工業汽輪機在熱電廠中的應用

張峰

摘要：隨著國家對節能減排的重視，各電廠通過技術改造降低能耗，近年來工業汽輪機替代電動機運行取得了很好的經濟效益，并且在越來越多的電廠中得到了應用。

關鍵詞：工業汽輪機;電廠;節能

1、前言

近年來煤、油價格飆升，熱電廠的熱電成本大增，而上網電價，熱價增長有限，熱電企業的利潤空間越來越小，甚至造成虧損，難以繼續。為了拓展生存空間，除了政府政策支撐改善外部環境外，主要靠熱電企業本身“降本增利”進行“節能改造”，增加熱負荷，降低消耗，提高效益、扭虧為盈的策略。其中有效的一項節能措施就是工業汽輪機拖動大型旋轉機械設備，排汽用于除氧器或熱網供汽，實現蒸汽的梯級利用，減少熱量損失，增加經濟效益。

2、工業汽輪機在電廠驅動鍋爐給水泵的應用

過去由于給水泵驅動功率小，而且，電動機驅動已被證明具有很高可靠性，用汽輪機驅動往往效率太低、造價高以及管道系統復雜而被舍棄。隨著現代電廠的容量增大，給水泵驅動的功率也隨之增大，大型電動機的啟動條件困難，電源切換的復雜和液力偶合的使用，使電廠的有效功率降低。隨著單元機組容量的增大和參數的提高，給水泵耗功占主機功率的百分比也相應急劇增加，一般以300MW等級及以上的機組和驅動給水泵總功率在6000kW以上時，采用工業汽輪機直接變速驅動較為合理。采用小汽輪機直接變速驅動有以下明顯的優點：

減少廠用電消耗，增加電廠凈功率。

鍋爐給水泵與電廠循環結合，明顯可以降低電廠凈熱耗率。

降低廠用電電壓和降低變壓器與開關的費用。

變速運行時不會引起明顯的功率損失。

對大容量設備，消除啟動電流高的問題。

2.1、工業汽輪機型式選擇，目前廣泛采用凝汽式和背壓式

（1）背壓式汽輪機驅動給水泵時，采用部分做完功的低品質蒸汽，在燃料價格低的時候，由于沒有冷源損失，熱循環效率提高了，經濟上是合理的。但是，排汽參數的選擇和與主機回熱系統的連接要比較復雜，承受主機工況變化帶來的風險增大。

（2）凝汽式汽輪機驅動給水泵時，采用部分做完功的低品質蒸汽，在燃料價格低的時候，由于有冷源損失，熱循環效率降低了，經濟上不合理。但是，排汽參數的選擇和與主機回熱系統的連接簡明，承受主機工況變化帶來的風險小。

凝汽式汽輪機的蒸汽可從再熱器前和后得到。從再熱器前（冷段）得到的蒸汽在汽輪機內膨脹做功后由于溫度低形成過高的濕度，產生的水滴嚴重危及末級葉片的安全;進入入口的蒸汽容積小，需要短葉片，與主機相比較效率明顯下降。但是，汽輪機的進汽溫度低，汽輪機的金屬材料選用等級降低，汽輪機的的制造成本就下降了。從再熱器后（熱段）得到的蒸汽，蒸汽溫度的提高使汽輪機的效率提高，但汽輪機的制造成本提高了。

2.2、凝汽式和背壓式汽輪機驅動給水泵的原則性熱力系統

（1）系統驅動給水泵的小汽輪機為背壓式的，其汽源為再熱器前（冷再）蒸汽，根據背壓參數引至回熱系統中的除氧器（0.78Mpa）。由于沒有冷源損失，蒸汽得到了梯級利用，熱循環效率得到了提高。但系統較復雜，由于小汽輪機的排汽壓力高熱能利用少。

（2）系統驅動給水泵的小汽輪機為背壓式的，其汽源為再熱器后（熱再）蒸汽，其排汽引至回熱系統低壓加熱器或低壓缸。由于蒸汽溫度的提高和減少部分的冷源損失，蒸汽得到了梯級利用，熱循環效率得到了提高，但系統要復雜。

（3）系統驅動給水泵的小汽輪機為背壓機組的，其汽源為再熱器后（熱再），排汽引到熱網首站供汽母管上或熱網加熱器上（0.23-0.29Mpa），小汽輪機的排汽壓力熱能利用要高很多，但在非供熱期時則無法運行。

（4）系統驅動給水泵的小汽輪機為凝汽式的，其汽源為再熱器后（熱再）蒸汽，排汽引至主機凝汽器或自配單獨的凝汽器。由于存在冷源損失，在加上小汽輪機裝置效率低，熱循環效率低，但承受主機工況變化帶來的風險小，穩定性性好，所以，國產300MW等級及以上的機組大部分都采用此種系統方式。

2.3、工業汽輪機驅動給水泵應用案例：

工業汽輪機應用于給水泵（國電長治熱電2×300MW級機組）

國電長治熱電為北京北重汽輪電機有限責任公司的2×300MW級單軸、三缸雙排汽、低壓缸雙流程、亞臨界一次中間再熱、直接空冷供熱凝汽式汽輪機。拖動給水泵所用工業汽輪機為單缸、單流、沖動、冷凝、內切換N5.2-1.0585型汽輪機，給水泵驅動汽輪機正常工作汽源采用四段抽汽，備用和啟動用汽源采用再熱冷段蒸汽，給水泵汽輪機的調試汽源來自輔助蒸汽系統，輔助蒸汽參數約為0.8～1.2MPa/350℃。由于主汽輪機采用直接空冷汽輪機，其背壓變化幅度較大，給水泵驅動汽輪機排汽不宜排入主汽輪機的空冷器中，每臺給水泵汽輪機各自配置1臺水冷凝汽器，給水泵驅動汽輪機排汽凝結水通過水封后自動排至主汽輪機的排汽聯合裝置下部水箱中，給水泵汽輪機的疏水排入給水泵汽輪機凝汽系統中。

3、工業汽輪機在電廠驅動熱網循環水泵的應用

熱電廠的熱網循環水泵的驅動都是采用電動機，尤其是采暖的初期和末期不能進行深度的供熱水量調節，損失了很多熱量;同時，電動機驅動熱網循環水泵使廠用電增加減少了上網電量。如果采用工業汽輪機驅動，通過對汽輪機轉速的控制進行供熱水量的調節，上網電量的增加，熱電廠的綜合經濟效益得到了提高。

驅動熱網循環水泵小汽輪機的選擇一般為背壓機組，其汽源為主汽輪機的3段-5段抽汽，進汽壓力0.6-1.2Mpa，進汽溫度230-330℃較為合理;排汽引到熱網首站供汽母管上或熱網加熱器上，排汽壓力0.23-0.33Mpa。

4、工業汽輪機驅動熱網循環水泵應用案例：

（1）工業汽輪機驅動熱網循環水泵（華能國際丹東電廠）

華能丹東電廠2×350MW機組為美國西屋電氣公司生產的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、反動凝汽式TC2F-38.6型汽輪機。熱網首站所用工業汽輪機3000r/min、進汽參數0.9MPa/340℃～380℃，排汽參數0.3MPa，239℃。汽源為每臺汽輪機抽汽分為兩路，一路經減壓減溫后供給熱網加熱器，另一路經過驅動熱網循環水泵汽輪機做功后，排汽供給熱網加熱器。

（2）工業汽輪機驅動熱網循環水泵（大唐雙鴨山熱電有限公司）

大唐雙鴨山熱電有限公司在工業汽輪機的應用上做了積極的探索，熱網首站兩臺工業汽輪機已經分別在2011、2012年投產。三段抽汽參數：壓力（最大）1.259Mpa，流量（最大）30T/H，溫度455℃。再通過減溫器出口蒸汽（二次汽）溫度300℃，熱網加熱器壓力： 0.23-0.32Mpa;

汽輪機及水泵技術參數：

大唐雙鴨山熱電有限公司熱網循環水泵消耗廠用電前后對比分析：

2013年幾乎為0：2012年為0.27%：2011年為0.34%：2010年為0.37%。廠用電率對比分析，使用小汽輪機后廠用電率有明顯的下降。

以2012年為例，熱網小汽輪機效益分析計算：

兩臺機組熱網首站有6臺14SH-6式中開水泵熱網循環水泵，配套電機額定功率710kw。因一個供暖期（6個月）是有階段性的，供熱的初、中、末期熱網循環水泵運行臺數平均5臺，一個供暖期（6個月）下來所耗電費用為：

710kw/臺×5臺×180天×24小時×0.394元/ kw.h（12年上網電價）=6042384元。

兩臺機組三抽蒸汽成本核算：

三抽蒸汽量耗煤成本，如果一個供暖期汽動泵按運行按180天計算，三抽蒸汽量耗煤成本=（三抽蒸汽焓-排汽蒸汽焓）×每小時用汽量×采暖期發電標煤耗率×運行小時數×入爐煤標煤價×2兩臺機組

（3.103-2.123）GJ/t× 28t/h×0.0194t/G×（24×180）h×593元/ t（12年標煤價）×2兩臺機組=2727434.2元

汽動泵與電動泵比較，節省電量用于上網與消耗的蒸汽耗煤的差價：

6042384元-2727434.2元=3314950元，綜合經濟性是非常明顯的。

結論：

旋轉機械設備的驅動無論是電動和汽動，實際上由消耗發電廠的電能變或消耗發電廠的熱能，旋轉機械設備的出力如果是一樣的，那末，消耗的能量是一樣的。發電廠的上網電價和標煤單價由于受市場影響是一個變數，加上設備的可利用小時數，它們的效益是相對。

如果采用部分做完功的低品質蒸汽，在燃料價格低的時候，采用工業汽輪機拖動代替大型電動機，一是可以降低廠用電，增加了向電網供電量，實現了蒸汽能量梯級利用;二是采用工業汽輪機拖動可進行深度的調節，使設備在最經濟工況下運行;三是上網電價和標煤單價存在的凈差，所產生的綜合經濟效益是巨大的。所以，工業汽輪機具有廣泛的應用前景。