热电联产锅炉节能降耗问题分析

2023-08-27李科育马志超

设备管理与维修 2023年14期

李科育，马志超

（威海市文登热电厂有限公司，山东威海 264400）

0 引言

社会在飞速发展的同时，对能源和电能的消耗不断增加，导致能源供给无法满足社会发展需求。“十四五”出台后，要求国内各生产单位降低能源消耗量，在此背景下，进一步提高发电机组运行效率，降低能源消耗成为了各生产企业提高自身经济效益的重要举措。某企业热电联产机组配置3 台CFB 锅炉和2 台汽轮机，热电联产锅炉运行过程中，供水系统存在供水压力大和扬程高的问题，不仅增加节流损失，也造成了电能浪费。针对以上问题，本文提出两种热电联产锅炉改造方案，并对改造前后热电锅炉运行情况进行对比分析，旨在解决以上问题的同时，达到节能降耗的目的。

1 项目背景及现状

随着节能减排政策的推广以及提高企业经济效益的要求，大部分企业均开始注重热电联产机组的节能降耗，以提高企业能源利用效率。某企业热电联产锅炉给水泵耗电量占发电机组总量的5%左右，是该企业用电量较大的设备之一。该企业热电联产机组配置了3 台额定负荷为360 t/h 的CFB 锅炉和2 台额定功率为65 MW 的汽轮机，热电联产锅炉平均用水量为900～1000 t/h，锅炉给水系统为母管制，即3 台电动给水泵采用并联方式为锅炉提供水源，1 台备用设备。4 台给水泵均采用电动泵，给水泵性能参数如表1、表2 所示。

表1 给水泵性能参数

表2 电机性能参数

从表中可以看出，给水泵电机额定电压为10 kV，当3 台给水泵同时运行时，会导致热电联产锅炉给水压力过大，如果降低锅炉给水泵给水压力则会造成给水泵节流损失大，进而造成能源浪费。另外，热电联产锅炉给水泵给水压力过大也会进一步加剧阀门、管道的冲刷，严重缩减了热电联锅炉管道及给水系统阀门使用寿命[1]。

2 热电联产锅炉节能降耗改造方案

现阶段，热电联产项目中锅炉存在的问题较多，不仅造成能源浪费，而且也在一定程度上污染了环境。化石能源作为主要能源，占能源总消耗比90%以上。随着社会发展速度不断加快，化石能源消耗速度加快，现有化石能源已经无法满足社会快速发展的需求。能源问题和环境保护问题作为社会发展建设过程中极为重要的一个问题，在可持续发展理念下，做好能源保护工作和环境保护工作极为重要。因此，研究热电联产锅炉节能降耗问题，减少热电联产锅炉能源损耗，对企业发展和社会发展都具有重要意义。

本文在工厂热电联产锅炉原有给水系统的基础上，通过改变锅炉给水运行工况，满足锅炉给水压力的条件下，通过切割1#电动给水泵和4#电动给水泵叶轮以及增加1 台汽动给水泵的改造方案来达到节能降耗的目的。

2.1 切割电动给水泵叶轮

切割叶轮是解决离心泵扬程高、流量大等问题的常用措施，根据离心泵叶轮切割原理可以推倒出离心泵叶轮流量、扬程与叶轮直径之间的关系：

由式（1）、式（2）可以得出给水泵功率与叶轮直径之间的关系：

式其中：Q、Q1分别为给水泵切割前后的流量；H、H1分别为给水泵切割前后的扬程；D、D1分别为给水泵切割前后的叶轮直径；P、P1分别为给水泵切割前后的功率[2]。

通过对给水泵叶轮进行切割处理，减小给水泵叶轮直径，可以降低给水泵点击处理损耗，进而达到节能的目的。

2.2 增加调速汽动给水泵

电动给水泵电能转换过程为煤→化学能→热能→机械能→电能，该能量转换过程中需要经过5 个环节，能量损失较大。而汽动给水泵主要所需热能直接由煤炭燃烧转换为蒸汽，汽轮机做功后可以直接将蒸汽抽入给水泵中，实现能量的梯级利用，能量转换环节少，能源利用效率高。

此外，经过改造后汽动给水泵与电动给水泵为并列运行方式，通过减少电动给水泵运行数量，达到节约电能的目的[3]。

3 改造结果分析

为验证热电联产锅炉节能降耗改造方案的有效性，基于实际数据统计，对改造前后的热电联产锅炉运行情况进行了总结，并分析了改造前后经济性和节能性。在开展试验过程中需要保证两台改造电动机水泵均可以正常运行，确保试验前后热电联产锅炉供水量保持一致。

3.1 改造后节电效果

改造后运行参数见表3 和表4。

表3 汽动给水泵运行参数

表4 电动给水泵运行参数

从热电联产锅炉给水系统改造后运行统计表中可以看出，当热电联产锅炉给水流量为950 t/h 左右时，1#电动给水泵电流由137.4 A 下降至134.6 A，1#电动给水泵电流下降幅度较低的原因为给水泵现场管道布置不合理，导致给水分布均匀。不利于1#给水泵出力；4#电动给水泵电流由168.9 A 下降至135.5 A。2#电动给水泵改造为汽动给水泵后，给水泵母管压力由16.8 MPa 下降至15.7 MPa。由此可见，热电联产锅炉给水系统改造可以达到降低热电联产锅炉电能和给水压力的目的[4]。

3.2 更换汽轮发电机后增加燃料成本

从表2 可知，汽轮机入口蒸汽焓值H1=3203.8 kJ/kg，出口蒸汽焓值为H2=2930.2 kJ/kg。利用换热公式Q=qΔH（q 为蒸汽流量；ΔH 为进出口焓值差）计算得出汽轮机所需热量Q=q（H1-H2）=9 904 320 kJ/h。将汽轮机每小时消耗热量折算为标准用煤量T=Q/29 307.6÷1000=0.338 t/h，折算为原来用煤量T1=T/0.714 3=0.473 t/h。按照1132 元/吨原煤采购成本，可以计算出经过改造后煤炭每日用煤量成本增加量约为12 853.5元[6]。

3.3 改造后节约成本

经过替换汽轮机和切割叶轮改造后，根据每天节约用电成本和每天增加燃料成本，按照每天330 d 运行天数计算出经过改造后的热电联产锅炉节约成本约986 万元，由此可见提出热电联产锅炉改造方案，在节约降耗和提高经济效益方面具有良好的效益[7]。

通过对热电联产锅炉给水系统进行改造，采用增加1 台汽动给水泵和切割电动给水泵叶轮两种方案，实现了降低热电联产给水泵运行电能损耗的目的，同时也节约了热电联产锅炉运行成本。在未对热电联产锅炉进行改造前，锅炉需要由3台给水泵同时供水，经过改造后采用2 台电动机水泵和1 台汽动给水泵的运行方式，不仅减少了电动给水泵运行数量，而且节约了电能消耗。通过对电动机水泵叶轮进行切割处理，降低了电动给水泵电流，达到了降低给水泵耗电量的目的。在降低给水泵供水压力后，减弱了水压对管道的冲刷，不仅降低了调节阀节流损失，而且也延长了热电联产锅炉机组使用寿命[8]。将电动给水泵替换为汽动给水泵后，虽然增加了用煤量，但降低了热电联产锅炉电量损耗，从整体来看降低了能源消耗量，每年节约成本可以达到986 万元，节约成本效果显著，由此可见，本文提出的热电联产锅炉给水系统改造方案具有良好的社会效益和经济效益。