熱電聯產汽輪機在熱電廠中的節能應用

胡曉華　王恒　馮志翔

摘 要：汽輪機一般應用于發電廠熱電聯產工藝生產過程中，適用于核電生產、油藏化工、冶金制造、造紙生產等制造生產行業中。而熱電聯產中我國主要以火力發電為主，并強調遵行“上大壓小”發電機組應用政策，即在發電原動機組中利用高參數、低能耗、大容量、減排放的汽輪機，通過關停或對小容量汽輪機予以限停等方式來鼓勵熱電企業推動這一產業政策有效執行，達到促進抽氣式、背壓式等汽輪機技術工藝不斷發展的目的。

關鍵詞：熱電聯產；汽輪機；背壓式；抽氣式；節能

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A

我國進入當前新世紀市場經濟發展階段以來，全球經濟增長發展迅猛，各行業競爭要求日趨激烈，產業能源供需環境發生重要變革，即能源供需和經濟增長的矛盾問題越發明顯。處于該嚴峻形勢下，我國于世紀之交2000年初聯合國家計委、經貿委、環保總局、建設部共同制定并落實了熱電聯產有關規定，從而才能在保持電力穩定供需的前提下，達到控制減排、節能降耗、改善大氣污染等的環境、經濟協調發展這一目的，使國家國計民生下的基礎設施建設水平不斷提高。因此，熱電聯產行業中對發電機組汽輪機節能應用研究就顯得十分必要。

一、熱電聯產的主要優勢體現

（一）節約燃料

熱電聯產工藝的執行，可以高效控制或降低熱量在冷源中的流失與效益損失，將這些損失的能量有效供給千家萬戶中，達到效率化的大型鍋爐替代原有效率供熱較低的小鍋爐進行供熱這一目的。也就是說，小型鍋爐完成采暖供熱作業，不僅運作效率相比低下，緊能維持發揮出50%～60%運行效率，同時其也會對生態建設及大氣環境造成嚴重污染。而熱電聯查工藝推廣卻能達到75%～90%的鍋爐運行效率，從而實現了效率化采暖供熱；此外，規模相比較大的發電廠其一般熱效率僅能維持在40%左右，而熱電聯產工藝應用推廣以后，其全廠熱電效率均高于45%，顯然其經濟節能效益是顯而易見的。

（二）省時增效

熱電聯產主要通過集中供熱的生產方式，并配套熱電聯產下發電機組的汽輪機等設施應用，起到加強熱電廠盡快全面實現機械化與自動化的這一作用。基于此，由于供熱設施的自動化程度較高，有力改善了基層生產勞作條件，從而減輕了作業負荷強度，實現了省時增效、控制運行成本這一目的。

（三）減輕污染能耗

熱電廠一般都建于城市郊區，或者城市相對偏遠地段，以避免對城市生活、生產造成不良環境及效益影響。而熱電聯產政策及工藝技術的運用，可達到有效控制分散鍋爐、控制煤場生產環境的目的，從而使得環境污染在一定程度上達到了有效改善，并有效減輕了城建運煤工作勞動負荷。

二、汽輪機的應用領域

抽氣式和背壓式汽輪機主要應用生產制造行業，多數以化工油藏、生產發電、冶金生產、造紙加工等相關行業應用為主。而熱電聯產中主要強調的是通過大容量、高參數的火力發電設施，包括背壓式汽輪機、凝汽式汽輪機等的應用，從而達到逐漸改善傳統發電機組利用水泵、油泵、風機進行作業的生產局面。一般而言，背壓式汽輪機在熱電聯產工藝生產中非常實用，即主要針對于驅動鍋爐水泵、風機、球磨機等進行高效驅動，完成高效循環蒸汽水供熱運行，特別是在純粹以背壓式汽輪機為主的電廠中，其節能效果顯著。當然，在高抽氣壓力參數的冷凝式電廠中應用其也具備較高節能效果。即這類電廠中主要利用較高抽氣壓力來驅動汽輪機生產，從而憑借排汽作用發揮對鍋爐實現水加熱的供給作用，工業生產具備一定節能降耗特性。

三、汽輪機在發電廠熱電聯產中的節能經濟性比較

當前采取供熱或電廠熱電聯產中，主要的汽輪機生產方式多以背壓式、調節氣壓式、以及兩者共用形式為主。電廠中發電機組中利用汽輪機發電，既能利用其排汽作用達到采暖供熱的主要效用，同時又能達到發電聯產的能源生產作用。這種聯產效用發揮往往節能性良好，即這種方式雖然沒有冷源循環供電、發熱生產運行效率高，生產具有一定制約性、局限性，但是仍然有不少電廠采用這種熱電聯產作業形式，主要是因為其經濟節能效果相對良好。在運用背壓式生產機組時，發電供熱單位則要考慮熱負荷是否具有穩定性，從而才能達到供熱生產的“三聯供”生產目的，即冬季來臨時主要強調集中持續供熱，春秋季度來臨時主要強調熱水排汽，夏季時主要通過溴化鋰工藝技術達到制冷生產目的，進而才能保證機組工作的熱負荷穩定性，提高機組設施的經濟節能特性。例如，某熱電廠機組型號為B6—4.9/475/0.98，在2011年4月28日供熱38t/h，且其供熱壓力達到0.90MPa，溫度參數為250℃，消耗標煤為5.23t/h，發電量為2800kW·h，鍋爐效率為0.88，管道效率為0.98，同時其管網熱損失率為0.05，具體指標則如下公式所示：

Qtp=Btp×Qnet （1）

其中，公式中Qtp屬于熱電廠中的總熱能耗量，單位為kJ/h；Btp屬于熱電廠中總燃消耗量，單位為t/h；Qnet 屬于燃料低位發熱量，為23310kJ/kg。

此外，由于消耗標煤即熱電廠總燃料消耗為5.23t/h，因此經計算Qtp= 153841300kJ/h。

同時，按照供熱熱耗量公式

Qtp，h=Qh/ηbηp （2）

結合ηb已經提供的鍋爐效率0.88，以及管道效率ηp0.98，此外該熱電廠實際供給熱量為114236780kJ/h，套用公式則可得Qtp，h（供熱熱耗量）為129813240.85kJ/h。

因此，分配給發電所用的熱耗量

Qtp，e=Qtp-Qtp，h （3）

即Qtp=153841300kJ/h與Qtp，h=129813240.85kJ/h相減所得Qtp，e=24028059.15kJ/h。基于此，該廠發電方面熱效率ηtp，e=44.25%，供熱相關熱效率ηtp，h=83.21%。

而采用常見的調節式抽油機組，依據該廠提供2009年3月下旬提供的數據標煤為11.28t/h，且發電量為10785kW·h；以及汽輪機抽氣為72t/h；供熱能達到60t/h；包括抽氣壓力0.90MPa；溫度參數250℃；鍋爐效率與管道效率分別為0.88和0.98，具體應用上述所列公式可得Qtp=328772800kJ/h；Qtp，e=130425182.33kJ/h；ηtp，e=28.56%；ηtp，h=83.24%。

由此可見，在等同溫度、壓力系數的前提下，供熱方面兩者熱效率幾乎等效一致。不過，發電方面，背壓式機組顯然要比抽凝式汽輪機更為經濟、可靠。特別是在當前社會產業發展大力提倡節能降耗、減排節約的經濟時代下，熱電廠在熱電聯產工藝應用中應能結合大機組容量、地方標煤控制政策等予以合理選用汽輪機，從而在結合實際的情況下切實在熱電聯產中達到經濟、節能的主要目的。

結語

當前全球經濟發展迅猛，能源供需和經濟增長之間存在愈發嚴峻的矛盾對立問題。我國在世紀之交之際雖然完成了和國際市場貿易對接，但隨之接踵而來的油藏資源匱乏、電荒、煤荒等問題嚴重制約了產業經濟發展。因此，熱電廠應用熱電聯產工藝時，就汽輪機應用應能結合生產實際情況，認真、謹慎考慮地方政策，以及現有工藝條件進行深刻研究，以此才能配套選用出合理汽輪機組應用生產中，達到節能減排、經濟適用的主要生產目的。

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