基于灰色关联度的抽凝机节能改造方案经济性分析

摘要：针对某热电厂目前在运行的抽凝机组，拟通过实施节能改造来提升经济效益。首先分析该热电厂现有装机及未来热负荷增长的需求，列举三种可选改造方案；其次，在可选方案的基础上，进行详细的技术参数对比；最后，通过灰色关联度分析理论，对三种改造方案进行了经济性分析。

关键词：抽凝机；节能改造；灰色关联度；经济性分析

中图分类号：TK242" " 文献标志码：A" " 文章编号：1671-0797（2024）17-0070-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.17.017

0" " 引言

（抽）背压式机组由于没有冷源损失、供热效益好、节能环保及折算后的发电煤耗低等优点，在热电联产的企业中得到了越来越多的运用[1]。抽凝机组虽调节灵活，但是存在冷源损失、发电煤耗高等缺点，政策上已经不再允许新上抽凝机组，但在某些运行时间较久的热电厂，仍有部分抽凝机组在运行的情况。受近两年煤价飙升的影响，抽凝机组运行经济性差的劣势愈加凸显，甚至出现了亏本发电的情况，为响应国家“碳达峰、碳中和”政策，抽凝机组节能改造势在必行。

由于不同热电厂供热改造周期、资金投入等实际情况不一样，抽凝机节能改造的评价方法不同，则选择的改造方式也不尽相同。文献[2]采用最优动态规划法的数学模型，以工程年总费用最小为目标函数，以确定的供热负荷为实例优化选取装机方案；文献[3]把基于空间概念的灰色关联分析方法同供热机组方案优选相结合，为装机方案的优选提供了一种科学有效的方法。目前，抽凝机节能改造方案主要有：利旧原汽轮机本体删减部分叶片[4]、利旧原汽轮机汽缸更换通流[5]、拆除原抽凝机新上背压机组[6-8]。本文通过分析某热电厂现有装机及未来热负荷增长的需求，列举了三种改造方案，并进行详细的技术参数对比；基于灰色关联度分析理论，对三种改造方案进行了经济性分析。

1" " 改造需求

某热电厂现有三台机组，#1机组CB15.8-8.83/2.55/0.98，#2机组CC25-8.83/2.55/0.98，#3机组B15-8.83/0.98。其中，B15-8.83/0.98在运行，CC25机组停运，CB15.8在运行（在原另一台CC25-8.83/2.55/0.98机组基础上经过拆除叶片改造而来），各机组额定进汽量、抽汽量（对外供热量）、排汽量（对外供热量）如表1所示。

目前，由于煤价高企以及发电煤耗限制，#2机组CC25抽凝机目前处于停运状态。根据初步调研情况，预计2024年2.55 MPa.a等级热负荷将要增加60 t/h，0.98 MPa.a等级热负荷将要增加80 t/h。该热电厂迫切需要进行节能技改，来满足热用户的用汽需求，同时增加电厂的经济效益。

2" " 抽凝机节能改造方案

抽凝机节能改造主要方法有利旧原汽轮机本体删减部分叶片、利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸、拆除原抽凝机组新上背压机组。

利用原汽轮机本体删减部分叶片改造（图1），按照所需排汽压力在适当位置增加盲板及轴封隔热挡板（使蒸汽不进入汽缸后部及排汽缸），并增加配重轮防止临界转速靠近额定转速，该热电厂已经有此类改造经验。这种改造方案，改造工作量小（无须改动原基础）、投资小、周期短，根据多个热电厂实际的改造经验，改造后汽轮机内效率差（无法通过增加叶片级数提高效率）、漏汽量大，转子对外界干扰变得敏感，导致振动大、运行不稳定。

利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸，拆除原冷凝排汽缸，重新进行汽轮机通流设计，增加背压排汽缸，如图2所示。这种改造方案，改造工作量稍大（需要改造部分基础）、投资较小、周期较短，改造后汽轮机内效率不高，运行不稳定。

拆除原抽凝机组新上背压机组，如图3所示，改造工作量大（需要改造部分基础）、投资大、周期相对长，根据多个热电厂实际的改造经验，改造后汽轮机内效率高、运行可靠稳定，经济效益显著。

3" " 抽凝机三种改造方案经济性分析比对

根据前面所述的利旧原汽轮机本体删减部分叶片、利旧原汽轮机前汽缸更换整个通流及排汽缸、拆除原抽凝机组新上背压机组三种改造方案，改造为抽背机组后的技术参数对比如表2所示，三种改造方案的年收益对比如表3所示，三种改造方案投资回收期对比如表4所示。

4" " 灰色关联度理论及分析步骤

灰色关联分析[9]的基本思想是根据序列曲线的几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。灰色关联分析有两个应用：一是可以用来进行系统分析，分析每个因素对结果的影响程度；二是用来解决随时间变化的综合评价类问题。其分析的基本步骤如下：

1）确定分析数列。确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。反映系统行为特征的数据序列，称为参考数列；影响系统行为的因素组成的数据序列，称为比较数列。

2）对变量进行无量纲化预处理。由于系统中各因素列中的数据可能因量纲不同，不便于比较或在比较时难以得到正确的结论，因此在进行灰色关联度分析时，一般都要进行数据的无量纲化处理。处理方法：

3）计算子序列中各个指标与母序列的关联系数。

4）计算灰色关联度。

5）关联度排序。因素间的关联程度，主要是用关联度的大小次序描述，而不仅是关联度的大小。通过大小次序的比较，得出子序列对母序列关联度的大小，即影响力度。

5" " 基于灰色关联度的三种改造方案经济性分析

6" " 结论

经济效益是企业赖以生存的基础，小型抽凝机供热存在能耗高、效率低、供热效益差等缺点，在目前高煤价的市场形势下，不管是考虑政策还是企业经营要求，对抽凝机进行节能改造都刻不容缓。

本文根据某热电厂的现有装机方案以及未来热负荷增长情况，分析抽凝机改造为背压机的实际需求；列举了三种可选的改造方案，并进行了详细的技术参数分析对比；再通过灰色关联度分析理论进行了经济性分析，得到以下结论：为获得更大的经济效益，需要投入更多的改造资金以及更长的改造周期。

[参考文献]

[1] 余帆，亢凯.基于背压式热电联产的综合节能改造探索[J].低碳世界，2016（33）：62-63.

[2] 杨玉恒，徐寿臣.热电厂装机方案优化决策方法的研究[J].东北电力学院学报，1997，17（2）：52-59.

[3] 乞建勋，王斌，牛东晓.基于空间概念的灰色关联分析及电建方案优选研究[J].华北电力大学学报（自然科学版），2007，34（1）：94-97.

[4] 刘屹，邱瑞章，王明家，等.抽凝式、凝汽式汽轮机改为背压机的优势——一种新型的背压机、有低压回热加热补水[C]//第十六届鄂、皖、冀、苏四省电机工程学会汽轮机技术研讨会（江苏分册）论文集，2013：22-26.

[5] 李鲲.某小型电厂抽凝机改背压机设计要点及对策[J].机械工程师，2020（9）：112-113.

[6] 罗建明.12 MW抽凝机组改造为背压机组工程介绍[C]//第五届海峡两岸热电联产、汽电共生学术交流会论文集，2008：392-395.

[7] 虞小明，陈国宏.热电企业抽凝机改背压机综论[C]//第五届海峡两岸热电联产、汽电共生学术交流会论文集，2008：389-391.

[8] 黄忠和.某自备热电厂抽凝改背压机组技术方案及经济性分析[J].自动化应用，2021（4）：174-176.

[9] 邓聚龙.灰理论基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2022.

收稿日期：2024-05-15

作者简介：杨宝童（1978—），男，浙江杭州人，工程师，主要从事汽轮机工程及技术支持方面的工作。