利用发电厂蒸汽梯级利用的热电联产节能改造热经济性分析

谷凯娜　姚瑶　展可法

摘  要：本文以内蒙某2×200MW超高压直接空冷机组为例，提出采用“蒸汽梯级利用 功-热-电联产”技术方案，即从机组锅炉主蒸汽抽汽，为1台新增背压式功热汽轮机供汽，背压机排汽作为园区工业用汽，以替代现有两台75t/h蒸汽锅炉。本文提出的技术方案达到了淘汰落后产能、提高能源利用率的目的，為发电厂节能改造提供了一种参考。

关键词：热电联产;蒸汽梯级利用;背压式汽轮机;工业用汽;热经济性

1 前言

我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。生产工艺相对落后、产业结构不合理、热量利用率低、能量没有得到充分利用是能耗高的主要原因。

因此，充分挖掘节能潜力，提高能源利用率，同时又减少燃煤的使用，减少烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，是目前我国节能减排绿色环保工作的重要任务。

2 技术方案

2.1 技改原因

本文以内蒙某2×200MW超高压直接空冷机组为例，提出利用该机组为工业园区提供工业用汽，以替代园区内两台75t/h蒸汽锅炉。该2×75t/h锅炉未进行脱硫、脱硝及相应的环保改造，随时面临严重的政策性关停风险。该两台锅炉为园区内甲醇厂的唯一汽源，两台锅炉一旦关停，工厂将面临全面被迫停产的风险。

因此，为积极响应国家节能减排要求，保障甲醇厂的正常稳定生产，拟对该机组进行改造，采用“蒸汽梯级利用 功-热-电联产节能改造技术”进行合理改造，利用锅炉主蒸汽作为背压式功热汽轮机的进汽，拖动异步发电机发电，发电量并入厂用电系统，可有效降低机组厂用电率，给企业带来相当可观的节能和经济效益;同时，背压式汽轮机的排汽作为工业供汽，取代2×75t/h锅炉为工厂生产工艺稳定热源，既能保障工业生产，又能淘汰落后产能，实现能源结构调整和升级，具有非常重要的环保和社会效益。

2.2 发电机组及园区工业用汽参数

发电厂自投运起，未开展节能改造工作，存在机组能耗明显偏高，厂用电率较大等问题。目前发电厂每台机组工业抽汽量可达300 t/h，锅炉效率87%，汽轮机热耗8900-9000 kJ/kWh;供电煤耗396 g/kWh，发电煤耗360 g/kWh，厂用电率11.61%;机组负荷70-75%，年利用小时数4540 h。

园区内甲醇厂生产过程中空压机、氧压机、合压机均采用小汽轮机拖动运行，所需工业用汽参数为3.5 MPa、435 ℃，甲醇厂生产启动过程中工业供汽需求为100 t/h，生产运行过程中部分工业用汽由工艺生产中废汽供给，外部工业供汽需求为50-60 t/h左右。

2.3 技改方案

技术方案如下：

（1）在发电厂1#、2#锅炉主蒸汽管上分别打孔抽汽，设置隔离阀，抽汽引至背压式功热汽轮发电机组进汽管道，可实现两台机组运行调整和供热汽源切换的灵活性;

（2）背压式汽轮机拖动异步发电机发电，所发电量拟并入电厂的厂用电公用段;

（3）汽轮机排汽作为甲醇厂的工业供汽汽源，考虑日常工业用汽需求为50-60 t/h，启动过程需求为100 t/h，故设计时汽轮机额定进汽量选为60 t/h，并设置减温减压器作为旁路，管路按100 t/h设计，充分保证在甲醇厂工艺启动过程中、汽轮发电机组故障或停机检修时的工业供汽的稳定性。

3 机组热经济性分析

（1）汽轮发电机组出口电功率

汽轮机轴功率×机械效率×异步发电机效率

2280.2×0.99×0.95=2144.5kW

（2）功热汽轮发电机组全年发电量

由于甲醇厂工业供汽需求为全年，保守按8400小时计算，汽轮发电机组全年发电量为：

发电功率×8400

2144.5×8400=1801.4万kWh

该项目实施后，汽轮发电机组可新增年发电量1801.4万kWh，所发电量并于厂用电公用段，据2017年数据全厂发电量170000万kWh，厂用电量19742 万kWh，厂用电率11.61%。经初步计算，技术改造后，厂用电率可降至10.55%，厂用电率下降1.06%。

根据200MW空冷机组小指标对机组效率影响参考，“厂用电率每降低1%，影响煤耗4.05g/kWh”，则技术改造后，折合影响煤耗约4.29g/kWh。

4 结论

本文针对内蒙某2×200MW超高压直接空冷机组现状，提出采用“蒸汽梯级利用 功-热-电联产”技术方案，总结如下：

（1）蒸汽梯级利用 功-热-电联产节能改造技术先进，成熟可靠，前景广阔，近几年已成功应用于国内多个电厂，均取得了良好的效果。

（2）本技改方案拟采用2×200MW机组锅炉主蒸汽作为背压式汽轮机的汽源，汽轮机额定进汽量60t/h，汽轮机拖动异步发电机发电，所发电量直接并入厂用电系统，汽轮机排汽作为甲醇厂的工业供汽，初步设计排汽参数为6MPa、439℃。同时，新增减温减压旁路，管路设计流量为100t/h，当甲醇厂工艺启动初期作为补充汽源，或当功热汽轮发电机组故障、停机检修时作为替代汽源，充分保证工业供汽的可靠性和稳定性。

（3）本技改方案新增1台背压式汽轮发电机组，机组进汽参数12.75MPa、535℃、60t/h，排汽参数6MPa、439℃，发电功率2144.5kW，年新增发电量为1801.4万kWh，可新增发电收益450.35万元，降低厂用电率1.06%，折合影响供电煤耗约4.29g/kWh。

（4）本方案替代2×75t/h锅炉为甲醇厂工艺生产提供绿色、稳定的热源，一方面保障甲醇厂的工业生产，另一方面关停2×75t/h锅炉淘汰落后的、能耗高、污染大的落后产能，将实现能源结构调整和升级，具有非常重要的环保和社会效益。

参考文献

[1]  李建武，王安建，王高尚. 中国能源效率及节能潜力分析[J]. 地球学报，2010，31（5）：733-740.