熱電聯產鍋爐節能降耗問題分析

李科育，馬志超

（威海市文登熱電廠有限公司，山東威海 264400）

0 引言

社會在飛速發展的同時，對能源和電能的消耗不斷增加，導致能源供給無法滿足社會發展需求?！笆奈濉背雠_后，要求國內各生產單位降低能源消耗量，在此背景下，進一步提高發電機組運行效率，降低能源消耗成為了各生產企業提高自身經濟效益的重要舉措。某企業熱電聯產機組配置3 臺CFB 鍋爐和2 臺汽輪機，熱電聯產鍋爐運行過程中，供水系統存在供水壓力大和揚程高的問題，不僅增加節流損失，也造成了電能浪費。針對以上問題，本文提出兩種熱電聯產鍋爐改造方案，并對改造前后熱電鍋爐運行情況進行對比分析，旨在解決以上問題的同時，達到節能降耗的目的。

1 項目背景及現狀

隨著節能減排政策的推廣以及提高企業經濟效益的要求，大部分企業均開始注重熱電聯產機組的節能降耗，以提高企業能源利用效率。某企業熱電聯產鍋爐給水泵耗電量占發電機組總量的5%左右，是該企業用電量較大的設備之一。該企業熱電聯產機組配置了3 臺額定負荷為360 t/h 的CFB 鍋爐和2 臺額定功率為65 MW 的汽輪機，熱電聯產鍋爐平均用水量為900～1000 t/h，鍋爐給水系統為母管制，即3 臺電動給水泵采用并聯方式為鍋爐提供水源，1 臺備用設備。4 臺給水泵均采用電動泵，給水泵性能參數如表1、表2 所示。

表1 給水泵性能參數

表2 電機性能參數

從表中可以看出，給水泵電機額定電壓為10 kV，當3 臺給水泵同時運行時，會導致熱電聯產鍋爐給水壓力過大，如果降低鍋爐給水泵給水壓力則會造成給水泵節流損失大，進而造成能源浪費。另外，熱電聯產鍋爐給水泵給水壓力過大也會進一步加劇閥門、管道的沖刷，嚴重縮減了熱電聯鍋爐管道及給水系統閥門使用壽命[1]。

2 熱電聯產鍋爐節能降耗改造方案

現階段，熱電聯產項目中鍋爐存在的問題較多，不僅造成能源浪費，而且也在一定程度上污染了環境?；茉醋鳛橹饕茉?，占能源總消耗比90%以上。隨著社會發展速度不斷加快，化石能源消耗速度加快，現有化石能源已經無法滿足社會快速發展的需求。能源問題和環境保護問題作為社會發展建設過程中極為重要的一個問題，在可持續發展理念下，做好能源保護工作和環境保護工作極為重要。因此，研究熱電聯產鍋爐節能降耗問題，減少熱電聯產鍋爐能源損耗，對企業發展和社會發展都具有重要意義。

本文在工廠熱電聯產鍋爐原有給水系統的基礎上，通過改變鍋爐給水運行工況，滿足鍋爐給水壓力的條件下，通過切割1#電動給水泵和4#電動給水泵葉輪以及增加1 臺汽動給水泵的改造方案來達到節能降耗的目的。

2.1 切割電動給水泵葉輪

切割葉輪是解決離心泵揚程高、流量大等問題的常用措施，根據離心泵葉輪切割原理可以推倒出離心泵葉輪流量、揚程與葉輪直徑之間的關系：

由式（1）、式（2）可以得出給水泵功率與葉輪直徑之間的關系：

式其中：Q、Q1分別為給水泵切割前后的流量；H、H1分別為給水泵切割前后的揚程；D、D1分別為給水泵切割前后的葉輪直徑；P、P1分別為給水泵切割前后的功率[2]。

通過對給水泵葉輪進行切割處理，減小給水泵葉輪直徑，可以降低給水泵點擊處理損耗，進而達到節能的目的。

2.2 增加調速汽動給水泵

電動給水泵電能轉換過程為煤→化學能→熱能→機械能→電能，該能量轉換過程中需要經過5 個環節，能量損失較大。而汽動給水泵主要所需熱能直接由煤炭燃燒轉換為蒸汽，汽輪機做功后可以直接將蒸汽抽入給水泵中，實現能量的梯級利用，能量轉換環節少，能源利用效率高。

此外，經過改造后汽動給水泵與電動給水泵為并列運行方式，通過減少電動給水泵運行數量，達到節約電能的目的[3]。

3 改造結果分析

為驗證熱電聯產鍋爐節能降耗改造方案的有效性，基于實際數據統計，對改造前后的熱電聯產鍋爐運行情況進行了總結，并分析了改造前后經濟性和節能性。在開展試驗過程中需要保證兩臺改造電動機水泵均可以正常運行，確保試驗前后熱電聯產鍋爐供水量保持一致。

3.1 改造后節電效果

改造后運行參數見表3 和表4。

表3 汽動給水泵運行參數

表4 電動給水泵運行參數

從熱電聯產鍋爐給水系統改造后運行統計表中可以看出，當熱電聯產鍋爐給水流量為950 t/h 左右時，1#電動給水泵電流由137.4 A 下降至134.6 A，1#電動給水泵電流下降幅度較低的原因為給水泵現場管道布置不合理，導致給水分布均勻。不利于1#給水泵出力；4#電動給水泵電流由168.9 A 下降至135.5 A。2#電動給水泵改造為汽動給水泵后，給水泵母管壓力由16.8 MPa 下降至15.7 MPa。由此可見，熱電聯產鍋爐給水系統改造可以達到降低熱電聯產鍋爐電能和給水壓力的目的[4]。

3.2 更換汽輪發電機后增加燃料成本

從表2 可知，汽輪機入口蒸汽焓值H1=3203.8 kJ/kg，出口蒸汽焓值為H2=2930.2 kJ/kg。利用換熱公式Q=qΔH（q 為蒸汽流量；ΔH 為進出口焓值差）計算得出汽輪機所需熱量Q=q（H1-H2）=9 904 320 kJ/h。將汽輪機每小時消耗熱量折算為標準用煤量T=Q/29 307.6÷1000=0.338 t/h，折算為原來用煤量T1=T/0.714 3=0.473 t/h。按照1132 元/噸原煤采購成本，可以計算出經過改造后煤炭每日用煤量成本增加量約為12 853.5元[6]。

3.3 改造后節約成本

經過替換汽輪機和切割葉輪改造后，根據每天節約用電成本和每天增加燃料成本，按照每天330 d 運行天數計算出經過改造后的熱電聯產鍋爐節約成本約986 萬元，由此可見提出熱電聯產鍋爐改造方案，在節約降耗和提高經濟效益方面具有良好的效益[7]。

通過對熱電聯產鍋爐給水系統進行改造，采用增加1 臺汽動給水泵和切割電動給水泵葉輪兩種方案，實現了降低熱電聯產給水泵運行電能損耗的目的，同時也節約了熱電聯產鍋爐運行成本。在未對熱電聯產鍋爐進行改造前，鍋爐需要由3臺給水泵同時供水，經過改造后采用2 臺電動機水泵和1 臺汽動給水泵的運行方式，不僅減少了電動給水泵運行數量，而且節約了電能消耗。通過對電動機水泵葉輪進行切割處理，降低了電動給水泵電流，達到了降低給水泵耗電量的目的。在降低給水泵供水壓力后，減弱了水壓對管道的沖刷，不僅降低了調節閥節流損失，而且也延長了熱電聯產鍋爐機組使用壽命[8]。將電動給水泵替換為汽動給水泵后，雖然增加了用煤量，但降低了熱電聯產鍋爐電量損耗，從整體來看降低了能源消耗量，每年節約成本可以達到986 萬元，節約成本效果顯著，由此可見，本文提出的熱電聯產鍋爐給水系統改造方案具有良好的社會效益和經濟效益。

4 結論

（1）將電動給水泵更換為汽動給水泵，采用2 臺電動給水泵+1 臺汽動給水泵運行模式，可以降低熱電聯產鍋爐電能消耗，達到節能降耗的目的。

（2）通過對電動給水系統葉輪進行切割處理后，降低了電動給水泵運行電量，減少了電量損耗。

（3）提出熱電鍋爐給水系統改造方案，節電量為2 919 kW·h/d，每年節約總成本為986 萬元。