工業(yè)汽輪機在熱電廠中的應用

張峰

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

關鍵詞：工業(yè)汽輪機;電廠;節(jié)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(wǎng)電價，熱價增長有限，熱電企業(yè)的利潤空間越來越小，甚至造成虧損，難以繼續(xù)。為了拓展生存空間，除了政府政策支撐改善外部環(huán)境外，主要靠熱電企業(yè)本身“降本增利”進行“節(jié)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(jié)能措施就是工業(yè)汽輪機拖動大型旋轉(zhuǎn)機械設備，排汽用于除氧器或熱網(wǎng)供汽，實現(xiàn)蒸汽的梯級利用，減少熱量損失，增加經(jīng)濟效益。

2、工業(yè)汽輪機在電廠驅(qū)動鍋爐給水泵的應用

過去由于給水泵驅(qū)動功率小，而且，電動機驅(qū)動已被證明具有很高可靠性，用汽輪機驅(qū)動往往效率太低、造價高以及管道系統(tǒng)復雜而被舍棄。隨著現(xiàn)代電廠的容量增大，給水泵驅(qū)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(shù)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(qū)動給水泵總功率在6000kW以上時，采用工業(yè)汽輪機直接變速驅(qū)動較為合理。采用小汽輪機直接變速驅(qū)動有以下明顯的優(yōu)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(huán)結(jié)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(yè)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(qū)動給水泵時，采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價格低的時候，由于沒有冷源損失，熱循環(huán)效率提高了，經(jīng)濟上是合理的。但是，排汽參數(shù)的選擇和與主機回熱系統(tǒng)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(qū)動給水泵時，采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價格低的時候，由于有冷源損失，熱循環(huán)效率降低了，經(jīng)濟上不合理。但是，排汽參數(shù)的選擇和與主機回熱系統(tǒng)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(nèi)膨脹做功后由于溫度低形成過高的濕度，產(chǎn)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(qū)動給水泵的原則性熱力系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)驅(qū)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(jù)背壓參數(shù)引至回熱系統(tǒng)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(huán)效率得到了提高。但系統(tǒng)較復雜，由于小汽輪機的排汽壓力高熱能利用少。

（2）系統(tǒng)驅(qū)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(tǒng)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(huán)效率得到了提高，但系統(tǒng)要復雜。

（3）系統(tǒng)驅(qū)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(wǎng)首站供汽母管上或熱網(wǎng)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(tǒng)驅(qū)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(huán)效率低，但承受主機工況變化帶來的風險小，穩(wěn)定性性好，所以，國產(chǎn)300MW等級及以上的機組大部分都采用此種系統(tǒng)方式。

2.3、工業(yè)汽輪機驅(qū)動給水泵應用案例：

工業(yè)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(yè)汽輪機為單缸、單流、沖動、冷凝、內(nèi)切換N5.2-1.0585型汽輪機，給水泵驅(qū)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(diào)試汽源來自輔助蒸汽系統(tǒng)，輔助蒸汽參數(shù)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(qū)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(qū)動汽輪機排汽凝結(jié)水通過水封后自動排至主汽輪機的排汽聯(lián)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(tǒng)中。

3、工業(yè)汽輪機在電廠驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵的應用

熱電廠的熱網(wǎng)循環(huán)水泵的驅(qū)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(diào)節(jié)，損失了很多熱量;同時，電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵使廠用電增加減少了上網(wǎng)電量。如果采用工業(yè)汽輪機驅(qū)動，通過對汽輪機轉(zhuǎn)速的控制進行供熱水量的調(diào)節(jié)，上網(wǎng)電量的增加，熱電廠的綜合經(jīng)濟效益得到了提高。

驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)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(wǎng)首站供汽母管上或熱網(wǎng)加熱器上，排汽壓力0.23-0.33Mpa。

4、工業(yè)汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵應用案例：

（1）工業(yè)汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)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(chǎn)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(wǎng)首站所用工業(yè)汽輪機3000r/min、進汽參數(shù)0.9MPa/340℃～380℃，排汽參數(shù)0.3MPa，239℃。汽源為每臺汽輪機抽汽分為兩路，一路經(jīng)減壓減溫后供給熱網(wǎng)加熱器，另一路經(jīng)過驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵汽輪機做功后，排汽供給熱網(wǎng)加熱器。

（2）工業(yè)汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)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(yè)汽輪機的應用上做了積極的探索，熱網(wǎng)首站兩臺工業(yè)汽輪機已經(jīng)分別在2011、2012年投產(chǎn)。三段抽汽參數(shù)：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(wǎng)加熱器壓力： 0.23-0.32Mpa;

汽輪機及水泵技術參數(shù)：

大唐雙鴨山熱電有限公司熱網(wǎng)循環(huán)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(wǎng)小汽輪機效益分析計算：

兩臺機組熱網(wǎng)首站有6臺14SH-6式中開水泵熱網(wǎng)循環(huán)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(wǎng)循環(huán)水泵運行臺數(shù)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(wǎng)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(fā)電標煤耗率×運行小時數(shù)×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(jié)省電量用于上網(wǎng)與消耗的蒸汽耗煤的差價：

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

結(jié)論：

旋轉(zhuǎn)機械設備的驅(qū)動無論是電動和汽動，實際上由消耗發(fā)電廠的電能變或消耗發(fā)電廠的熱能，旋轉(zhuǎn)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(fā)電廠的上網(wǎng)電價和標煤單價由于受市場影響是一個變數(shù)，加上設備的可利用小時數(shù)，它們的效益是相對。

如果采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價格低的時候，采用工業(yè)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(wǎng)供電量，實現(xiàn)了蒸汽能量梯級利用;二是采用工業(yè)汽輪機拖動可進行深度的調(diào)節(jié)，使設備在最經(jīng)濟工況下運行;三是上網(wǎng)電價和標煤單價存在的凈差，所產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟效益是巨大的。所以，工業(yè)汽輪機具有廣泛的應用前景。