熱電聯(lián)產(chǎn)機組對外供熱系統(tǒng)抽汽方式優(yōu)化

于俊紅

摘要：文章針對某熱電聯(lián)產(chǎn)工程的對外供熱系統(tǒng)抽汽方式的選擇問題，通過對三個抽汽方案的綜合經(jīng)濟比較，提出該工程最優(yōu)化的對外供熱抽汽方式：引風機背壓式汽輪機排汽供對外工業(yè)用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；對外供熱；抽汽方式；引風機；背壓式汽輪機；工業(yè)供汽 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK269 文章編號：1009-2374（2016）16-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.017某熱電聯(lián)產(chǎn)工程位于電力和供熱需求較大的江蘇省，是2×660MW超超臨界二次再熱機組[31MPa（a）/

600℃/620℃/620℃]。

1 對外供熱系統(tǒng)抽汽方式

本工程對外工業(yè)供汽參數(shù)為1.5MPa、350℃，每臺機組工業(yè)供汽量為156t/h（額定）、312t/h（最大）。根據(jù)660MW二次再熱機組熱平衡圖，汽輪機二次再熱冷段和汽輪機四級抽汽作為對外工業(yè)供汽的汽源較合適。

引風機擬采用背壓式汽輪機驅(qū)動，其背壓排汽可作為對外工業(yè)供汽的汽源。經(jīng)咨詢引風機小機廠，二次再熱熱段的溫度過高，用于引風機小機進汽不經(jīng)濟；二次再熱冷段壓力和溫度能滿足引風機小機進汽要求，故本工程選擇二次再熱冷段的蒸汽作為引風機背壓式汽輪機的汽源。額定抽汽工況引風機小汽機單臺用汽量約為65t/h，每臺機組引風機用汽量共130t/h。

本工程對外供熱系統(tǒng)抽汽方式有如下方案：

方案一：對外工業(yè)供汽的汽源為二次再熱冷段，引風機采用電機驅(qū)動。汽輪機二次再熱冷段參數(shù)為3.32MPa、442℃，減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽。額定抽汽工況下，二次再熱冷段抽汽為148t/h，另加8t/h減溫水，單臺機組對外供工業(yè)蒸汽量共計156t/h。

方案二：對外工業(yè)供汽的汽源為四級抽汽，引風機采用電機驅(qū)動。汽輪機四級抽汽參數(shù)為1.5MPa、500℃，減溫至350℃后對外供工業(yè)用汽。額定抽汽工況下，四抽抽汽141t/h，另加15t/h減溫水，單臺機組對外供工業(yè)汽量共計156t/h。

方案三：引風機汽驅(qū)，汽源為二次再熱冷段，參數(shù)約為3.319MPa、442℃。采用背壓式引風機汽輪機，排汽參數(shù)為1.5MPa、350℃，排汽至工業(yè)用汽系統(tǒng)。額定抽汽工況下，引風機汽輪機背壓排汽130t/h，另外需從二次再熱冷段抽汽24t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽，減溫水量為2t/h，單臺機組對外供工業(yè)蒸汽量共計156t/h。

2 經(jīng)濟效益比較

2.1 初投資比較

相對于電機驅(qū)動的引風機系統(tǒng)，汽機驅(qū)動引風機系統(tǒng)復雜、設(shè)備較多，需增加相應(yīng)的汽水管道，由于與主汽輪機的熱力系統(tǒng)關(guān)系較緊密，對控制系統(tǒng)要求也

較高。

由于引風機的轉(zhuǎn)速較低，驅(qū)動引風機的小汽機轉(zhuǎn)速較高，汽動引風機需通過齒輪箱減速后與引風機相連，引風機與小汽機之間存在較大的轉(zhuǎn)速比（一般約為6～7），所配置的減速齒輪箱需同時滿足大功率、高轉(zhuǎn)速（輸入端）、大速比的要求，為保證性能，目前一般采用進口的、可靠性較高的行星齒輪，成本也相應(yīng)提高。

當給水泵采用汽輪機驅(qū)動時，引風機就成為最大的廠用電用戶，如果采用汽輪機驅(qū)動引風機，將大幅度減少電氣高廠變?nèi)萘?、高壓電纜及開關(guān)柜的用量，最終達到降低廠用電率、增加上網(wǎng)電量的目的。

上述三個對外供熱系統(tǒng)抽汽方案的初投資比較（按兩臺機組）見表1：

2.2 機組運行經(jīng)濟性計算

以下技術(shù)經(jīng)濟分析計算的前提條件為：

經(jīng)濟比較以帶額定工業(yè)負荷；機組的發(fā)電利用小時數(shù)為5500小時；三個方案年發(fā)電量（對應(yīng)發(fā)電利用小時數(shù)為5500h）相同；鍋爐保證效率為95%；管道效率99%；標準煤價為750元/噸。標桿電價為0.431元/kWh。廠用電率按引風機軸功率6740kW計算，電動驅(qū)動時廠用電率為3.44%，汽動驅(qū)動時廠用電率為2.63%。三個方案的運行經(jīng)濟指標對比見表2（按兩臺機組）：

2.3 綜合經(jīng)濟性比較

2.3.1 動態(tài)投資回收期比較。根據(jù)三種方案的年增收費用及投資差異的比較，采用動態(tài)投資回收法計算投資回收年限，從而分析各方案的經(jīng)濟性。

投資回收年限：n=log（1+i）{1/[1-ΔU×i/（ΔB×Cc）]}

式中：ΔU為工程投資增加的費用（萬元）；ΔB為節(jié)約標煤量（萬噸/年）；Cc為燃料價格（元/噸），本工程標煤價按750元/噸；i為年利率（%），本工程i=5.4%。

計算結(jié)果如下（按兩臺機組）：

初投資費用差別：方案二比方案一多5萬元，方案三比方案一多2990萬元。

年增收費用：方案二比方案一少65萬元，方案三比方案一多2311萬元。

經(jīng)動態(tài)投資回收期計算得：方案二相比方案一投資無法回收，方案三相比方案一動態(tài)投資回收期為1.38年。

2.3.2 費用現(xiàn)值法比較。采用費用現(xiàn)值法，在經(jīng)濟運行年限內(nèi)，將方案二、方案三相對方案一每年節(jié)省的費用進行折現(xiàn)，同時與方案二、方案三的初投資相對方案一多投資的費用相減，可測算出各方案的相對收益。公式如下：

相對收益=相對年運行費用節(jié)省值×折現(xiàn)系數(shù)-初投資相對增加值

折現(xiàn)系數(shù)=[（1+i）n-1]/[i×（1+i）n]

式中：i是貸款利率；n是經(jīng)濟年限。

取i=5.40%，n=20求得20年的折現(xiàn)系數(shù)為12.05。

根據(jù)前面三種方案的運行費用及投資差異的比較，采用費用現(xiàn)值法將運行費用折算到電廠經(jīng)濟壽命周期內(nèi)機組的相對收益比較如下（按兩臺機組）：

初投資相對增加值：方案二比方案一多5萬元，方案三比方案一多2990萬元。

相對年運行費用節(jié)省值；方案二比方案一少65萬元，方案三比方案一多2311萬元。

20年總收益：方案二比方案一少-788萬元，方案三比方案一多24858萬元。

2.3.3 綜合經(jīng)濟性比較結(jié)論。通過動態(tài)投資回收年限比較和費用現(xiàn)值法比較，方案三均為最優(yōu)。

方案一：電動機驅(qū)動引風機是成熟方案，啟停和運行中調(diào)節(jié)靈活平穩(wěn)，可滿足運行中變負荷工況的需要。電氣、熱工控制系統(tǒng)簡單可靠，運行人員操作方便。工業(yè)供汽汽源為四抽，汽機熱耗在三個方案中是最低的。但相對于方案三廠用電率明顯增加，供電收益低。

方案二：采用電動機驅(qū)動引風機，工業(yè)供汽汽源為二次再熱冷段，汽機熱耗比方案一稍高，但用電率明顯增加，在三個方案中收益最低。

方案三：引風機采用背壓式汽輪機驅(qū)動，背壓機排汽用于對外供熱，充分利用排汽的汽化潛熱，減少汽輪機冷端損失。雖然初投資增大、汽機熱耗稍高，但廠用電率低，在三個方案中收益最高。

因此，方案三最經(jīng)濟，方案一次之，方案二最差。本工程推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽供工業(yè)用汽。

3 工業(yè)用汽可靠性分析

本工程推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽作為對外工業(yè)用汽的汽源，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。

3.1 2×660MW機組滿負荷運行

3.1.1 工業(yè)供汽量為2×156t/h時，引風機汽輪機背壓排汽2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×24t/h減溫

減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×2t/h。

3.1.2 工業(yè)供汽量為2×（130～156）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為2×130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～24）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×（0～2）t/h。

3.1.3 工業(yè)供汽量為2×（78～130）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為2×130t/h，多余排汽排至汽輪機四級抽汽。

3.1.4 工業(yè)供汽量為2×（0～78）t/h時，引風機電驅(qū)，對外工業(yè)供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.2 1×660MW機組滿負荷運行，另一臺機故障

3.2.1 工業(yè)供汽量為312t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽168t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽，減溫水量為14t/h。

3.2.2 工業(yè)供汽量為（130～312）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，需從二次再熱冷段抽汽2×（0～168）t/h減溫減壓至1.5MPa、350℃對外供工業(yè)用汽，減溫水量為2×（0～14）t/h。

3.2.3 工業(yè)供汽量為2×（78～130）t/h時，引風機汽輪機背壓排汽為130t/h，多余排汽排至汽輪機四級抽汽。

3.2.4 工業(yè)供汽量為2×（0～78）t/h時，引風機電驅(qū)，對外工業(yè)供汽由二次再熱冷段抽汽減溫減壓提供。

3.3 2×660MW機組低負荷運行

根據(jù)外部工業(yè)熱負荷的具體情況，實時切換引風機備用電機或再熱冷段抽汽減溫減壓器，滿足對外工業(yè)供汽需求。

綜上所述，本工程推薦采用方案三，滿足對外工業(yè)用汽可靠性要求。

4 結(jié)語

通過對外供熱系統(tǒng)抽汽方式綜合經(jīng)濟性比較得出：方案三雖然初投資比方案一高2990萬元、比方案二高2985萬元，但供電煤耗最低、對外供電收益最高，20年總收益比方案一、方案二分別高24858萬元、25646萬元，經(jīng)濟效益顯著。因此本工程供熱系統(tǒng)抽汽方式推薦采用方案三，即引風機背壓式汽輪機排汽供工業(yè)用汽，少量不足部分由二次再熱冷段抽汽減溫減壓后提供。