石油企业热电厂系统优化与节能效果分析

石油企业热电厂系统优化与节能效果分析

张春生

(吉林油田公司热电厂,吉林松原138000)

摘要：为了实现石油企业热电厂的节能效果，本文针对供电标煤耗和供热标煤耗两个主要技术指标的影响因素，提出相对应的系统优化措施。结果表明：当提升锅炉效率并减小蒸汽输送过程中热量损耗能有效降低热电厂供电标煤耗和供热标煤耗，从而达到节能效果；当降低汽轮机的凝汽发电的比例，可以降低热电厂供电标煤耗和供热标煤耗，从而起到降低能耗的作用。

关键词：石油企业;热电厂;供热标煤耗;供电标煤耗;节能

中图分类号：TK11`+2

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 05-0460-04

Abstract：In order to realize the energy saving effect of the thermal power plant, In this paper, the influence factors of power supply standard coal consumption and heating standard coal consumption are put forward.The results show that when improving the boiler efficiency and reducing the heat losses in a steam conveying process，thermal power’s plant can effectively reduce the thermal power plant power supply standard coal consumption and heating standard coal consumption. When reducing the proportion of the condenser of the steam turbine power, thermal power plant can reduce power’s supply standard coal consumption and heating standard coal consumption, above of all can which realize the energy saving effect.

收稿日期2015-05-06修订稿日期2015-06-02

作者简介：张春生(1971~),男，工程师，研究方向为热能动力。

Analysis of System Optimization and Energy Saving Effect for Oil Companies and Thermal Power PlantZHANG Chun-sheng

(Songyuan Jilin Oilfield Company Thermal Power Plant,Songyan 138000,China)

Key words：oil companies；thermal power plant；heating standard coal consumption；power supply standard coal consumption；energy saving

目前，我国的石油企业一般都配有自备热电厂。热电厂是一种采用热和电联合供热和供电的方式，在做功发电的同时，也对外进行供热，发电和供热都是由供热式汽轮机做功产生，由于符合国家相关产业政策的要求，热电厂越来越受到重视。传统发电厂功能单一，耗能较多，且无法实现同时供电和供热的作用，而热电厂分级利用不同品位热能，使用高品位热能进行发电，将低品位热能集中进行供热，通过这种方式可以降低汽轮机的冷源损耗，从而极大提升了能源利用效率，正因如此，热电厂具有节约能源、改善环境、提高供热质量等优点[1-5]。

虽然热电厂具有以上优点，但是其系统可以进一步优化以达到节能降耗效果，热电厂中最重要的两项综合经济技术指标分别为供电标煤耗和供热标煤耗，通过对它们的研究分析可以进一步实现热电厂系统优化，从而达到节能目的[6-8]。

1热电厂概况

本文以某大型石油企业的自备热电厂为例，热力系统如图1所示。主要包括锅炉、汽轮机、除氧器、脱盐水罐、除盐水泵以及超高压给水泵等组成。热电厂工作过程中，供电标煤耗和供热标煤耗是其两个至关重要的能耗考核指标。

图1　石油企业热电厂热力系统图

2供电标煤耗和供热标煤耗的影响因素

2.1　供电标煤耗影响因素

通过研究分析发现，供电标煤耗的影响因素主要有总标煤耗量、总供热量、全厂总耗热量、发电量和耗电量等5个方面。本文分别从这5个方面对供电标煤耗进行分析。

2.1.1　总标煤耗量对供电标煤耗的影响

当全厂的总耗热量不变时，总标煤耗量与锅炉效率以及官网效率之间成反比。即当提高锅炉效率时，产热相同，其总标煤耗量会随之减少，供电标煤耗随之降低；而当提高管网效率时，锅炉的总产热量随之降低，从而总标煤耗量随之减少，供电标煤耗亦会减小，综上所说，供电标煤耗与总标煤耗量成正比关系。

2.1.2　总供热量对供电标煤耗的影响

众所皆知，热电厂总供热量对供电标煤耗有着重要的影响。

(1)当汽轮机抽汽供热量增大时，提高供热比，同时降低发电厂用电量此时供电标煤耗量降低最大，这种情况下汽轮机经济性达到最佳。

(2)随着减温减压器供汽热量上升，汽轮机抽汽供热会随之降低，使供电标煤耗随之增加，即减温减压器供汽热量与供电标煤耗之间成正比关系。

(3)随着回水热焓降低或是补水减少而引起总供热量增加时，一方面，增加供热比降低了发电厂用电量使得供电标煤耗减少；另一方面，当增加了加热给水温度的蒸汽时，此时通过加大抽汽发电，减少了凝汽发电，进而减少供电标煤耗。

2.1.3　全厂总耗热量对供电标煤耗的影响

设热电厂总供热量保持不变，当全厂煤耗减少、总耗热量降低、供热比升高，供电标煤耗因此降低。装置自耗气量、汽轮机凝液量及锅炉给水热量是影响总耗热量的主要因素。

(1)汽轮机的凝液量的变化主要通过汽轮机冷源损失的多少来影响供电标煤耗。两者间的关系如图2。

(2)根据能量守恒定律，当提高给水温度时，理论上其相应增加的热焓等于装置消耗的相应加热源的热焓，忽略换热过程中的能量损耗，此时因给水温度的上升而引起的热量差应该等于加热给水的自耗热量，此消彼长，这两项引起的正负差正好抵消，从而对供电标煤耗无影响。但是，在汽轮机的运行过程中，通过汽轮机抽气来预热锅炉给水时，一方面可将锅炉煤耗降低，增大可有效利用的能量，促使锅炉损失降低；另一方面能把凝液发电比例降低，由此降低了汽轮机冷源的损耗，最终使汽轮机循环效率得以提高，减少了供电标煤耗。

图2　供电标煤耗与凝液量的关系

2.1.4　发电量对供电标煤耗的影响

(1)当供汽量一定时，若是由汽轮机抽汽发电的增加引起发电量的增加，则此时抽汽发电对供热比和煤耗影响不大，从而供电标煤耗一定会降低。

(2)当供汽量一定时，若是由凝汽发电引起的发电量增加，此时从能量利用率的角度分析，即发电煤耗必然增加。这是因为当凝汽发电时，循环冷却水带走了大约70%的排汽汽化潜热，即转化为电量的仅仅占到增加的发电自耗热量的约30%左右，所以，发电煤耗的能源利用率决定了其消耗量远远大于发电量的增加量。供热比会根据发电自耗热量的增加而减小，而发电厂用电量相反，故而凝汽发电的增加会加大供电标煤耗[9]。

2.1.5　耗电量对供电标煤耗的影响

耗电量与供电标煤耗之间成正比关系，即当耗电量增加时，供电标煤耗会随之增加，当耗电量降低时，供电标煤耗会随之降低。供电标煤耗的变化量根据供热比的变化而发生变化，当供热比越来越小时，供电标煤耗会增加的越多，反之亦然。

2.2　使供热标煤耗受影响的因素

供热标煤耗=供热标煤耗量/总供热量=106/(29308×锅炉效率×管网效率)=34.12/(锅炉效率×管网效率)[10],29 308 kJ/kg为标准煤热值。

由上述公式可以看出：供热标煤耗与锅炉效率以及管网效率有关，且与它们之间成反比关系。具体变化曲线如图3、图4所示。

图3　供热标煤耗与锅炉效率的关系(管网效率为98%)

如图3所示，设定此时管网效率为98%，供热标煤耗与锅炉效率成线性反比关系，即随着锅炉效率的增加，供热标煤耗越来越小，从图中可知，当锅炉效率为93%时，供热标煤耗为37.2 kg/GJ左右。

如图4所示，设定此时锅炉效率为91%，供热标煤耗与管网效率成线性反比关系，即随着管网效率的增加，供热标煤耗随之减小，从图中可知，当管网效率为99%时，供热标煤耗为37.8 kg/GJ左右。

3降低供电标煤耗和供热标煤耗的主要措施

根据上文所述，影响供电标煤耗的主要因素为总标煤耗量、总供热量、全厂总耗热量、发电量和耗电量等5个方面，而影响供热标煤耗的因素主要为锅炉效率和管网效率等方面，综合考虑这些影响因素，本文分别从以下几个方面对降低供电标煤耗和供热标煤耗采取有效措施。

3.1　提升锅炉效率

提升锅炉效率可以减少锅炉的热损耗[11]。可以通过以下几个方面的措施得以实现：

(1)将锅炉的排烟温度降低。降低锅炉的排烟温度的方法主要有以下两个：一是加大锅炉尾部烟气的换热面；二是减小锅炉尾部烟道的烟气量及降低烟气温度。

(2)将锅炉排渣降到适当温度。

(3)尽量将锅炉的散热损失降到最低。

3.2　提升汽轮机循环总效率

可以采用如下措施来提高汽轮机循环总效率：

(1)尽量将汽轮机的进气温度和进气压力保持在设定值。

(2)将汽轮机的排气压力减小。

(3)提高汽轮机的抽汽量，降低汽轮机的凝液量。这样做是为了将排汽的冷源损耗减少进而提高汽轮机循环总效率。如图2，汽轮机凝液量每降低1 t/h，供电标煤耗约降低0.65 g/(kW·h)。

3.3　提高锅炉给水温度

当锅炉给水温度每提高10℃时，供电标煤耗可降低1 g/(kW·h)，所以可以从提高给水温度的角度降低供电标煤耗，其主要措施有：

(1)提高对蒸汽能量的有效利用率。

(2)提高对高加的投用率。

3.4　减少管网损耗和乏汽损耗

可以通过以下措施来减少管网损耗和乏汽损耗：

(1)做好对管线的保温管理，将散热引起的损失降低。

(2)做好疏水的管理，降低由于疏水所造成的损失。

(3)做好管网检查工作，避免“跑、滴、漏、冒”等问题的出现。

3.5　减小厂的用电率

可以根据以下措施减小厂的用电率：

(1)加强做好日常节电管理工作，根据设计值来组织生产。

(2)可以采用节电设施如电机变频器等，改造如偏离设计运行工况的风机、水泵等从而减少用电。

4结论

(1)通过提升锅炉效率并减小蒸汽输送过程中热量损耗能有效降低热电厂供电标煤耗和供热标煤耗，从而达到节能效果。

(2)对汽轮机系统进行优化，降低汽轮机的凝汽发电的比例，可以降低热电厂供电标煤耗和供热标煤耗，起到降低能耗的作用。

(3)减少减温减压器的供汽、优化蒸汽管网的运行可提高蒸汽能级利用率，进一步提高经济技术指标。

(4)需要进一步优化机组配制来改变热电厂汽轮机凝液量大、减温减压器供气量大的现状。

参考文献

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