淺析甘蔗糖廠電能輸入輸出的經(jīng)濟(jì)性

潘煜再，李有吉，溫繼平

（廣西糖業(yè)集團(tuán)柳興制糖有限公司，廣西 柳州 545012）

1 前言

糖廠生產(chǎn)的用能特點(diǎn)是耗汽多，用電少。一般都是配置鍋爐供給蒸汽，配套汽輪發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生乏汽供制糖工藝用，普遍采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，以汽定電的原則，即鍋爐產(chǎn)汽量以工藝的耗汽量為準(zhǔn)，而發(fā)電量的多少則以蒸汽量而定，因?yàn)殡娔艿妮斎胼敵鼍哂休^大的靈活性，這樣可以避免蒸汽的不足或過剩。電能的輸入輸出如何操作使經(jīng)濟(jì)性更高呢？本文從熱力學(xué)角度，通過理論計算與我公司實(shí)際數(shù)據(jù)對甘蔗糖廠電能輸入輸出的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行探討。

2 柳興糖廠發(fā)電機(jī)組配置簡介

我們在2018/2019年榨季中對實(shí)際生產(chǎn)的情況和數(shù)據(jù)進(jìn)行查定分析。我們廠的動力配置是2臺額定蒸發(fā)量75t/h，額定蒸汽溫度450℃，額定蒸汽壓力4.21MPa，給水溫度105℃的蒸汽鍋爐，配套1臺3MW和2臺6MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，參數(shù)如表1所示。簡單汽、電流程如圖1所示。

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

表1 柳興糖廠發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量參數(shù)

因?yàn)槲覀兊腻仩t為中壓中溫鍋爐，4#汽輪機(jī)為中壓中溫汽輪機(jī)，3#、5#汽輪機(jī)為低壓低溫汽輪機(jī)，所以3#、5#汽輪機(jī)的主蒸汽要經(jīng)過減壓得到。為了兼顧不同參數(shù)的汽輪機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)中鍋爐控制過熱蒸汽壓力3.8MPa，溫度420℃左右。制煉廢汽壓力在0.14～0.16MPa。在查定時，榨量為390t/h，外電并網(wǎng)，關(guān)閉生汽補(bǔ)充，利用分蜜停篩糖不用汽的時候，我們記錄下20個時間點(diǎn)的鍋爐過熱蒸汽壓力、溫度、總流量以及各汽輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)汽壓力、進(jìn)汽溫度、排汽壓力、排汽溫度、功率，算出平均值如表2、表3所示。并查找《水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表》和用插值法計算得到對應(yīng)的蒸汽焓，從表4、表5看出，一定區(qū)域內(nèi)過熱蒸汽的焓同壓力下隨溫度升高而增加，同溫度下隨壓力升高而降低，蒸汽溫度、壓力的小幅波動對焓的影響很小。實(shí)際生產(chǎn)過程變工況的平均噸汽發(fā)電量97.9kW·h/t，如表3所示。

圖1 簡單汽、電流程

表2 汽輪機(jī)組運(yùn)行參數(shù)實(shí)測平均值

由表2得額定工況的噸汽發(fā)電量，計算如下。

（3000+6000+6000）÷（3 ×11.12+6 ×10.33+6 ×9.66）≈97.8（kW·h/t）。

額定工況和變工況的汽耗率很接近，在計算排汽平均溫度時，各機(jī)組汽耗率按額定汽耗率。

表3 鍋爐運(yùn)行參數(shù)實(shí)測平均值

表4 過熱蒸汽焓

表5 過熱蒸汽焓

其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：蔗渣水分實(shí)測平均為46%，對應(yīng)蔗渣低位發(fā)熱量=2033kcal/kg=8510kJ/kg；鍋爐入爐水用蒸發(fā)一效二效汽凝水，溫度100℃，飽和水的焓418kJ/kg；鍋爐熱效率為90%；鍋爐排污量3%；輸出電價0.26元/度，輸入電價0.63元/度。

4 糖廠汽、電能源經(jīng)濟(jì)性分析

糖廠生產(chǎn)汽電不平衡存在兩種情況，一是電有盈余，蒸汽不能滿足生產(chǎn)需要；二是蒸汽滿足工藝需要而電不能滿足需求。

4.1 電滿足生產(chǎn)需求而蒸汽不能滿足工藝需要時

一般采用A方案：并外電多發(fā)電往電網(wǎng)倒供電；B方案：不并網(wǎng)倒供電，開生汽補(bǔ)充，兩種方案獲取更多蒸汽。A方案輸出電，燒更多蔗渣換取賣電收入；B方案可以減少燃燒蔗渣量，有賣蔗渣收入。

A方案：假設(shè)1噸蔗渣能產(chǎn)W噸過熱蒸汽（蒸汽參數(shù)為采樣的平均值3.81MPa，417℃），則有如下計算。

同時供給熱用戶的熱量為Q。

售電收入結(jié)果如下。

1噸蔗渣發(fā)電量為D2。

1噸蒸汽發(fā)電量為D1。

（8510×1000＋1.03×W×418×1000）×0.9=3257×1000×W，即得W≈2.67（噸）。

D1=13394÷136.8≈97.9（kw·h/t）。

D2=97.9×2.67≈261.4（kw·h/t）。

261.4×0.26≈68（元）。

Q=排汽焓×排汽量=2845×2.67×1000=7596150（kJ）。

B方案：由于節(jié)流減壓過程對外沒有能量傳遞，是等焓過程，表2中的3#、5#汽輪機(jī)經(jīng)減壓后的進(jìn)汽焓和4#汽輪機(jī)不經(jīng)減壓的進(jìn)汽焓也證實(shí)了這點(diǎn)，生汽節(jié)流減壓補(bǔ)充廢汽管道比較短，管道損失忽略不計。

滿足熱用戶的熱量Q需要補(bǔ)充生汽量如下。

Q÷生汽焓=7596150÷3244≈2342（kg），即2.342噸。

節(jié)省蒸汽量：2.67-2.342=0.328（噸）。

折算節(jié)省蔗渣量為0.328÷2.67=0.123（噸）。

A、B方案盈虧平衡點(diǎn)的蔗渣價格為68÷0.123≈553（元/噸），當(dāng)蔗渣價格＞553元/噸時，經(jīng)濟(jì)性方案B＞A，賣蔗渣合算；蔗渣價格＜553元/噸時，經(jīng)濟(jì)性方案B＜A，賣電合算。

4.2 當(dāng)蒸汽滿足工藝需要而電不滿足需求時

如果繼續(xù)多發(fā)電，那么多發(fā)電產(chǎn)生的乏汽就會被浪費(fèi)掉，這時發(fā)電占的原料成本為100%，外電電價0.63元/度，我們發(fā)電的原料成本也按0.63元/度算，則盈虧平衡點(diǎn)的蔗渣單價為0.63×261.4≈165（元/噸）。當(dāng)蔗渣單價＞165元/噸時，輸入外電合算；當(dāng)蔗渣單價＜165元/噸時，自發(fā)電合算。

5 結(jié)語

由于各廠設(shè)備和生產(chǎn)情況不太一樣，盈虧平衡點(diǎn)也稍有出入。我們基于以上一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和本廠實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)如下。

第一，電夠汽不夠的情況，若蔗渣價格＜盈虧平衡點(diǎn)（553元/噸），則并網(wǎng)倒送電（輸出）；若蔗渣價格＞盈虧平衡點(diǎn)（553元/噸），則開生汽補(bǔ)充廢汽。

第二，汽夠電不夠的情況，若蔗渣價格＞盈虧平衡點(diǎn)（165元/噸），則并網(wǎng)用外電（輸入）；若蔗渣價格＜盈虧平衡點(diǎn)（165元/噸）時，則自發(fā)電滿足生產(chǎn)需要。