自備汽輪發(fā)電機組為企業(yè)帶來節(jié)能效益

上海美亞金橋能源有限公司 范琳琳

1 概況

上海美亞金橋能源有限公司（以下簡稱上海美亞公司）是美亞電力中國控股公司與上海燃料公司、上海金橋開發(fā)公司于1995年11月開始合作投資生產(chǎn)經(jīng)營蒸汽熱能的企業(yè)。公司總部位于上海市浦東新區(qū)川橋路125號。上海美亞公司現(xiàn)有鍋爐13臺，合計蒸發(fā)量315t/h，為落戶于上海浦東金橋開發(fā)區(qū)的通用汽車、夏普電器、華虹電子、華山醫(yī)院等77家企業(yè)供應蒸汽熱能。

1.1 能耗情況

上海美亞公司的第一熱源生產(chǎn)廠位于上海市浦東金橋開發(fā)區(qū)的#3地塊，現(xiàn)有燃煤鍋爐6臺，其中20t/h鏈條鍋爐3臺、35t/h循環(huán)流化床鍋爐3臺，合計蒸發(fā)量165t/h。年均外供蒸汽量61.5萬噸、消耗原煤11萬 噸、折合標準煤7.9萬 噸。

企業(yè)6臺生產(chǎn)動力以及辦公、生活等年均消耗電能 1050萬 kWh；每小時消耗電量 850～1500kWh。

1.2 熱力參數(shù)

上海美亞公司供熱管網(wǎng)始建于1998年，設計溫度250℃、壓力1.25MPa；3臺20t/h鏈條鍋爐建于1998～1999年，鍋爐出口蒸汽溫度250℃、壓力1.25MPa；3臺35t/h循環(huán)流化床鍋爐建于2004～2006年，鍋爐出口蒸汽溫度450℃、壓力3.82MPa。因擴建的3臺35t/h循環(huán)流化床鍋爐出口設計參數(shù)高于供熱管網(wǎng)，在輸入熱力管網(wǎng)之前必須經(jīng)過強制的減溫減壓處理。

2 降低能耗可行性分析

2.1 熱能損失

隨著金橋開發(fā)區(qū)外來企業(yè)的不斷遞增，區(qū)域工業(yè)蒸汽需求量日益增長，上海美亞公司于2004～2006年在第一熱源廠先后擴建了3臺UG-35/3.82-M4型循環(huán)流化床鍋爐。UG-35/3.82-M4型循環(huán)流化床鍋爐是無錫鍋爐廠為6MW凝汽輪發(fā)電機組配套的電站鍋爐，鍋爐蒸汽參數(shù)為溫度450℃、壓力3.82Mpa。由于鍋爐蒸汽參數(shù)高于目前上海美亞公司供熱管網(wǎng)的設計參數(shù)，在實際生產(chǎn)運營中，為確保供熱管網(wǎng)的安全運行，必須將3臺35t/h鍋爐出口的105t/h蒸汽經(jīng)過減溫減壓處理到小于或等于250℃、1.25MPa后送入總長31000米的環(huán)狀熱力管網(wǎng)供出（參見表1）。

表1 蒸汽減壓前后鍋爐出口蒸汽減壓前后熱力參數(shù)值對比

強制降低水蒸汽的溫度、壓力以及大溫差傳熱，都將會產(chǎn)生傳熱過程的熵增和不可逆熱量損失。鍋爐出口蒸汽經(jīng)過減溫減壓處理后，雖然噴入減壓器的減溫水轉(zhuǎn)換成蒸汽，使供出的蒸汽量大于鍋爐的蒸發(fā)量，但是在對蒸汽進行減溫減壓的同時必然因不可逆熱力過程產(chǎn)生熵增和熱量損失（參見表 2）。

表2計算數(shù)據(jù)表明，將105t/h鍋爐蒸汽經(jīng)過減溫減壓處理后，理論上因熵增每小時損失的熱量值為2780000kj/h。

表2 過熱蒸汽減壓、減溫產(chǎn)生的熱量損失計算

2.2 生產(chǎn)消耗電量

上海美亞公司的第一熱源生產(chǎn)廠6臺燃煤鍋爐共有引風機、送風機、給煤機、給水泵、二次風機、電除塵器、空氣壓縮機；加上輸煤、消防、水處理等公用設備合計用電負荷1600kw。日均消耗電量30000kWh，單位時間耗電1250kWh。對應產(chǎn)出每噸蒸汽需要消耗電能14kWh/t。

3 擴建自備汽輪發(fā)電機組

為有效利用3臺UG-35/3.82-M4型循環(huán)流化床鍋爐富余蒸汽參數(shù)的能量，降低因?qū)﹀仩t蒸汽進行減溫減壓引起熵增造成的熱損失，上海美亞公司于2006年提出在第一熱源廠擴建1臺自備汽輪發(fā)電機組的議題。意在將部分損失的熱能轉(zhuǎn)化為電能，解決部分生產(chǎn)用電，實現(xiàn)減少熱力損失，節(jié)省能源消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

根據(jù)上海美亞公司與上海國電公司簽署“同意發(fā)電機組并入華東電網(wǎng)，但是不能向電網(wǎng)輸送電量”有關(guān)協(xié)議；根據(jù)UG-35/3.82-M4型循環(huán)流化床鍋爐蒸汽參數(shù)和供熱管網(wǎng)設計熱力參數(shù)；再根據(jù)國內(nèi)小型汽輪發(fā)電機組生產(chǎn)企業(yè)定型產(chǎn)品性能及相關(guān)資料，經(jīng)過有關(guān)專家深入專題探討和廣泛征集建議，最終優(yōu)先選擇了青島汽輪機廠生產(chǎn)的B1.5-3.41/1.27背壓汽輪機發(fā)電機組。選用該發(fā)電機組后的鍋爐、汽輪機、供熱管網(wǎng)熱力參數(shù)見表3。

表3 鍋爐、汽輪機、供熱管網(wǎng)熱力參數(shù)對比表

B1.5-3.41/1.27背壓汽輪機發(fā)電機組的進汽參數(shù)與UG-35/3.82-M4型循環(huán)流化床鍋爐蒸汽參數(shù)匹配，排汽參數(shù)接近上海美亞公司供熱管網(wǎng)設計蒸汽參數(shù)。鍋爐出口蒸汽經(jīng)過汽輪機做功發(fā)電，排出背壓蒸汽僅需減溫處理就可并入供熱管網(wǎng)。

2007年上海美亞公司擴建了1臺由青島汽輪機廠制造的B1.5-3.41/1.27背壓汽輪機發(fā)電機組，于2008年4月投入生產(chǎn)運行，使過去單一的供熱企業(yè)，成為熱電聯(lián)產(chǎn)的能源企業(yè)。

4 節(jié)能效果

上海美亞公司在2007年擴建B1.5-3.41/1.27型汽輪發(fā)電機組的同時，將原3臺UG-35/3.82-M4型鍋爐各自獨立的主蒸汽系統(tǒng)改進成切換母管制系統(tǒng)，形成了任何1臺鍋爐可單獨或3臺鍋爐可同時與汽輪機主蒸汽母管并列運行（見圖1）。

自2008年4月B1.5-3.41/1.27背壓汽輪機發(fā)電機組投入運行至今，機組運行狀況穩(wěn)定，外購電量顯著減少，為上海美亞公司帶來了可觀的節(jié)能和經(jīng)濟效益，詳見表4和圖2、圖3。

2008年上海美亞公司第一熱源廠汽輪發(fā)電機組投入運行后，平均每個月同比減少消耗（購入）電量627500kwh，每年可節(jié)約電網(wǎng)電量150.6×104kwh，折合標準煤5271噸（發(fā)電煤耗按350g/kwh計算）。

表4 2007～2008年生產(chǎn)經(jīng)濟指標對比

投入汽輪發(fā)電機組運行后，鍋爐產(chǎn)出蒸汽經(jīng)過汽輪機做功消耗了部分能量，使平均外供每噸蒸汽消耗的標準煤同比增加了4kg/t。上海美亞公司第一熱源廠平均每年產(chǎn)出蒸汽量為615000噸，因投運汽輪發(fā)電機組運行使每年外供每噸蒸汽增加的標準煤消 耗 量 為 2460（615000×0.004）噸。

平均每年企業(yè)的發(fā)電量折算的節(jié)約標煤消耗（5271噸）與蒸汽發(fā)電而增加的標煤消耗（2460噸）之差為整體節(jié)約標準煤量（5271-2460=2811）2811噸。

5 結(jié)論：

上海美亞金橋能源有限公司運用工程熱力學熵增與熱損失原理為切入點，利用業(yè)已建成的燃煤鍋爐單一供熱具有的富裕參數(shù)，通過投建汽輪發(fā)電機組有效回收曾被廢棄的能量。通過一系列真實且有價值的參數(shù)數(shù)據(jù)進行經(jīng)濟對比，總結(jié)出企業(yè)擴建1臺1.5MW背壓汽輪發(fā)電機組后，因自發(fā)電而減少外購電量所獲得能量，與蒸汽做功損失的能量的價值綜合比較，使企業(yè)每年可獲得節(jié)約2811噸標準煤的成效，此做法具有一定的推廣價值，值得同類供熱企業(yè)借鑒、參考。

龐麓鳴，汪孟樂，馮海仙，工程熱力學，人民出版社，1982.