熱電聯產機組對外供熱系統抽汽方式優化

于俊紅

摘要：文章針對某熱電聯產工程的對外供熱系統抽汽方式的選擇問題，通過對三個抽汽方案的綜合經濟比較，提出該工程最優化的對外供熱抽汽方式：引風機背壓式汽輪機排汽供對外工業用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

關鍵詞：熱電聯產；對外供熱；抽汽方式；引風機；背壓式汽輪機；工業供汽 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK269 文章編號：1009-2374（2016）16-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.017某熱電聯產工程位于電力和供熱需求較大的江蘇省，是2×660MW超超臨界二次再熱機組[31MPa（a）/

600℃/620℃/620℃]。

1 對外供熱系統抽汽方式

本工程對外工業供汽參數為1.5MPa、350℃，每臺機組工業供汽量為156t/h（額定）、312t/h（最大）。根據660MW二次再熱機組熱平衡圖，汽輪機二次再熱冷段和汽輪機四級抽汽作為對外工業供汽的汽源較合適。

引風機擬采用背壓式汽輪機驅動，其背壓排汽可作為對外工業供汽的汽源。經咨詢引風機小機廠，二次再熱熱段的溫度過高，用于引風機小機進汽不經濟；二次再熱冷段壓力和溫度能滿足引風機小機進汽要求，故本工程選擇二次再熱冷段的蒸汽作為引風機背壓式汽輪機的汽源。額定抽汽工況引風機小汽機單臺用汽量約為65t/h，每臺機組引風機用汽量共130t/h。

本工程對外供熱系統抽汽方式有如下方案：

方案一：對外工業供汽的汽源為二次再熱冷段，引風機采用電機驅動。汽輪機二次再熱冷段參數為3.32MPa、442℃，減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽。額定抽汽工況下，二次再熱冷段抽汽為148t/h，另加8t/h減溫水，單臺機組對外供工業蒸汽量共計156t/h。

方案二：對外工業供汽的汽源為四級抽汽，引風機采用電機驅動。汽輪機四級抽汽參數為1.5MPa、500℃，減溫至350℃后對外供工業用汽。額定抽汽工況下，四抽抽汽141t/h，另加15t/h減溫水，單臺機組對外供工業汽量共計156t/h。

方案三：引風機汽驅，汽源為二次再熱冷段，參數約為3.319MPa、442℃。采用背壓式引風機汽輪機，排汽參數為1.5MPa、350℃，排汽至工業用汽系統。額定抽汽工況下，引風機汽輪機背壓排汽130t/h，另外需從二次再熱冷段抽汽24t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽，減溫水量為2t/h，單臺機組對外供工業蒸汽量共計156t/h。

2 經濟效益比較

2.1 初投資比較

相對于電機驅動的引風機系統，汽機驅動引風機系統復雜、設備較多，需增加相應的汽水管道，由于與主汽輪機的熱力系統關系較緊密，對控制系統要求也

較高。

由于引風機的轉速較低，驅動引風機的小汽機轉速較高，汽動引風機需通過齒輪箱減速后與引風機相連，引風機與小汽機之間存在較大的轉速比（一般約為6～7），所配置的減速齒輪箱需同時滿足大功率、高轉速（輸入端）、大速比的要求，為保證性能，目前一般采用進口的、可靠性較高的行星齒輪，成本也相應提高。

當給水泵采用汽輪機驅動時，引風機就成為最大的廠用電用戶，如果采用汽輪機驅動引風機，將大幅度減少電氣高廠變容量、高壓電纜及開關柜的用量，最終達到降低廠用電率、增加上網電量的目的。

上述三個對外供熱系統抽汽方案的初投資比較（按兩臺機組）見表1：

2.2 機組運行經濟性計算

以下技術經濟分析計算的前提條件為：

經濟比較以帶額定工業負荷；機組的發電利用小時數為5500小時；三個方案年發電量（對應發電利用小時數為5500h）相同；鍋爐保證效率為95%；管道效率99%；標準煤價為750元/噸。標桿電價為0.431元/kWh。廠用電率按引風機軸功率6740kW計算，電動驅動時廠用電率為3.44%，汽動驅動時廠用電率為2.63%。三個方案的運行經濟指標對比見表2（按兩臺機組）：

2.3 綜合經濟性比較

2.3.1 動態投資回收期比較。根據三種方案的年增收費用及投資差異的比較，采用動態投資回收法計算投資回收年限，從而分析各方案的經濟性。

投資回收年限：n=log（1+i）{1/[1-ΔU×i/（ΔB×Cc）]}

式中：ΔU為工程投資增加的費用（萬元）；ΔB為節約標煤量（萬噸/年）；Cc為燃料價格（元/噸），本工程標煤價按750元/噸；i為年利率（%），本工程i=5.4%。

計算結果如下（按兩臺機組）：

初投資費用差別：方案二比方案一多5萬元，方案三比方案一多2990萬元。

年增收費用：方案二比方案一少65萬元，方案三比方案一多2311萬元。

經動態投資回收期計算得：方案二相比方案一投資無法回收，方案三相比方案一動態投資回收期為1.38年。

2.3.2 費用現值法比較。采用費用現值法，在經濟運行年限內，將方案二、方案三相對方案一每年節省的費用進行折現，同時與方案二、方案三的初投資相對方案一多投資的費用相減，可測算出各方案的相對收益。公式如下：

相對收益=相對年運行費用節省值×折現系數-初投資相對增加值

折現系數=[（1+i）n-1]/[i×（1+i）n]

式中：i是貸款利率；n是經濟年限。

取i=5.40%，n=20求得20年的折現系數為12.05。

根據前面三種方案的運行費用及投資差異的比較，采用費用現值法將運行費用折算到電廠經濟壽命周期內機組的相對收益比較如下（按兩臺機組）：

初投資相對增加值：方案二比方案一多5萬元，方案三比方案一多2990萬元。

相對年運行費用節省值；方案二比方案一少65萬元，方案三比方案一多2311萬元。

20年總收益：方案二比方案一少-788萬元，方案三比方案一多24858萬元。

2.3.3 綜合經濟性比較結論。通過動態投資回收年限比較和費用現值法比較，方案三均為最優。

方案一：電動機驅動引風機是成熟方案，啟停和運行中調節靈活平穩，可滿足運行中變負荷工況的需要。電氣、熱工控制系統簡單可靠，運行人員操作方便。工業供汽汽源為四抽，汽機熱耗在三個方案中是最低的。但相對于方案三廠用電率明顯增加，供電收益低。

方案二：采用電動機驅動引風機，工業供汽汽源為二次再熱冷段，汽機熱耗比方案一稍高，但用電率明顯增加，在三個方案中收益最低。

方案三：引風機采用背壓式汽輪機驅動，背壓機排汽用于對外供熱，充分利用排汽的汽化潛熱，減少汽輪機冷端損失。雖然初投資增大、汽機熱耗稍高，但廠用電率低，在三個方案中收益最高。

因此，方案三最經濟，方案一次之，方案二最差。本工程推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽供工業用汽。

3 工業用汽可靠性分析

本工程推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽作為對外工業用汽的汽源，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

3.1 2×660MW機組滿負荷運行

3.1.1 工業供汽量為2×156t/h時，引風機汽輪機背壓排汽2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×24t/h減溫

減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽，減溫水量為2×2t/h。

3.1.2 工業供汽量為2×（130～156）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～24）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽，減溫水量為2×（0～2）t/h。

3.1.3 工業供汽量為2×（78～130）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為2×130t/h，多余排汽排至汽輪機四級抽汽。

3.1.4 工業供汽量為2×（0～78）t/h時，引風機電驅，對外工業供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.2 1×660MW機組滿負荷運行，另一臺機故障

3.2.1 工業供汽量為312t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽168t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽，減溫水量為14t/h。

3.2.2 工業供汽量為（130～312）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～168）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業用汽，減溫水量為2×（0～14）t/h。

3.2.3 工業供汽量為2×（78～130）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，多余排汽排至汽輪機四級抽汽。

3.2.4 工業供汽量為2×（0～78）t/h時，引風機電驅，對外工業供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.3 2×660MW機組低負荷運行

根據外部工業熱負荷的具體情況，實時切換引風機備用電機或再熱冷段抽汽減溫減壓器，滿足對外工業供汽需求。

綜上所述，本工程推薦采用方案三，滿足對外工業用汽可靠性要求。

4 結語

通過對外供熱系統抽汽方式綜合經濟性比較得出：方案三雖然初投資比方案一高2990萬元、比方案二高2985萬元，但供電煤耗最低、對外供電收益最高，20年總收益比方案一、方案二分別高24858萬元、25646萬元，經濟效益顯著。因此本工程供熱系統抽汽方式推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽供工業用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。