考核前狀況

中鹽安徽紅四方股份有限公司二期項(xiàng)目西區(qū)223C 凝結(jié)水余熱發(fā)電裝置配備3 臺向心式ORC 低溫發(fā)電機(jī)組，機(jī)組于2019年3月7日相繼投用發(fā)電，并于3月22日開始進(jìn)行性能考核驗(yàn)收。對3 臺發(fā)電裝置發(fā)電性能進(jìn)行驗(yàn)收，考核裝置是否達(dá)到驗(yàn)收條件；通過收集和整理相關(guān)數(shù)據(jù)，掌握裝置物料狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行等方面的情況。

4.1 考核內(nèi)容、項(xiàng)目

主要考察3 臺發(fā)電裝置在設(shè)計(jì)工況下，發(fā)電性能以及自耗電情況；

對進(jìn)出發(fā)電機(jī)組的物料參數(shù)進(jìn)行了解，以便后續(xù)工藝處理分析。

4.2 性能考核時間，計(jì)量、檢測方法說明

1、性能考核時間：

2019年3月22日10：00 至2019年3月26日14：20，連續(xù)4 天(100，3 小時)。

2、性能考核方案

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，廠區(qū)提供的熱源溫度為109℃～113℃，平均熱源溫度約111℃；熱源平均流量約310t/h。此工況只能滿足兩臺機(jī)組同時在接近設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行。

3#機(jī)組在驗(yàn)收階段不間斷運(yùn)行超過96小時（已累計(jì)運(yùn)行超過289 小時），1#機(jī)組在驗(yàn)收階段不間斷運(yùn)行超過48 小時（累計(jì)運(yùn)行超過317 小時），2#機(jī)組在驗(yàn)收階段不間斷運(yùn)行超過48 小時（累計(jì)運(yùn)行超過262 小時）。

按照計(jì)劃，1#機(jī)組和2#機(jī)組在驗(yàn)收運(yùn)行期間切換一次，兩臺機(jī)組于3月24日下午14：20 完成切換。

3、計(jì)量方法和要求：

發(fā)電裝置發(fā)電量由高低壓配電柜中的電表計(jì)量后計(jì)算得出。

進(jìn)入發(fā)電裝置的熱水流量由總管上的熱水流量計(jì)測量。

進(jìn)入發(fā)電裝置的熱水進(jìn)水溫參照發(fā)電設(shè)備進(jìn)口溫度。

設(shè)計(jì)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 單位 總設(shè)計(jì)值 單臺設(shè)計(jì)值熱水流量 t/h 436 145.3 熱水進(jìn)口溫度 ℃ 114.4 114.4 發(fā)電功率 kW 1369 456.0 凈發(fā)電功率 kW 1082 360.0

4.3 驗(yàn)收條件工況

驗(yàn)收數(shù)據(jù)不低于以上表格中凈發(fā)電功率的90%。

在裝置考核期間，對發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄，參考表-1。

同時在考核期間，對機(jī)組的總發(fā)電量做了記錄，由高、低壓配電柜中電能表統(tǒng)計(jì)，記錄數(shù)據(jù)如表-2。

表-1

表-2 電能累計(jì)表

4.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每日運(yùn)行情況匯總到以下列表：

表-3 每日運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表

通過表-1及運(yùn)行記錄可以看出：裝置在平均水溫111℃，流量315m3/h 范圍內(nèi)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行且各參數(shù)均在合理范圍之內(nèi)。

測試時間段起始時間 2019年3月22日結(jié)束時間 2019年3月26日蒸汽凝結(jié)水流量（t/h） 306-340進(jìn)口溫度（℃） 108.5-114.7出口溫度（℃） 79.8-83.8起始發(fā)電累計(jì)電量（kWh） 262600結(jié)束發(fā)電累計(jì)電量（kWh） 360000考核期間累計(jì)發(fā)電量（kWh） 97400起始自耗累計(jì)電量（kWh） 69621結(jié)束自耗累計(jì)電量（kWh） 87646考核期間累計(jì)耗電量（kWh） 18025考核期間累計(jì)凈發(fā)電量（kWh） 79375平均發(fā)電功率 （兩臺）（kW） 971平均自耗電功率（兩臺）（kW） 180平均凈發(fā)電功率（兩臺）（kW） 791單臺平均發(fā)電功率（kW） 486單臺平均自耗電功率（kW） 90單臺平均凈發(fā)電功率（kW） 396

4.5 性能考核匯總表

從表-2，表-3統(tǒng)計(jì)的機(jī)組發(fā)電量可計(jì)算得到，機(jī)組的發(fā)電性能如表-4

由表-4可以看出：在現(xiàn)場實(shí)際條件下，單臺機(jī)組運(yùn)行性能滿足設(shè)計(jì)要求。由于熱源流量不足，只能滿足2 臺機(jī)組正常運(yùn)行，導(dǎo)致裝置總發(fā)電量未達(dá)到設(shè)計(jì)總發(fā)電量。

表-4

5.結(jié)論

三臺機(jī)組皆可安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電穩(wěn)定。單臺機(jī)組發(fā)電量在現(xiàn)有運(yùn)行工況下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。后續(xù)調(diào)整熱源溫度和流量完全滿足三臺機(jī)組運(yùn)行，發(fā)電量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)效益可觀。