供熱機(jī)組熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)節(jié)能優(yōu)化

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(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

供熱機(jī)組熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)節(jié)能優(yōu)化

朱斌帥,李仰義,宋國(guó)亮

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

熱網(wǎng)循環(huán)泵是供熱機(jī)組在供熱期間主要耗功輔機(jī)之一，傳統(tǒng)的配置方式采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，引起冬季供暖期間廠用電率上升，部分電廠改用工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)為熱網(wǎng)循環(huán)泵提供動(dòng)力。本文提出以參數(shù)等級(jí)較低的采暖抽汽驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)來(lái)帶動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵的方案，并對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)、采暖抽汽驅(qū)動(dòng)三種方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性計(jì)算比較。計(jì)算結(jié)果表明，工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)方案的經(jīng)濟(jì)性與電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案相差不大，采用采暖抽汽驅(qū)動(dòng)的方案具有較好的節(jié)能效果。

供熱；熱網(wǎng)循環(huán)泵；驅(qū)動(dòng)；節(jié)能；優(yōu)化

熱網(wǎng)循環(huán)泵是熱電企業(yè)向熱用戶輸送供熱介質(zhì)的動(dòng)力來(lái)源，也是熱電企業(yè)供暖期間廠用電消耗的主要輔機(jī)之一[1]。北方嚴(yán)寒地區(qū)供暖時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)半年，且在此期間設(shè)備不停運(yùn)轉(zhuǎn)，因此熱網(wǎng)循環(huán)泵耗能總量較大[2]。若能采取有效節(jié)能措施，將為熱電企業(yè)提升利潤(rùn)水平發(fā)揮重要作用。

1 方案介紹

為降低廠用電率，部分電廠采用了背壓機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵的方案[3-5]。該方案通常還具有轉(zhuǎn)速可調(diào)整的特點(diǎn)，省去了電泵方案的變頻調(diào)速裝置[6-7]。驅(qū)動(dòng)汽源常規(guī)采用參數(shù)等級(jí)較高的工業(yè)抽汽，為進(jìn)一步利用背壓機(jī)排汽余熱，直接將排汽排入熱網(wǎng)加熱器用于加熱熱網(wǎng)水。系統(tǒng)示意圖如圖1(a)所示。

圖1 汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動(dòng)背壓機(jī)帶動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵方案示意圖

事實(shí)上，工業(yè)抽汽的參數(shù)等級(jí)較高，具有較強(qiáng)的做功能力，而小汽輪機(jī)的效率往往低于主汽輪機(jī)[8]，因此，采用工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)小汽機(jī)來(lái)帶動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵從節(jié)能經(jīng)濟(jì)性角度看還具有一定的提升空間。采暖抽汽壓力一般設(shè)計(jì)為0.25～0.6 MPa，熱網(wǎng)回水溫度為60～70℃，熱網(wǎng)出水溫度為90～120℃[9]。可見(jiàn)，采暖抽汽加熱熱網(wǎng)水同樣有一定的可用能損失，如果先利用采暖抽汽驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)做功，再用小汽機(jī)排汽加熱熱網(wǎng)水，則可以充分實(shí)現(xiàn)較低品位蒸汽的能量梯度利用。該方案的系統(tǒng)示意圖如圖1(b)所示，熱網(wǎng)水采用兩級(jí)加熱，其中小汽機(jī)排汽至單獨(dú)設(shè)置的一級(jí)熱網(wǎng)加熱器，小汽機(jī)排汽壓力設(shè)計(jì)為0.15 MPa。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 分析方法

采用汽泵方案時(shí)，節(jié)省了電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的耗電量P；但抽汽量相對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案而言會(huì)增加，該增量部分的抽汽因未在主汽輪機(jī)中做功而導(dǎo)致主機(jī)出力損失W。當(dāng)P>W時(shí)，說(shuō)明汽泵方案以較小的主機(jī)出力損失滿足了較大的驅(qū)動(dòng)能力需求，此時(shí)汽泵方案優(yōu)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，且兩者的差距越大，則說(shuō)明汽泵方案的經(jīng)濟(jì)性越強(qiáng)。

其中，汽泵方案的主機(jī)出力損失涉及兩方面因素：一方面是小汽機(jī)消耗蒸汽未在主機(jī)中做功造成的損失W1，另一方面小汽機(jī)排汽加熱熱網(wǎng)水排擠了部分采暖抽汽，該部分被排擠的采暖抽汽可在主機(jī)中做功W2，兩者的差值即為主機(jī)出力損失W。W1、W2按等效焓降法求得[10-12]。

2.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

下面以某熱電廠供熱機(jī)組為例進(jìn)行不同驅(qū)動(dòng)方案的經(jīng)濟(jì)性比較，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的330 MW雙抽凝汽式汽輪機(jī)組，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 冬季供熱額定抽汽工況參數(shù)表

單臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵采用不同驅(qū)動(dòng)方案時(shí)的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果如表2所示。其中，主機(jī)機(jī)械效率為98%，發(fā)電機(jī)效率為98%，小汽機(jī)綜合效率為65%。

表2 不同驅(qū)動(dòng)方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

結(jié)果表明，單臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵采用工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)時(shí)，比電機(jī)驅(qū)動(dòng)僅節(jié)能了59 kW，約占電機(jī)耗功量的4.13%；而采用采暖抽汽驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，比電機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)能了1 418 kW，節(jié)能率高達(dá)99.3%，此時(shí)采暖抽汽總耗汽量?jī)H比電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案增加了70 kg/h。

分析其原因，主要是由于工業(yè)抽汽參數(shù)較高，可用能損失較大，其未在主汽輪機(jī)中做功而引起的主機(jī)出力損失已接近所替代的電機(jī)功率，所以實(shí)際節(jié)能量較小，在某些邊界條件變動(dòng)時(shí)甚至可能不節(jié)能。而采暖抽汽參數(shù)較低，在主機(jī)中的做功能力小，且一級(jí)熱網(wǎng)加熱器工作壓力比二級(jí)熱網(wǎng)加熱器低，單位流量小汽機(jī)排汽在一級(jí)加熱器中放出熱量與單位流量采暖抽汽在二級(jí)加熱器中放出熱量已大體相當(dāng)，因此部分采暖抽汽先用于小汽機(jī)做功后再加熱熱網(wǎng)水，對(duì)采暖抽汽總量影響很小。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)所述三種熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)方案中，采暖抽汽驅(qū)動(dòng)汽泵方案由于蒸汽品位低，且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量梯度利用，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。該結(jié)論同樣適用于其它功率等級(jí)機(jī)組。

(2)工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)汽泵方案與電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案相比，降低了廠用電率，但總體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)，節(jié)能效果不明顯。

(3)采用汽泵方案需充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的布置條件，并通過(guò)優(yōu)化小汽機(jī)背壓、提高小汽機(jī)內(nèi)效率等途徑，以縮小小汽機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸。

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StudyonEconomicDrivingForceofCirculationPumpofHeatingNetworkforCogenerationUnits

ZHU Bin-shuai,LI Yang-yi,SONG Guo-liang

(Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China)

Circulation pump of heating network (CPHN) is always driven by electromotors in traditional configuration, and it requires large amount of electric consumption, which leads to the raise of service power rate in heating season. Some thermal power plants select turbine, which is driven by industrial extraction steam (IES), to provide the power for CPHN. Another solution driven by heating extraction steam (HES) is presented in the paper, and economic comparison among above solutions is conducted. The result shows that, the economy of IES solution goes near to the electromotors solution, and HES solution has the best energy-saving effect.

heat-supply;circulation pump of heating network;driving force;energy conservation;optimization

2013-09-23修訂稿日期2013-11-30

朱斌帥(1985～)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事電廠節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。

TM621.4

A

1002-6339 (2014) 03-0366-02