張峰

摘要：隨著國家對(duì)節(jié)能減排的重視，各電廠通過技術(shù)改造降低能耗，近年來工業(yè)汽輪機(jī)替代電動(dòng)機(jī)運(yùn)行取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，并且在越來越多的電廠中得到了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)汽輪機(jī);電廠;節(jié)能

1、前言

近年來煤、油價(jià)格飆升，熱電廠的熱電成本大增，而上網(wǎng)電價(jià)，熱價(jià)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(jìn)行“節(jié)能改造”，增加熱負(fù)荷，降低消耗，提高效益、扭虧為盈的策略。其中有效的一項(xiàng)節(jié)能措施就是工業(yè)汽輪機(jī)拖動(dòng)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，排汽用于除氧器或熱網(wǎng)供汽，實(shí)現(xiàn)蒸汽的梯級(jí)利用，減少熱量損失，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2、工業(yè)汽輪機(jī)在電廠驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵的應(yīng)用

過去由于給水泵驅(qū)動(dòng)功率小，而且，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)已被證明具有很高可靠性，用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)往往效率太低、造價(jià)高以及管道系統(tǒng)復(fù)雜而被舍棄。隨著現(xiàn)代電廠的容量增大，給水泵驅(qū)動(dòng)的功率也隨之增大，大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件困難，電源切換的復(fù)雜和液力偶合的使用，使電廠的有效功率降低。隨著單元機(jī)組容量的增大和參數(shù)的提高，給水泵耗功占主機(jī)功率的百分比也相應(yīng)急劇增加，一般以300MW等級(jí)及以上的機(jī)組和驅(qū)動(dòng)給水泵總功率在6000kW以上時(shí)，采用工業(yè)汽輪機(jī)直接變速驅(qū)動(dòng)較為合理。采用小汽輪機(jī)直接變速驅(qū)動(dòng)有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

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(guān)的費(fèi)用。

變速運(yùn)行時(shí)不會(huì)引起明顯的功率損失。

對(duì)大容量設(shè)備，消除啟動(dòng)電流高的問題。

2.1、工業(yè)汽輪機(jī)型式選擇，目前廣泛采用凝汽式和背壓式

（1）背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵時(shí)，采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價(jià)格低的時(shí)候，由于沒有冷源損失，熱循環(huán)效率提高了，經(jīng)濟(jì)上是合理的。但是，排汽參數(shù)的選擇和與主機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的連接要比較復(fù)雜，承受主機(jī)工況變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)增大。

（2）凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵時(shí)，采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價(jià)格低的時(shí)候，由于有冷源損失，熱循環(huán)效率降低了，經(jīng)濟(jì)上不合理。但是，排汽參數(shù)的選擇和與主機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的連接簡明，承受主機(jī)工況變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)小。

凝汽式汽輪機(jī)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(jī)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(yán)重危及末級(jí)葉片的安全;進(jìn)入入口的蒸汽容積小，需要短葉片，與主機(jī)相比較效率明顯下降。但是，汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度低，汽輪機(jī)的金屬材料選用等級(jí)降低，汽輪機(jī)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(jī)的效率提高，但汽輪機(jī)的制造成本提高了。

2.2、凝汽式和背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的原則性熱力系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)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?zé)嵯到y(tǒng)中的除氧器（0.78Mpa）。由于沒有冷源損失，蒸汽得到了梯級(jí)利用，熱循環(huán)效率得到了提高。但系統(tǒng)較復(fù)雜，由于小汽輪機(jī)的排汽壓力高熱能利用少。

（2）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)為背壓式的，其汽源為再熱器后（熱再）蒸汽，其排汽引至回?zé)嵯到y(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(jí)利用，熱循環(huán)效率得到了提高，但系統(tǒng)要復(fù)雜。

（3）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)為背壓機(jī)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(jī)的排汽壓力熱能利用要高很多，但在非供熱期時(shí)則無法運(yùn)行。

（4）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)為凝汽式的，其汽源為再熱器后（熱再）蒸汽，排汽引至主機(jī)凝汽器或自配單獨(dú)的凝汽器。由于存在冷源損失，在加上小汽輪機(jī)裝置效率低，熱循環(huán)效率低，但承受主機(jī)工況變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)小，穩(wěn)定性性好，所以，國產(chǎn)300MW等級(jí)及以上的機(jī)組大部分都采用此種系統(tǒng)方式。

2.3、工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵應(yīng)用案例：

工業(yè)汽輪機(jī)應(yīng)用于給水泵（國電長治熱電2×300MW級(jí)機(jī)組）

國電長治熱電為北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司的2×300MW級(jí)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(jī)。拖動(dòng)給水泵所用工業(yè)汽輪機(jī)為單缸、單流、沖動(dòng)、冷凝、內(nèi)切換N5.2-1.0585型汽輪機(jī)，給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)正常工作汽源采用四段抽汽，備用和啟動(dòng)用汽源采用再熱冷段蒸汽，給水泵汽輪機(jī)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(jī)采用直接空冷汽輪機(jī)，其背壓變化幅度較大，給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽不宜排入主汽輪機(jī)的空冷器中，每臺(tái)給水泵汽輪機(jī)各自配置1臺(tái)水冷凝汽器，給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽凝結(jié)水通過水封后自動(dòng)排至主汽輪機(jī)的排汽聯(lián)合裝置下部水箱中，給水泵汽輪機(jī)的疏水排入給水泵汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)中。

3、工業(yè)汽輪機(jī)在電廠驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的應(yīng)用

熱電廠的熱網(wǎng)循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)都是采用電動(dòng)機(jī)，尤其是采暖的初期和末期不能進(jìn)行深度的供熱水量調(diào)節(jié)，損失了很多熱量;同時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)，通過對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制進(jìn)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(jì)效益得到了提高。

驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵小汽輪機(jī)的選擇一般為背壓機(jī)組，其汽源為主汽輪機(jī)的3段-5段抽汽，進(jìn)汽壓力0.6-1.2Mpa，進(jìn)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(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵應(yīng)用案例：

（1）工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(dòng)凝汽式TC2F-38.6型汽輪機(jī)。熱網(wǎng)首站所用工業(yè)汽輪機(jī)3000r/min、進(jìn)汽參數(shù)0.9MPa/340℃～380℃，排汽參數(shù)0.3MPa，239℃。汽源為每臺(tái)汽輪機(jī)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(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵汽輪機(jī)做功后，排汽供給熱網(wǎng)加熱器。

（2）工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)的應(yīng)用上做了積極的探索，熱網(wǎng)首站兩臺(tái)工業(yè)汽輪機(jī)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(jī)及水泵技術(shù)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(duì)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(duì)比分析，使用小汽輪機(jī)后廠用電率有明顯的下降。

以2012年為例，熱網(wǎng)小汽輪機(jī)效益分析計(jì)算：

兩臺(tái)機(jī)組熱網(wǎng)首站有6臺(tái)14SH-6式中開水泵熱網(wǎng)循環(huán)水泵，配套電機(jī)額定功率710kw。因一個(gè)供暖期（6個(gè)月）是有階段性的，供熱的初、中、末期熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)平均5臺(tái)，一個(gè)供暖期（6個(gè)月）下來所耗電費(fèi)用為：

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

兩臺(tái)機(jī)組三抽蒸汽成本核算：

三抽蒸汽量耗煤成本，如果一個(gè)供暖期汽動(dòng)泵按運(yùn)行按180天計(jì)算，三抽蒸汽量耗煤成本=（三抽蒸汽焓-排汽蒸汽焓）×每小時(shí)用汽量×采暖期發(fā)電標(biāo)煤耗率×運(yùn)行小時(shí)數(shù)×入爐煤標(biāo)煤價(jià)×2兩臺(tái)機(jī)組

（3.103-2.123）GJ/t× 28t/h×0.0194t/G×（24×180）h×593元/ t（12年標(biāo)煤價(jià)）×2兩臺(tái)機(jī)組=2727434.2元

汽動(dòng)泵與電動(dòng)泵比較，節(jié)省電量用于上網(wǎng)與消耗的蒸汽耗煤的差價(jià)：

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

結(jié)論：

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)無論是電動(dòng)和汽動(dòng)，實(shí)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(jī)械設(shè)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(jià)和標(biāo)煤單價(jià)由于受市場影響是一個(gè)變數(shù)，加上設(shè)備的可利用小時(shí)數(shù)，它們的效益是相對(duì)。

如果采用部分做完功的低品質(zhì)蒸汽，在燃料價(jià)格低的時(shí)候，采用工業(yè)汽輪機(jī)拖動(dòng)代替大型電動(dòng)機(jī)，一是可以降低廠用電，增加了向電網(wǎng)供電量，實(shí)現(xiàn)了蒸汽能量梯級(jí)利用;二是采用工業(yè)汽輪機(jī)拖動(dòng)可進(jìn)行深度的調(diào)節(jié)，使設(shè)備在最經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行;三是上網(wǎng)電價(jià)和標(biāo)煤單價(jià)存在的凈差，所產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。所以，工業(yè)汽輪機(jī)具有廣泛的應(yīng)用前景。