摘要：本文提出適用于小型熱電站輔機(jī)節(jié)能改造的方案，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的生產(chǎn)方式，并分析采用熱電聯(lián)產(chǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞： 熱電站 熱電聯(lián)產(chǎn) 節(jié)能改進(jìn)

1前言

《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第39條提出“推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、提高熱電機(jī)組的利用率，發(fā)展熱能梯級(jí)利用技術(shù)，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)，提高熱能綜合利用率”的指導(dǎo)性政策，充分說(shuō)明我國(guó)政府對(duì)節(jié)能減排的重視程度。利用變頻凝結(jié)水泵及熱電聯(lián)產(chǎn)是本文在熱電站節(jié)能設(shè)計(jì)突破點(diǎn)。

2中小型熱電站設(shè)計(jì)中凝結(jié)水泵變頻的應(yīng)用

1.概述

在過(guò)去的電站設(shè)計(jì)中，凝結(jié)水泵靠與液位連鎖控制其啟停，除氧器水位由除氧器水位調(diào)節(jié)閥手動(dòng)或自動(dòng)控制。自動(dòng)控制方式包括單沖量(除氧器水位)和三沖量(除氧器水位、凝結(jié)水量、給水流量)兩種控制。當(dāng)給水流量小于14%時(shí)，除氧水位由三沖量控制切換為單沖量控制;當(dāng)給水流量大于25%時(shí)，除氧水位由單沖量控制切換為三沖量控制。除氧器水位調(diào)節(jié)投入自動(dòng)控制方式時(shí)，節(jié)流損失大，能耗較高。

凝結(jié)水泵采用變頻控制后，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速和流量隨負(fù)荷變化，同時(shí)水泵的效率跟隨轉(zhuǎn)速改變，并且始終在最大效率附近;當(dāng)泵轉(zhuǎn)速減小時(shí)，其電機(jī)的能耗將以其三次方的速率下降，節(jié)能效果非常顯著。

2.變頻連鎖方式

變頻運(yùn)行泵與工頻備用泵可連鎖，一旦變頻泵出現(xiàn)故障跳閘，工頻泵將自動(dòng)連鎖運(yùn)行。變頻器維修好后，可將工頻泵切換到變頻運(yùn)行。在凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，根據(jù)除氧器的水位調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速，使除氧器水位調(diào)節(jié)閥幾乎全開(kāi)，節(jié)流損失達(dá)到最小，這種狀態(tài)下，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)變頻運(yùn)行泵跳閘時(shí)，可立即關(guān)小調(diào)節(jié)閥(閥門開(kāi)度以泵跳閘時(shí)的機(jī)組負(fù)荷為基礎(chǔ)量進(jìn)行調(diào)節(jié))，將除氧器水位調(diào)節(jié)由泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)切換到用調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)，以防止對(duì)除氧器水位造成過(guò)大擾動(dòng)，使系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行。

3.注意事項(xiàng)和解決方法

凝結(jié)泵(包括凝升泵)變頻運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)壓力低于工頻運(yùn)行時(shí)的壓力，凝結(jié)泵(包括凝升泵)在停止過(guò)程中有時(shí)發(fā)生出口逆止門犯卡，造成凝結(jié)水返流，致使凝結(jié)水母管壓力下降，給水泵密封水中斷，引起給水泵運(yùn)行中跳閘，鍋爐斷水的事故，所以要求凝結(jié)泵(包括凝升泵)在切換停泵的時(shí)候，必須將聯(lián)鎖投入(備用位置)，一但發(fā)生逆止門犯卡，造成凝結(jié)水母管壓力下降，可以使停止泵低水壓聯(lián)動(dòng)，避免事故的發(fā)生。

4電站改造節(jié)能效果分析

對(duì)某電廠的#4機(jī)組B凝結(jié)水泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻方案改造后，通過(guò)近半年的實(shí)際運(yùn)行，效果表明:節(jié)能改造取得良好的節(jié)能效果。凝結(jié)水泵變頻改造前后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表一。

表一凝結(jié)水泵變頻改造前后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

在300MW工況下，每年節(jié)省的電量為:

Wl=(Pd-Pb)x2400

=(865-703)x2400

=145800KW·h

在260MW工況下，每年節(jié)省的電量為:

W2=(Pd-Pb)x2400

=(835- 634)x2400

=482400KW·h

如此類推，#4機(jī)組B凝結(jié)水泵每年可節(jié)省電量為:

W=W1+W2+W3+W4

=1537500kW·h

在低負(fù)荷工況下，凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)節(jié)方式后，凝結(jié)水泵出口壓力明顯降低，防止低加銅管的泄漏，同時(shí)減輕凝結(jié)水對(duì)低加銅管的沖刷，減少了低加停運(yùn)查漏的次數(shù)，提高低壓加熱器設(shè)備利用小時(shí)數(shù)，提高了機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造后，電站年收益顯著，各項(xiàng)性能參數(shù)符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此項(xiàng)改造成果可在同類型機(jī)組上推廣應(yīng)用。

3熱電站熱電聯(lián)產(chǎn)

熱電站有兩種產(chǎn)品，那就是熱和電。熱電廠應(yīng)以熱為主，供熱是主要任務(wù)，是建廠的先決條件，發(fā)電只是輔助產(chǎn)品，如何做好熱電聯(lián)產(chǎn)，是當(dāng)今又一熱門話題。

中央提出建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，大抓節(jié)能降耗，熱電聯(lián)產(chǎn)可以大有所為，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)已證明發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是有效措施，否則中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展恐難實(shí)現(xiàn)。面對(duì)國(guó)際油價(jià)的飆升和減少溫室氣體排放的壓力，歐盟對(duì)節(jié)約能源高度重視。在歐盟委員會(huì)發(fā)布的能源效率行動(dòng)計(jì)劃中，提出到2020年減少一次能源消費(fèi)20%的節(jié)能目標(biāo)，并減少溫室氣體排放20%，對(duì)此，歐洲有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能潛力進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明：僅熱電聯(lián)產(chǎn)一項(xiàng)技術(shù)可完成1/3的歐盟節(jié)能目標(biāo)，每年可減少CO2排放1億噸。

1. 熱電聯(lián)產(chǎn)考核指標(biāo)的探討

我國(guó)在最近發(fā)布的《小火電機(jī)組建設(shè)管理暫行規(guī)定》中，以“供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗應(yīng)小于360 g/kWh、熱電比應(yīng)大于50%”作為考核、界定熱電廠的指標(biāo)。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，提出用熱電比大于50%和熱電廠的總熱效率為45%是比較切合實(shí)際的。 (1)熱電比

即熱能產(chǎn)出比，可用下式表達(dá)：

式中 X——熱電比，%;

Qn——機(jī)組對(duì)外供熱量，t;

in——供熱蒸汽焓，kJ/kg;

W——機(jī)組發(fā)電量，kWh。

(2)總熱效率

熱電廠的總熱效率，或稱熱電廠的燃料利用系數(shù)，是一個(gè)量的指標(biāo)，它反映了熱電廠能量輸出和輸入的比例關(guān)系。

ηtp——熱電廠總熱效率，%;

W——熱電廠年發(fā)電量，kWh/a;

Qn——熱電廠年對(duì)外供熱量，t/h;

Br——熱電廠年耗燃料量，kg/a;

Qr——燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量，kJ/kg。

由于ηtp未考慮兩種能量產(chǎn)品質(zhì)的差別，用熱量單位按等價(jià)能量相加，所以它表示熱電廠所消耗燃料的有效利用程度。對(duì)于凝汽式電廠，汽輪機(jī)排汽熱量成為冷源損失，雖然機(jī)組發(fā)電量很大，但無(wú)對(duì)外供熱，其熱電比為零。對(duì)背壓機(jī)，其排汽熱量全部被利用，其熱電比高達(dá)80%以上。對(duì)抽汽凝汽式機(jī)組，因抽汽量是可調(diào)節(jié)的，可隨外界熱負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)抽汽量達(dá)到額定值時(shí)，排入凝汽器的流量較小，此時(shí)機(jī)組熱效率較高，其熱電比接近背壓機(jī);當(dāng)外界無(wú)熱負(fù)荷時(shí)，其熱電比為零，相當(dāng)于凝汽機(jī)組，此時(shí)機(jī)組熱效率甚至比同容量的凝汽機(jī)組還差。

把熱電廠總熱效率確定為45%作為考核熱電廠的指標(biāo)，一是具有先進(jìn)性，因?yàn)樗�高于超高參�?shù)、超臨界參數(shù)的大型凝汽式發(fā)電廠的熱效率;二是比較切合實(shí)際，一般情況下，熱電廠能達(dá)到這一要求，例如，對(duì)CC12-35/10/5型雙抽凝汽式汽輪機(jī)組，當(dāng)額定電功率為12MW、對(duì)外供熱17t/h時(shí)，總熱效率就可達(dá)到45%;其他型式的機(jī)組，象CC25-90/10、C50-90/10型，在額定電功率的情況下，只要分別對(duì)外供熱16t/h、26t/h，亦能達(dá)到上述指標(biāo)。

2.熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能效果計(jì)算

熱電聯(lián)產(chǎn)是指由供熱式汽輪機(jī)作過(guò)功的汽流來(lái)對(duì)外供熱，供熱部分無(wú)冷源損失，其熱耗HR的表達(dá)式為：

式中 HR——機(jī)組發(fā)電熱耗，kJ/kWh;

Do——汽輪機(jī)進(jìn)汽量，kg/h;

io——汽輪機(jī)進(jìn)汽焓，kJ/kg;

ig——給水焓，kJ/kg;

Dn——對(duì)外供熱蒸汽量，kg/h;

in——供熱蒸汽焓，kJ/kg;

Ebs——化學(xué)補(bǔ)水焓，kJ/kg;

N——機(jī)組電功率，kW。

從上式可以看出，在計(jì)算機(jī)組發(fā)電熱耗時(shí)，已扣除了供熱熱量，也就是說(shuō)，熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱機(jī)組與同容量的凝汽式機(jī)組相比，由于利用了供熱式汽輪機(jī)的抽汽或排汽對(duì)外供熱，使熱化發(fā)電部分避免了冷源損失，且供熱量越大，熱耗越低，亦即發(fā)電煤耗越低。

供熱機(jī)組的主要形式有兩種，即背壓式和抽汽凝汽式。前者因發(fā)電后供熱，無(wú)冷源損失，發(fā)電煤耗最低，一般僅180～200g/kWh;后者在額定抽汽工況下，發(fā)電煤耗亦只有300～360g/kWh，相當(dāng)于300 MW凝汽機(jī)組的煤耗水平〔1〕。

熱電聯(lián)產(chǎn)還體現(xiàn)在由于熱能供應(yīng)方式的改變帶來(lái)能量數(shù)量利用方面的好處。與分散供熱的供熱鍋爐相比，由于熱電廠的鍋爐效率遠(yuǎn)高于供熱鍋爐，所以集中供熱比分散供熱的煤耗低得多，即

因?yàn)?eta;g>ηf,所以bg

式中 bg——集中供熱的供熱煤耗，kg/GJ;

bf——分散供熱的供熱煤耗，kg/GJ;

ηg——集中供熱鍋爐效率，%;

ηf——分散供熱鍋爐效率，%;

ηd——管道效率，%。

一般說(shuō)來(lái)，熱電廠鍋爐效率在80%以上，管道效率在98%以上，而一般供熱鍋爐效率僅50%～60%;分散供熱的供熱煤耗多在58～70kg/GJ，而熱電廠集中供熱的供熱煤耗僅38～43kg/GJ。由此不難看出，熱電廠鍋爐較分散供熱鍋爐的節(jié)能效益高得多。

小結(jié)

熱電站節(jié)能改造具有廣闊的應(yīng)用前景。中小型熱電站熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，理順設(shè)計(jì)思路，將復(fù)雜的熱電站設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，模塊化，使熱電站的設(shè)計(jì)進(jìn)度更快，設(shè)計(jì)質(zhì)量更高。無(wú)論是電站輔機(jī)節(jié)能還是熱電聯(lián)產(chǎn)，都需要在測(cè)試中不斷展開(kāi)主要電機(jī)或者其它輔機(jī)節(jié)能方案的研究，并將進(jìn)一步探索輔機(jī)節(jié)能方案的新技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)掘節(jié)能潛力，深入研究存在問(wèn)題的機(jī)理，使得新的節(jié)能方案在創(chuàng)建節(jié)約環(huán)保型電廠中發(fā)揮更好的作用，并希望通過(guò)本文研究的結(jié)論能對(duì)同類電站節(jié)能改造有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣永華等.變頻調(diào)速技術(shù)的行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2011.

[2] [2]侯志林，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表[M]機(jī)械工業(yè)出版社. 2006.

 

 

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