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技術(shù)文章

中小熱電廠改用汽動(dòng)給水泵的經(jīng)濟(jì)效益分析
作者：劉國(guó)培
（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院熱電工程設(shè)計(jì)研究所   210096）

摘  要：中小熱電廠給水泵拖動(dòng)方式多數(shù)采用電動(dòng)方式，個(gè)別也采用汽輪機(jī)拖動(dòng)利用鍋爐富余蒸汽或工業(yè)抽汽驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)拖動(dòng)給水泵，排汽入除氧器作加熱蒸汽，是可以提高經(jīng)濟(jì)效益或節(jié)能效益。本文擬對(duì)它進(jìn)行論述，供參考。

關(guān)鍵詞：中小熱電廠  電動(dòng)給水泵  汽動(dòng)給水泵  經(jīng)濟(jì)分析

一、     前言

近年來(lái)，世界能源緊張，我國(guó)也備受影響，自2003年開(kāi)始，我國(guó)煤、電、油、運(yùn)**緊張制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的提高。尤其是近年來(lái)煤、油價(jià)格飚升，使熱電廠的熱電成本大增，而上網(wǎng)電價(jià)，熱價(jià)增長(zhǎng)有限，使熱電企業(yè)的利潤(rùn)空間越來(lái)越小，甚至造成虧損，難以維繼。為了拓展生存空間，除了政府政策支撐改善外部環(huán)境外，主要靠熱電企業(yè)本身“降本增利”進(jìn)行“節(jié)能改造”，增加熱負(fù)荷，降低消耗，提高效益、扭虧為盈的策略。其中行之有效的一項(xiàng)節(jié)能技改是改電動(dòng)給水泵為汽動(dòng)給水泵，今論析如下，供參考。

二、     給水泵拖動(dòng)方式

鍋爐給水泵的拖動(dòng)方式，一般分電動(dòng)機(jī)與汽輪機(jī)二種拖動(dòng)方式。電動(dòng)機(jī)多采用交流電動(dòng)機(jī)，所以給水泵的轉(zhuǎn)速是定速的，鍋爐給水調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)“節(jié)流”調(diào)節(jié)。但電動(dòng)機(jī)操作方便、靈活、占地小，而汽輪機(jī)拖動(dòng)，它有蒸汽管路和操作閥件，運(yùn)行較麻煩，占地也大，但可變速運(yùn)行，無(wú)“節(jié)流”損失。所以，中小熱電廠，在電網(wǎng)聯(lián)接時(shí)（上網(wǎng)）一般都采用電動(dòng)方式，只有孤立熱電廠（無(wú)電網(wǎng)時(shí)）、首期工程，為了**啟動(dòng)、鍋爐上水，必須有一臺(tái)啟動(dòng)鍋爐和配一臺(tái)蒸汽輪機(jī)拖動(dòng)的給水泵，便于**次啟動(dòng)用。

電動(dòng)給水泵耗用的是電廠的發(fā)電量（廠用電），是主機(jī)從煤經(jīng)過(guò)一系列能量轉(zhuǎn)換而成的，而汽動(dòng)給水泵是消耗的蒸汽的熱能，是由煤經(jīng)鍋爐轉(zhuǎn)換成主蒸汽做功后或不做功入給水泵小汽輪機(jī)直接拖動(dòng)給水泵。也就是說(shuō)給水泵小汽輪機(jī)的拖動(dòng)蒸汽有二種可能，一種是鍋爐的新汽，一種是入主汽輪機(jī)后，作了部分功的抽汽。后者是實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，增加了抽汽量。其排汽有二，一為排入回?zé)嵯到y(tǒng)的除氧器，作為回?zé)嵊?，另為排入供熱系統(tǒng)作為供熱量的一部分，因此熱電廠給水泵汽輪機(jī)是背壓機(jī)組，沒(méi)有冷源損失，能效很高。

三、     利用富余新汽拖動(dòng)鍋爐給水泵

1、  基本機(jī)理

在電力供應(yīng)緊缺的情況下，中小熱電廠鍋爐容量有富余時(shí)，用新汽拖動(dòng)汽動(dòng)給水泵，排汽并入外供熱網(wǎng)，減少主汽輪機(jī)的外供抽汽，同時(shí)減少?gòu)S用電，增加外供電量。在外供熱電負(fù)荷相同時(shí)，這種方法不節(jié)能，但上網(wǎng)電量增多，增加電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

2、  改造實(shí)例

（1）某開(kāi)發(fā)區(qū)熱電廠概況

設(shè)計(jì)規(guī)模：3×75t/h中溫中壓CFB鍋爐，2×C12-3.43/0.98抽凝機(jī)組。2002年底采暖期負(fù)荷100t/h，非采暖期75t/h。

采用常規(guī)設(shè)計(jì)三臺(tái)鍋爐配四臺(tái)電動(dòng)給水泵，一臺(tái)備用，三臺(tái)運(yùn)行。給水泵型號(hào)DG85-67×9，Q=85m3/h，P=6.03MPa，電動(dòng)機(jī)YKK355-2，N=250KW。在采暖期運(yùn)行時(shí)，按汽輪機(jī)外供汽100t/h，發(fā)電功率24MW計(jì)算，汽輪機(jī)進(jìn)汽量190t/h。三臺(tái)爐總產(chǎn)汽量225t/h，富余蒸汽35t/h，在非采暖期富余汽量更多。

根據(jù)新汽富余量和給水量要求，選用兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵，小背壓機(jī)做功后的排汽與汽輪機(jī)0.98MPa供熱抽汽匯合后外供。由于小背壓機(jī)補(bǔ)充了一部分外供汽，從而減少了C12機(jī)組的抽汽量。

（2）汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)主要參數(shù)

型    號(hào)：B0.25-3.5/0.98

額定功率：250KW

進(jìn)汽壓力：3.5MPa

進(jìn)汽溫度：450℃

進(jìn) 汽 量：7t/h

排汽壓力：0.98MPa

排汽溫度：330℃

排汽焓值：3176Kj/kg

額定轉(zhuǎn)速：3000rpm

（3）技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

給水泵驅(qū)動(dòng)方式由電動(dòng)改汽動(dòng)時(shí)，在冬季采暖期外供熱量100t/h，發(fā)電功率24MW。回?zé)嵯到y(tǒng)：**高加，用供熱抽汽0.98MPa、311℃加熱，給水溫度150℃；**大氣式除氧器，由0.25MPa、183℃抽汽加熱至104℃；**低加由低壓抽汽0.07MPa、111℃加熱，出水溫度電動(dòng)與汽動(dòng)方案分別為60.2℃、64.2℃.經(jīng)熱力計(jì)算得出如下表1。

表1  主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算結(jié)果
項(xiàng)  目
電動(dòng)給水泵系統(tǒng)
汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)

鍋爐產(chǎn)汽量（t/h）
190
194

外供汽量（t/h）
100
100

汽輪機(jī)進(jìn)汽量（t/h）
190
180

發(fā)電機(jī)發(fā)電功率（KW）
24000
24000

汽動(dòng)給水泵進(jìn)氣量（t/h）
/
14

給水泵電動(dòng)機(jī)功率（KW）
500
/
從表1可見(jiàn)，在外供汽量和發(fā)電功率相同的情況下，采用兩臺(tái)汽水泵后，節(jié)省電動(dòng)機(jī)功率500KW。但鍋爐產(chǎn)汽量增加4t/h，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵500KW全年節(jié)電為[設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)7000，上網(wǎng)電價(jià)0.46元/KWh]

S=500×700×0.46=161×104元。

每年鍋爐多耗煤支出生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為（當(dāng)?shù)貥?biāo)煤價(jià)420元/t）

3.98MPa，450℃， ；ηgl=0.88； gs＝628kj/kg。

S1=[（194-190）×（3394-628）×7000/0.88/29308]×420=122×104元

扣除增加燃料費(fèi)則每年增收效益為

△S=S－S1=161－122=39萬(wàn)元

設(shè)備價(jià)格投資每臺(tái)8萬(wàn)元，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵配套的管道及閥門(mén)費(fèi)用約15萬(wàn)元，增加設(shè)備投資為

S2=[（2×50+15）2×8]×104=99×104元

將電動(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水泵投資費(fèi)用進(jìn)行比較，增額的靜態(tài)投資回收期為：

TY=99/39=2.54年。

足見(jiàn)，利用富余新汽，采用汽動(dòng)給水泵拖動(dòng)，經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，經(jīng)過(guò)兩年半后即可回收投資。往后每年可為熱電企業(yè)增益39萬(wàn)元。從表1中看出，在發(fā)電量，供熱量不變情況下，鍋爐產(chǎn)汽量增加了4t/h，也就是說(shuō)冷源損失增加約4t/h，發(fā)電煤耗略有增加而已，所以有經(jīng)濟(jì)效益，并無(wú)節(jié)能效益。

四、     利用抽汽驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)給水泵

1、利用供除氧器加熱蒸汽的壓差做功

一般中小熱電廠除氧器采用大氣式，0.02Mpa壓力，加熱出水溫為104℃。加熱蒸汽采用壓力為0.05~0.1Mpa，溫度為150℃~170℃比較適宜。能級(jí)比較匹配。但是，由于種種原因，汽輪機(jī)抽汽壓力不匹配，在相當(dāng)多的熱電廠中，常遇到以供熱抽汽0.9Mpa，300℃左右作為熱源，經(jīng)閥門(mén)減壓到0.1~0.2Mpa，再送往除氧器。此時(shí)，0.9Mpa減壓至0.2Mpa的節(jié)流壓損，存在著明顯的能源損失。為此，0.9Mpa300℃供熱抽汽先進(jìn)入背壓小汽輪機(jī)，使之拖動(dòng)給水泵，排汽0.1Mpa入除氧器加熱給水。既回收了節(jié)流損失，又節(jié)省了給水泵的廠用電。同時(shí)，當(dāng)建廠初期熱負(fù)荷不夠大，往往熱電比達(dá)不到四部委[1268]號(hào)文要求的100%，（或50%）時(shí)，用供熱抽汽驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)泵可增加熱負(fù)荷，提高熱電比，爭(zhēng)取達(dá)標(biāo)，增加機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的好處。

2、利用供熱抽汽驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)泵實(shí)例

（1）某熱電廠概況

裝機(jī)容量為3萬(wàn)千瓦，兩臺(tái)C12-3.43/0.98抽凝機(jī)和一臺(tái)C6-3.43/0.98抽凝機(jī)組，配置四臺(tái)75t/h中壓中溫鍋爐，除氧器用汽量為12t/h，原采用I級(jí)工業(yè)抽汽0.98Mpa，310℃，經(jīng)節(jié)流減壓送往大氣式除氧器。鍋爐給水系統(tǒng)采用功率為320KW的三臺(tái)電動(dòng)給水泵和一臺(tái)帶變頻調(diào)節(jié)的功率為300KW的電動(dòng)給水泵。

（2）技改技經(jīng)分析

經(jīng)論證分析，將12t/h，0.98Mpa，310℃的工業(yè)抽汽先通過(guò)小型背壓汽輪機(jī)其排汽0.05~0.1 MPa，170℃左右用以加熱除氧器的汽源，則可產(chǎn)生~1000KW的電能。

0.98Mpa、310℃  =3076ki/kg；0.1 Mpa~170℃   =2946 kj/kg；ηid=0.9。

估算功率：

1200×（3076－2746）×0.9/3600=990KW≈1000KW。

可節(jié)省廠用電功率1000KW左右。（按1000KW計(jì)）

上網(wǎng)電價(jià)為前0.46元/kWh，年運(yùn)行小時(shí)7000計(jì)，

S=1000×7000×0.46=322×104元

設(shè)備價(jià)：每臺(tái)B1—0.98/0.1熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)100萬(wàn)元。同時(shí)可省去兩臺(tái)320KW電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)9萬(wàn)元，汽動(dòng)泵配套的管道及閥門(mén)費(fèi)用約13萬(wàn)元，增加設(shè)備投資為：

S1=[（100＋13）－2×13] ×104=87×104=87萬(wàn)元

可見(jiàn),將除氧加熱汽節(jié)流損失回收,采用汽動(dòng)泵方案,投資增加87萬(wàn)元而年增加上網(wǎng)電收入達(dá)322萬(wàn)元,所以靜態(tài)投資回收期不到四個(gè)月,是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益十分好的改造項(xiàng)目,而熱經(jīng)濟(jì)也是很好的,發(fā)電標(biāo)煤耗,和供熱標(biāo)煤耗不變,但多供電1000KWh/h,是熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電煤耗比熱電分供的發(fā)電煤耗低得多,所以是節(jié)能的。

五、結(jié)  論

中小熱電廠給水泵拖動(dòng)方式，常采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。建議當(dāng)采暖期*大熱負(fù)荷時(shí)全廠鍋爐蒸發(fā)量有富余時(shí)，為了節(jié)省給水泵的廠用電，可以把電動(dòng)泵改為汽動(dòng)泵，利用富余新汽入汽動(dòng)泵 汽輪機(jī)，排汽入外供熱網(wǎng)系統(tǒng)，可增加外供電量，提高經(jīng)濟(jì)效益，但一般不可能有節(jié)能效益。

另一種利用供熱抽汽驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)，排汽入回?zé)嵯到y(tǒng)除氧器。如除氧器加熱汽源原來(lái)就是來(lái)自供熱抽汽 0.98Mpa。經(jīng)減壓后入除氧器時(shí)，則回收的“節(jié)流”損失用來(lái)驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)，排汽0.1 MPa入除氧器加熱給水至104℃，其經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益是*大的。同時(shí)，利用供熱抽汽驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)，可增加供熱量。提高熱電比，使建廠初期熱電比達(dá)不到四部委[1268]號(hào)文標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增加了內(nèi)部供熱量，提高了熱電比，使之達(dá)標(biāo)，爭(zhēng)取增加發(fā)電運(yùn)行小時(shí)數(shù)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，和節(jié)能效益。

上兩種電動(dòng)給水泵改為汽動(dòng)給水泵在缺電情況下，可增加供電量，緩解電力供需矛盾起一定作用。

參考資料：

[1]王汝武主編      節(jié)能技術(shù)及工程實(shí)例

——化學(xué)工業(yè)出版社，環(huán)境能源出版中心，北京06.2

[2]高小平         熱電廠汽動(dòng)給水泵節(jié)能分析

——國(guó)內(nèi)化工熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心論文集2004年

作者簡(jiǎn)介：東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院熱電工程設(shè)計(jì)研究所副所長(zhǎng)，工程師
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