工业汽轮机在热电厂中的应用

张峰

摘要：随着国家对节能减排的重视，各电厂通过技术改造降低能耗，近年来工业汽轮机替代电动机运行取得了很好的经济效益，并且在越来越多的电厂中得到了应用。

关键词：工业汽轮机;电厂;节能

1、前言

近年来煤、油价格飙升，热电厂的热电成本大增，而上网电价，热价增长有限，热电企业的利润空间越来越小，甚至造成亏损，难以继续。为了拓展生存空间，除了政府政策支撑改善外部环境外，主要靠热电企业本身“降本增利”进行“节能改造”，增加热负荷，降低消耗，提高效益、扭亏为盈的策略。其中有效的一项节能措施就是工业汽轮机拖动大型旋转机械设备，排汽用于除氧器或热网供汽，实现蒸汽的梯级利用，减少热量损失，增加经济效益。

2、工业汽轮机在电厂驱动锅炉给水泵的应用

过去由于给水泵驱动功率小，而且，电动机驱动已被证明具有很高可靠性，用汽轮机驱动往往效率太低、造价高以及管道系统复杂而被舍弃。随着现代电厂的容量增大，給水泵驱动的功率也随之增大，大型电动机的启动条件困难，电源切换的复杂和液力偶合的使用，使电厂的有效功率降低。随着单元机组容量的增大和参数的提高，给水泵耗功占主机功率的百分比也相应急剧增加，一般以300MW等级及以上的机组和驱动给水泵总功率在6000kW以上时，采用工业汽轮机直接变速驱动较为合理。采用小汽轮机直接变速驱动有以下明显的优点：

减少厂用电消耗，增加电厂净功率。

锅炉给水泵与电厂循环结合，明显可以降低电厂净热耗率。

降低厂用电电压和降低变压器与开关的费用。

变速运行时不会引起明显的功率损失。

对大容量设备，消除启动电流高的问题。

2.1、工业汽轮机型式选择，目前广泛采用凝汽式和背压式

（1）背压式汽轮机驱动给水泵时，采用部分做完功的低品质蒸汽，在燃料价格低的时候，由于没有冷源损失，热循环效率提高了，经济上是合理的。但是，排汽参数的选择和与主机回热系统的连接要比较复杂，承受主机工况变化带来的风险增大。

（2）凝汽式汽轮机驱动给水泵时，采用部分做完功的低品质蒸汽，在燃料价格低的时候，由于有冷源损失，热循环效率降低了，经济上不合理。但是，排汽参数的选择和与主机回热系统的连接简明，承受主机工况变化带来的风险小。

凝汽式汽轮机的蒸汽可从再热器前和后得到。从再热器前（冷段）得到的蒸汽在汽轮机内膨胀做功后由于温度低形成过高的湿度，产生的水滴严重危及末级叶片的安全;进入入口的蒸汽容积小，需要短叶片，与主机相比较效率明显下降。但是，汽轮机的进汽温度低，汽轮机的金属材料选用等级降低，汽轮机的的制造成本就下降了。从再热器后（热段）得到的蒸汽，蒸汽温度的提高使汽轮机的效率提高，但汽轮机的制造成本提高了。

2.2、凝汽式和背压式汽轮机驱动给水泵的原则性热力系统

（1）系统驱动给水泵的小汽轮机为背压式的，其汽源为再热器前（冷再）蒸汽，根据背压参数引至回热系统中的除氧器（0.78Mpa）。由于没有冷源损失，蒸汽得到了梯级利用，热循环效率得到了提高。但系统较复杂，由于小汽轮机的排汽压力高热能利用少。

（2）系统驱动给水泵的小汽轮机为背压式的，其汽源为再热器后（热再）蒸汽，其排汽引至回热系统低压加热器或低压缸。由于蒸汽温度的提高和减少部分的冷源损失，蒸汽得到了梯级利用，热循环效率得到了提高，但系统要复杂。

（3）系统驱动给水泵的小汽轮机为背压机组的，其汽源为再热器后（热再），排汽引到热网首站供汽母管上或热网加热器上（0.23-0.29Mpa），小汽轮机的排汽压力热能利用要高很多，但在非供热期时则无法运行。

（4）系统驱动给水泵的小汽轮机为凝汽式的，其汽源为再热器后（热再）蒸汽，排汽引至主机凝汽器或自配单独的凝汽器。由于存在冷源损失，在加上小汽轮机装置效率低，热循环效率低，但承受主机工况变化带来的风险小，稳定性性好，所以，国产300MW等级及以上的机组大部分都采用此种系统方式。

2.3、工业汽轮机驱动给水泵应用案例：

工业汽轮机应用于给水泵（国电长治热电2×300MW级机组）

国电长治热电为北京北重汽轮电机有限责任公司的2×300MW级单轴、三缸双排汽、低压缸双流程、亚临界一次中间再热、直接空冷供热凝汽式汽轮机。拖动给水泵所用工业汽轮机为单缸、单流、冲动、冷凝、内切换N5.2-1.0585型汽轮机，给水泵驱动汽轮机正常工作汽源采用四段抽汽，备用和启动用汽源采用再热冷段蒸汽，给水泵汽轮机的调试汽源来自辅助蒸汽系统，辅助蒸汽参数约为0.8～1.2MPa/350℃。由于主汽轮机采用直接空冷汽轮机，其背压变化幅度较大，给水泵驱动汽轮机排汽不宜排入主汽轮机的空冷器中，每台给水泵汽轮机各自配置1台水冷凝汽器，给水泵驱动汽轮机排汽凝结水通过水封后自动排至主汽轮机的排汽联合装置下部水箱中，给水泵汽轮机的疏水排入给水泵汽轮机凝汽系统中。

3、工业汽轮机在电厂驱动热网循环水泵的应用

热电厂的热网循环水泵的驱动都是采用电动机，尤其是采暖的初期和末期不能进行深度的供热水量调节，损失了很多热量;同时，电动机驱动热网循环水泵使厂用电增加减少了上网电量。如果采用工业汽轮机驱动，通过对汽轮机转速的控制进行供热水量的调节，上网电量的增加，热电厂的综合经济效益得到了提高。

驱动热网循环水泵小汽轮机的选择一般为背压机组，其汽源为主汽轮机的3段-5段抽汽，进汽压力0.6-1.2Mpa，进汽温度230-330℃较为合理;排汽引到热网首站供汽母管上或热网加热器上，排汽压力0.23-0.33Mpa。

4、工业汽轮机驱动热网循环水泵应用案例：

（1）工业汽轮机驱动热网循环水泵（华能国际丹东电厂）

华能丹东电厂2×350MW机组为美国西屋电气公司生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动凝汽式TC2F-38.6型汽轮机。热网首站所用工业汽轮机3000r/min、进汽参数0.9MPa/340℃～380℃，排汽参数0.3MPa，239℃。汽源为每台汽轮机抽汽分为两路，一路经减压减温后供给热网加热器，另一路经过驱动热网循环水泵汽轮机做功后，排汽供给热网加热器。

（2）工业汽轮机驱动热网循环水泵（大唐双鸭山热电有限公司）

大唐双鸭山热电有限公司在工业汽轮机的应用上做了积极的探索，热网首站两台工业汽轮机已经分别在2011、2012年投产。三段抽汽参数：压力（最大）1.259Mpa，流量（最大）30T/H，温度455℃。再通过减温器出口蒸汽（二次汽）温度300℃，热网加热器压力： 0.23-0.32Mpa;

汽轮机及水泵技术参数：

大唐双鸭山热电有限公司热网循环水泵消耗厂用电前后对比分析：

2013年几乎为0：2012年为0.27%：2011年为0.34%：2010年为0.37%。厂用电率对比分析，使用小汽轮机后厂用电率有明显的下降。

以2012年为例，热网小汽轮机效益分析计算：

两台机组热网首站有6台14SH-6式中开水泵热网循环水泵，配套电机额定功率710kw。因一个供暖期（6个月）是有阶段性的，供热的初、中、末期热网循环水泵运行台数平均5台，一个供暖期（6个月）下来所耗电费用为：

710kw/台×5台×180天×24小时×0.394元/ kw.h（12年上网电价）=6042384元。

两台机组三抽蒸汽成本核算：

三抽蒸汽量耗煤成本，如果一个供暖期汽动泵按运行按180天计算，三抽蒸汽量耗煤成本=（三抽蒸汽焓-排汽蒸汽焓）×每小时用汽量×采暖期发电标煤耗率×运行小时数×入炉煤标煤价×2两台机组

（3.103-2.123）GJ/t× 28t/h×0.0194t/G×（24×180）h×593元/ t（12年标煤价）×2两台机组=2727434.2元

汽动泵与电动泵比较，节省电量用于上网与消耗的蒸汽耗煤的差价：

6042384元-2727434.2元=3314950元，综合经济性是非常明显的。

结论：

旋转机械设备的驱动无论是电动和汽动，实际上由消耗发电厂的电能变或消耗发电厂的热能，旋轉机械设备的出力如果是一样的，那末，消耗的能量是一样的。发电厂的上网电价和标煤单价由于受市场影响是一个变数，加上设备的可利用小时数，它们的效益是相对。

如果采用部分做完功的低品质蒸汽，在燃料价格低的时候，采用工业汽轮机拖动代替大型电动机，一是可以降低厂用电，增加了向电网供电量，实现了蒸汽能量梯级利用;二是采用工业汽轮机拖动可进行深度的调节，使设备在最经济工况下运行;三是上网电价和标煤单价存在的净差，所产生的综合经济效益是巨大的。所以，工业汽轮机具有广泛的应用前景。