凝汽机改为背压机技术经济性分析与节能途径

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摘要：本文通过背压机技术经济性分析，论述了背压机的煤耗计算及节能途径，和增加背压机的经济比较。提出了背压式汽轮机提高经济效益的途径。

关键词：背压机技术 经济 分析煤耗节能

中图分类号：TG315.4文献标识码： A

背压式汽轮机，一方面拖动发电机输出电能，另一方面将其排汽送入热网，即属热电联产。由于排汽热量直接供给热用户而无冷源损失，其燃料的热量在理论上被全部利用，所以背压式供热机组的生产方式是当前最经济的一种热电生产方式。

采用背压式汽轮机最主要的优点是热能利用系数较高投资费用低。但是，这种装置生产的热、电量是互相制约而不能单独调节的。它的主要缺点是不能单独按用户需要来调节电负荷或热负荷，因为供电和供热互相有牵制。当热负荷增加时，发电量也随着增加，当热负荷减少时，发电量也随着减少。在实际生产中都是按照热负荷的多少来决定发电量的多少。因而机组在热负荷变化时，电负荷波动较大，且当流量偏离设计值较多时，机组的相对内效率显著下降，作功能力损失大。

1、背压机煤耗的计算及节煤条件

1.1发电煤耗的计算公式的讨论

反映机组技术经济水平最主要的指标是发电煤耗。因此，准确的计算背压机组煤耗，是正确评价机组运行经济性的依据，亦为热电厂的节能工作起指导作用。背压式汽轮机的发电煤耗，一般按下式计算：

be = (1)

式中 ηb 一锅炉效率；

ηp一管道效率；

ηm一汽轮机机械效率；

ηg一发电机效率。

由上式可知，背压式供热机组的发电煤耗，与锅炉效率、管道效率、汽轮机机械效率和发电机效率有关。这用来计算大型背压式机组的发电煤耗误差较小，是合理的；但此式用于计算中小型背压机的煤耗时，与实际情况偏差较多，即实际运行煤耗比计算值大。产生误差的原因是由于机组容量小、发电量少，一些微小的损失，对大型背压机组影响较小，可忽略不计，而对中小型背压机组影响较明显，不能忽视。例如，轴封漏汽埙失，在热力计算中是考虑在汽轮机内效率中的，而对于纯热电联产的背压机组的发电煤耗与内效率无关，也就是漏汽损失在计算煤耗时被忽略了；又如，全厂性汽水损失，回热系统保温不良而造成的散热损失等因素，亦影响背压机组的供热、发电煤耗，因此，在考虑了以上损失后，中小型背压机组的实际发电煤耗采用下式计算比较切合实际：

b´e = ( 2 )

式中，ηx 一轴封漏汽及其他全厂性汽水损失对煤耗影响的折合系数；

ηy一回热系统影响的折合系数。

ηx、ηy数值的大小与供热机组的参数、容量大小有关。一般中参数小型机组的ηx、ηy分别为0.84～0.95及0.8～0.9；高参数大型机组分别为0.94～0.97及0.9～1。如果机组热负荷太低，其ηx、ηy值将超出这一范围而偏低。

现以公司B6-3.43/0.490型背压机组为例，用式（1）、（2）分别计算其发电煤耗。

汽轮机：B6-3.43/0.490型，进汽参数P0=3.43MPa,t0=435℃；排汽压力Pc=0.490MPa，电功率N=6000kw,排汽量Dc=63.5t/h；汽轮机相对内效率ηoi=75.53%,机械效率ηm=98%,发电机效率ηg=96%,管道效率ηp=98%.。

锅炉：一台75t/h循环流化床锅炉，锅炉效率ηb=86.9%。轴封漏汽及全厂汽水损失折合系数，对中压机组ηx=0.84～0.95，本机取ηx＝0.9。回热系统影响折合系数，对中压机组ηy=0.8～0.9，本机取ηy=0.86。用式(1)计算得be = 154g/kw·h , 如用式(2)计算，则b´e =198g/kw·h , 而用式(2)计算出的该型机发电煤耗接近实测值，因而是较符合实际的。

1.2以生产统计数字来计算发电煤耗

针对我公司设备服役时间长，年久失修、滴漏跑冒多、计量手段少的实际情况，多采用根据生产部门统计数据来计算发电煤耗的，这样计算虽然数值比较大，但却把各种损失都计算在内了，是符合我公司实际情况的。

根据生产部门统计数据从2012年10月7日开始，截止到2013年3月25日。

累计发电量1672.56万度，供电量1003.11万度，厂用电量639.82万度,厂用电率38.03%。

累计耗煤83391吨，平均发热量42卡，其中蒸汽锅炉耗煤52467吨，热水锅炉耗煤30924吨。

总产汽量218429吨，发电耗汽量149650吨。发电汽耗率8.95kg/kw·h。

根据发电耗汽量计算的发电煤耗为131g/kw·h,根据耗煤计算的发电煤耗为1891g/kw·h。这是因为根据耗煤计算的发电煤耗是将蒸汽直接供暖和电厂内部采暖用汽等全部损失都计算在内了。

1.3增加背压机的可能性

现实有供热面积134万平方米，综合采暖热指标为57W/m2。热负荷为76.38MW。汽轮机平均排汽为45.5t/h,供热负荷为36.34MW,可见现有背压式汽轮机不能满足供暖的需要，不足的部分由蒸汽直供和热水锅炉来承担。

若再增加一台背压式汽轮机按同样的运行条件计算，则供热负荷为36.34×2=72.68MW，与采暖热负荷相差76.38-72.68=3.7MW，基本上满足了采暖的需要，这点差距可忽略不计。可以停用热水锅炉，同样多的煤若采用背压机运行可多产生发电效益。

现有背压机供电1003.11万度，发电效益为：

0.394×1003.11×10000=3952253.4元=395.22534万元。

若增加一台背压机后按同样条件运行，可多发电1672.56万度，发电效益为：

0.394×1672.56×10000=6589886.4元=658.98864万元。

这是截止到3月25日的统计，若统计到供暖期结束时，发电产生的效益将更多。

凝汽机改为背压机需要的资金不超过300万元，用多发电产生的收益不到半个采暖期即可全部收回。即使考虑到两台机组不同时运行的情况，估算一个供暖期至少可多产生效益500万元。

2、背压机节能途径

由以上对背压机发电煤耗计算的分析可以看出，机组热负荷、汽轮机进排汽参数、以及泄漏和散热等外部损失，是影响背压机发电节能效果的主要因素。因此，改善和提高背压机组热经济性应从以下几个方面着手。

a.保持机组在经济热负荷下运行

由于背压机组的发电是按热负荷运行，以热定电，其电功率取决于热负荷的大小。因此，随着热负荷的降低，电负荷亦随之减少。同时，因流经汽轮机通流部分的蒸汽量减小，不但机组内部㶲损增加、内效率下降，而且机组的机械损失、发电机损失，以及汽封漏汽损失和全厂汽水损失的比损加大，于是发电汽耗增大，发电煤耗上升。如果热负荷太低，有可能满足不了节约燃料条件，甚至多耗能。从以上分析可知，背压机只有维持在连续稳定的经济负荷或额定负荷下运行，其显著节能效益才能体现出来。这样，用供热机组带基本负荷，用减温减压器承担只占全年热负荷8%左右的尖峰负荷，使之提高热电厂的经济性。

b．适当提高蒸汽初参数和降低排汽压力

如上所述，为了多节约燃料，对运行的热电厂，其供热机组热化发电量越多越好。而背压机组的热化发电功率的大小由下式确定：

N＝（3）

式中io一汽轮机进汽焓，KJ/kg ；

in一汽轮机排汽焓，KJ/kg 。

显然，当机组进汽量Do一定，并假定机组的相对内效率ηoi、机械效率ηm和发电机效率ηg不变时，提高进汽初焓io，同时降低排汽焓in，就可以提高蒸汽作功能力，增加机组热化发电功率，亦即提高机组效率，改善其供热机组热经济性。

提高初压和初温，可提高初焓io，但是，当出力一定，初温一定时，初压的提高是有一定限度的。当初压上升到超越某一定值后，蒸汽的有用焓降有可能减少，也就是提高初压将会带来相反的效果。然而，在条件允许的情况，提高初温总是有利的。需要指出的是，对于已投运的机组，则不能随意提高初参数，只要保持机组的额定进汽参数下运行也就是最经济的。对于已运行的某种型式的机组，由于初压初温只能控制在规定的范围内变化。因此排汽压力的大小就成为背压机组热化发电的热焓利用程度的决定因素了。供热机组的排汽压力受热用户对汽压的要求和热网管道阻力的限制。但在运行实践中发现，热用户所要求的蒸汽参数，往住比实际工艺需求的高，热电厂有降低排汽压力的潜力。例如，5号汽轮机设计排汽压力Pc=0.490MPa，排汽温度235℃。但在实际运行时，冬季最高负荷时排汽压力才只有0.15MPa，排汽温度210℃，平均排汽压力0.10MPa，排汽温度200℃。可使热化发电的可用焓降增加54KJ/kg ，当电厂向热用户供应6Ot/h的工业用汽，并以年运行3288小时计算，则热化发电量增加295万Kw·h 。此外，改善热网管道补偿性能，如采用波纹补偿器等型式代替传统的方形补偿器，可减少管道流阻损失，也就相应降低电厂供汽压力，从而提高机组热经济性。

c ．合理调节回热用汽汽源

给水回热，可视为内部热化，ηt、ηi亦都为1。对于背压机组，具有完善的回热给水加热系统，在一定量的外部供热情况下，可增加机组进汽量，提高热化发电比；同时可以增加机组调节热负荷的手段，如热负荷较低时，投入回热系统，可以减少机炉偏离额定工况值，改善热负荷特性，诸如此类，均提高了热电厂热经济性。

d ．其他措施

从式(2)中还可以看出，提高锅炉效率，完善机组设计、减少漏汽损失加强保温措施，尽可能降低汽水损失率和完善热力系统等，亦可改善背压机组热经济性，降低媒耗。

3 、结论

a. 热电联产，是节能和改善环境的有效途径；而背压式汽轮机是热电联产设备中热经济性最高的机型，在设计工况下运行，其发电煤耗仅为凝汽式机组的一半左右。

b．背压机组的发电煤耗，除了要考虑锅炉效率、汽轮机的机械效率、发电机效率和管道效率外，还应考虑汽轮机轴封漏汽损失，全厂汽水损失，散热损失等因素对煤耗的影响。

c ．背压机是以热定电。其发电的不利因素是强迫电负荷造成的电网补偿电量。所以该机型发电节煤亦是有条件的；当一年中较多地偏离设计工况运行，就有可能不节能。因此，背压机只适于带基本热负荷或热负荷变化不大的情况下运行，才显示出显著的节能效果。

d ．尽可能提高机组的热化发电比、适当提高进汽参数和降低排汽压力，以及减少机组外部损失和改善机组相对内效率等，是提高背压机发电效益的重要途径。

E．增加一台背压式汽轮机可满足现有供热面积的需要，高峰时两台机组同时运行，低谷时一台机组运行，而且一台机组有事时，另一台可继续运行发电供暖互不影响，可减少网购电量增加公司效益。

参考文献：

[1]集中供热与节能—全国集中供热学术会议论文选编，机械工业出版社，1982年12月.

[2]武昌热电厂.徐鸣 徐奇涣《背压式汽轮机技术经济性分析及节能途径》.

[3]郑体宽；热力发电厂，水电出版社，1985年10月.