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摘要：从技术和经济两个方面分析，工业汽轮机在热电厂中的应用，具有极好的经济效益和节能效果。
关键词：工业汽轮机；热电厂
1．前言
随着我国经济的快速发展，近几年，热电厂的发展非常迅速，仅浙江省绍兴地区的热电厂就已达数十家之多，在热电厂中，工业汽轮机的应用将具有广泛应用前景，在节能、经济效益应方面也具有非常良好的效果。本文将通过以下分析论证，试图推动社会各界对工业汽轮机在热电厂的应用方面形成共识，促进热电厂的节能、经济效应的进一步提高。
2．工业汽轮机在热电厂中应用现状
工业汽轮机在冶金、化工、石化等行业，广泛用于风机、压缩机、给水泵等机械的拖动动力装置，其节能效果和经济性已得到实践的验证。根据笔者对二十多家热电厂的调查了解，目前，工业汽轮机在热电厂中极少被使用，估计在全国热电厂中，使用工业汽轮机的热电厂不会超过4%。分析原因，可能有各种因素，如：业主对一次投资的过分关注；业界对工业汽轮机的节能效果及经济性未作广泛宣传推广，业主不甚了解其节能、经济效益的作用等等。
3．工业汽轮机在冶金、石化等行业的应用分析
在冶金、化工、石化企业的风机、压缩机、给水泵等，所需的拖动动力，往往在几千千瓦，甚至上万千瓦，大型电动机制造困难，成本高，要求上万千瓦的电动机，甚至是无法制造的。所以较普遍采用成熟的工业汽轮机代替电动机。
另一方面，这些企业往往都有高压蒸汽汽源或工艺流程中需要中低压蒸汽，背压式工业汽轮机利用蒸汽的压差，进行能源的分级利用，以提高能源利用率，同时输出的动力直接拖动风机、压缩机等。如果采用电动机拖动，电动机从电网取得的电能，其平均转换效率还不到40%，加上线路损失、电动机电能转换为机械能的损失等，整个系统的效率较低，而采用背压式工业汽轮机直接拖动工作机时，由于背压排汽可用于工艺流程，其系统的效率可达80%以上，因此，节能效果是非常明显的。
4．工业汽轮机在热电厂的应用分析
4.1 基本条件
工业汽轮机在热电厂中的应用，有一个前提条件，那就是热电厂必须有一定的供热量，使热电厂自身对低压蒸汽有一定的需求。
在热电厂中，汽轮机凝结水和除盐补充水需通过除氧器除氧后，才能作为锅炉的给水，以保证锅炉不被腐蚀并延长使用寿命，其原则性系统流程如下图1所示。热电厂除氧器除氧均采用蒸汽加热除氧，一般除氧器的工作压力为0.12MPa(绝对压力，下同)，工作温度为104℃（220/h及以上锅炉，一般除氧器工作压力为0.6MPa，工作温度为158℃），加热蒸汽的压力仅需0.2MPa左右，而热电厂外供蒸汽的压力大多数是0.5~1.1MPa，有的甚至达到1.6MPa以上。这样就产生一个压差利用的问题，当外供汽量较大时，除氧加热蒸汽量也较大，可以利用这个压差驱动工业汽轮机产生较大的机械能，来拖动热电厂的给水泵、风机等，以达到节能、经济运行的目的。 （图片）
图1 原则性系统流程图 4.2 节能效果的分析
热电厂锅炉的容量，绝大多数为35~130t/h，一般情况每台锅炉配1台给水泵。以75t/h次高温次高压锅炉为例，所配锅炉给水泵型号为DG85-80×10，配电动机的功率为350kW，额定工况下给水泵的轴功率为285kW，实际运行工况按260kW考虑，采用工业汽轮机拖动给水泵的节能效果分析如下。（图片）
图2 汽轮给水泵热平衡计算图 一般热电厂供热蒸汽压力多为0.98MPa，按汽轮给水泵进汽压力0.98MPa，相应汽机抽汽温度为290℃，汽轮泵排汽压力为0.25MPa，相应排汽温度为205℃考虑，汽轮泵的总效率ηb为0.89（有机械、散热、润滑油系统损失等）,锅炉效率ηg按90%考虑，根据上图2，经热平衡计算：（图片） 按年运行7000h，电网平均供电标煤耗率0.41kg/kWh考虑，则每年可节约标煤7000×(260×0.41-39.94)×10-3=466.6t。
目前，为了节约能源，提高经济效益，热电厂风机、给水泵等普遍采用变频调速、液力偶合器调速技术，根据实践经验，采用调速技术，可节约厂用电8%~10%左右。而采用汽轮给水泵（风机）后，很容易实现这一功能，因而其节能效果更加显著，按上述给水泵估算，每台给水泵每年可节约原煤约730t。
4.3 经济效益的分析
每项技术，不仅要节能，而且要有经济效益才可运用于实际工程，仍以上述汽轮给水泵为例，分析其经济性。
（1）投资总收益
采用汽轮给水泵代替电动给水泵，热电厂可向电网多提供电力而获益，上网电价按0.35元/kWh计，每台汽轮给水泵节电收益为：
260kW×7000h×0.35元/kWh=63.7×104元/年
（2）运行成本
运行成本包括耗煤成本、运行成本（润滑油、冷却水）、维护费用增加等。
耗煤成本=39.94×(7000/5000)×7000h × 300元/t=117423元/年
运行成本、维护费用增加约为9.555万元/年。
（3）净收益
净收益=总收益-成本=42.403万元/年(按不计投资利息考虑)。
（4）投资
工业汽轮机投资：48万元
管道、其他材料等：3万元
安装工程：4.5万元
减少电动机投资：5万元
减少液力偶合器投资：10万元
总计增加投资约：40.5万元。
（5）投资回收期
静态投资回收期为40.5/42.404=0.95年。
4.4 工业汽轮机在热电厂中的应用原则
从图1可以看出，在一定供热量和机炉规模的情况下，除氧加热蒸汽需求量是一定的，当汽轮泵（风机）的排汽量超过除氧加热蒸汽需求时，则多余的排汽因压力低无法利用，只能排空处理，不仅造成能源浪费、工质损失，还造成环境污染（噪声和热污染）。
（1）在一定规模的热电厂中，随着外供热负荷的增加，锅炉给水补充水增加，所需的除氧加热蒸汽量增加，允许更多台给水泵，甚至一、二次风机采用工业汽轮机，将进一步提高节能效果和经济效益。外供热负荷很少或没有时，所需的除氧加热蒸汽量很少，抽汽凝汽式汽轮机回热系统的低压蒸汽（一般为0.25MPa，3~5t/h供汽能力）已可满足要求，无需采用工业汽轮机。
工业汽轮机的应用，必须以其排汽量小于热电厂最小工况下所需除氧加热蒸汽量为原则，以便工业汽轮机能稳定、安全的运行。
（2）除氧加热蒸汽汽源的压力越高，汽轮泵（风机）的汽耗越少，在相同除氧加热蒸汽需求量的情况下，可以允许更多台给水泵，甚至一、二次风机采用工业汽轮机。
在热电厂中，除氧加热蒸汽汽源总是使用压力级较低的汽轮机抽汽，当该级汽轮机抽汽量不能满足时，不足部分利用更高一级的汽轮机抽汽，这样可以最大限度的提供热效率和经济性。一般情况，热电厂的除氧加热蒸汽，大部分来自汽轮机外供蒸汽这一级，而外供蒸汽的压力是由热用户的需要和管网长度（压力损失）决定的。因此，热用户压力越高越有利于工业汽轮机的应用，节能效果和经济效益也越好。
在张家港保税区热电厂二期扩建工程中，机炉规模为2台130t/h锅炉和2台12MW背压式汽轮发电机组，其汽轮机背压排汽压力高达1.45MPa，温度320℃，根据热负荷情况，除氧加热蒸汽在最小工况下达31t/h，除氧加热蒸汽汽源只能由汽机背压排汽通过减温减压后获得。2台给水泵功率为630kW，采用汽轮给水泵后，汽轮给水泵的汽耗仅2台×10.82t/h，在各种工况下均可稳定运行，经计算，每年可以节约标煤2261t/a，汽轮给水泵节电收益为：2×520kW×7000h×0.38462元/kWh=280.0×104元/年，静态投资回收期约为0.5年。
5 结束语
通过上述分析论证可知，工业汽轮机在热电厂中的应用，具有极好的节能效果和经济效益，更有社会效益。根据目前的实际情况，具有广泛的前景。应大力推广工业汽轮机在热电厂的应用，促进热电厂的节能、经济效应的进一步提高。
3/11/2009
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