小型背压式汽轮机发电的经济性解析

张耿瑞

摘 要：在资源匮乏以及环境污染问题日益严重化的局势中，国内众多行业将节能工作重点设置为加大对背压式汽轮机发电推行力度，借此途径达到最大限度提升热能利用效率，发电与供热两项内容同步运行等多重目标，在背压式汽轮机的协助下，所取得的成果是极为可观的。文章在对背压式汽轮机发电特征与在热电厂具体应用的基础上，对背压式汽轮机发电的经济性进行解析，希望与业内人士一起分享经验。

关键词：背压式汽轮机；汽轮机发电；供热；经济性分析

中图分类号：TK269.+3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0174-02

节能减排已经演变成时代发展的主题，可以被视为我国社会经济发展进程中缓解能源压力的有效办法之一。但是现阶段国内工业企业能源损耗量处于逐年上涨的态势中，不规范应用的现象屡见不鲜。小型背压式汽轮机在高能耗企业发展进程中的应用，在压缩能源消耗量方面发挥的作用是极为显著的。

1 小型背压式汽轮机的主要特征

当下， 国内众多化工行业采用汽用热设备，通常情况下其所需的蒸气压力数值处于较低水平上，只有1～4千克力/厘米2就足矣了；但是锅炉规划的压力大多数大于8千克力/厘米2，通常需节流降压。蒸气经由节流程度以后，能够在一定压力下可用来作功的焓处于降低的态势中，这不仅能实现节约成本的目标，缺失的部分被叫做节流损失[1]。若将锅炉的压力提升至13～25千克力/厘米2，汽温提高至350～400℃，同时另设一套背压式汽轮发电机组，蒸气流经由汽轮机一是能够实现降温降压的目的，二是协助轻纺企业获得价格相对合理的电力资源。

背压式机组，每发一度电产出时热能消耗大概12000千卡，发电成本每度大约0.02元，低于普通凝汽式电站的成本。这主要是因为凝汽式机组的冷源损失量较大，通常情况下发电厂的热循环效率不足50%。

2 小功率背压式汽轮机在热电厂的应用

2.1 充分利用锅炉新蒸汽的能量

一是在锅炉产汽量高于热负荷的情景中。锅炉的规划容量通常为汽轮机额定进汽量的1.1～1.2倍，尤其是在夏季等供热量相对较低的情况下，锅炉产量有很大部分富余蒸汽没有被有效应用。

二是热负荷增加但是应用减温减压器的局势中。热电厂若处于供热负荷加大，但是汽机无法符合供汽标准的，那么就有必要采用减温减压器将锅炉产汽由4.0MPa，400℃或更高参数的蒸汽减温减压去补充供热量。

采用锅炉剩余蒸汽，或作为补充供热角色的锅炉新蒸汽驱动小型背压式汽轮机，运行后的蒸汽作为汽机外供汽主要构成充分之一。在小汽机的协助下，抽汽机组的抽汽量有显著减少。若小型背压式汽轮机的进汽压力为3.5MPa，温度为450℃时，进汽量约为7t/h；若其排汽压力为0.98MPa，温度为330℃时，额定功率为250kW。

2.2 利用除氧器加热蒸汽的可用能驱动给水泵

小型热电厂通常应用如图1的热力系统。电站锅炉多数会应用热力除氧的方式，进行给水除氧耗损的蒸汽多数源于低压热网。在给水流量较大、温度偏低的情况下，蒸汽耗损现象严重化。但是一般情况下热电厂低压蒸汽源于背压汽轮机的排汽或抽汽凝汽汽轮机的抽汽[2]。上述途径获得蒸汽的温度相对较高，因为传熱温差较大，所以蒸汽可用能损耗量较为严重，致使能源浪费现象严重化。

在上述情景中，可以借用热功联产汽轮机，把热电企业冗余的蒸汽或低压热网的蒸汽转变成机械功，此时驱动锅炉给水泵或引风机，做功后的蒸汽用在锅炉给水除氧方面上，此时电厂能源消耗量处于极低水平上，这部分热能可以加大换取驱动锅炉给水泵、风机的电动机节省的电能，这样热电厂自体能耗量大幅度降低，电负荷输出量随之增加，热电厂经济效益与社会效益均有不同程度的提升。

除氧器采用104℃水温的大气式除氧，此时加热蒸汽参数为0.15MPa～0.2MPa，温度达到120℃就能满足运行条件。但是在对其进行规划之时通常因为缺乏适宜的汽源，就采用抽汽机组的二级抽汽供给，一旦外网供热量较大，除氧器耗汽量就会增加，也就是说二级抽汽压力相对较低，无法符合除氧的标准，只好经由工业抽汽（如 0.98MPa，300℃）经减温减压获取，在上述过程中蒸汽的可用能大大折扣，能源利用率大幅度降低。

若工业抽汽先采用小型背压机作功，发电或直接驱动给水泵的方法，那么经规划的排汽参数就能够顺利达到除氧器要求的蒸汽参数，排汽供氧器在加热方面实用价值充分体现出来，能够获得占装机容量3%以上的动能，这类能量能够以电能的形式供给外网或直接作为动力被应用。

从机组运转安稳性的角度分析，应用工业汽轮机带动给水泵可以有效规避厂用电中断给锅炉运转造成的隐患，机组可以借用锅炉余汽无障碍运转[3]。在安稳性方面，大型电动机启动之时流经的电流较大，并且在运转与停运之时，致使厂用电的符合变化幅度较大，若电机或系统存有故障，就会有危险事故衍生，对厂用电系统运行造成极大的负面影响，故此积极采用汽轮机拖动给水泵，运行安全性与经济性均处于较高水平上。

2.3 应用供热系统的加热蒸汽压差做功

小型热电厂的供热系统多数把 0.98MPa，300℃的汽轮机工业抽汽或背压机的排汽用在换热管网中的换热器，加热作为热媒的水，有大约75℃水流生成，输送至，热网用户，但是换热器所需加热蒸汽的压力低于0.1MPa，由此可见供热进程中存在大量的蒸汽有用能损耗的现象。

在这样的情景中，若在确保供热要求的条件下先在工业抽汽安设一台背压式汽轮机发电，把它排汽用在加热热网换热器，就可以有效应用蒸汽的可用能，生成额外的电能，协助电厂获得最佳经济效益。

3 背压式汽轮机的热电负荷平衡

所谓的热电负荷平衡，实质上就是应用背压机组的一个最关键的问题。有人士主观认为只需汽与电的企业都可以运作一套背压机组，因为地方电网电价相对较高，背压机组发电成本较低的缘故。总结长期的实践经验，认为应用背压机组的企业务必具有以下两类条件：一是耗汽与耗电同步进行；二是汽、电负荷相对均衡化，并且变动幅度较小[4]。在小型背压机组发电进程中，应该正确理解平衡与平稳的内涵，平衡可以被视为一个经济性问题，平稳则被理解为一个波动性问题。众所周知，背压式汽轮机是在高温、高压、高速环境下运行的，若数次启动机组，那么在温差变化幅度较大的情况下，背压式汽轮机的转子、汽封、轴瓦等构件磨损的可能性均会有不同程度的增加，并且在频繁性的启停环节中，操作事故出现率也上升，对个体生命安全性构成威胁。

若背压机组热电负荷平衡性缺乏，那么机组的经济效能就会被埋没，为了处理背压机组热电负荷不平衡的问题，可以采用以下几种措施：

（1）面对工业布设合理性缺乏，用热单位零散化的情况，科学分配热能就非常困难，再加上地方电网规模较小，电压稳定性缺乏，并网运转难度较大以及，弧网运转时电负荷又无法伴随热负荷整改的区段或单位，最好不要采用背压式汽轮发电机组。（2）若地方电网运行安稳，背压机组最好和电网同步运转，那么机组可以参照本企业的热负荷曲线运转，由电网承担电负荷量的整改任务。（3）构建热电站，推行集中式供热模式。在应用背压机组的过程中，适度增设一定容量的凝汽式机组；背压机组参照热负荷曲线运作，凝汽机组充当调整电负荷的角色。（4）严格编制本企业的热负荷曲线图样，全面贯彻落实以蒸汽量设定电能的规划。

4 结束语

综合全文论述的内容，对小型背压式汽轮机发电的经济性有更为全面的认识，在热电厂中具体是在充分利用锅炉新蒸汽的能量、利用除氧器加热蒸汽的可用能驱动给水泵、应用供热系统的加热蒸汽压差做功三方面体现出来的。当下国内小型凝汽机组每度电耗煤大于1500克，大型凝汽机组也高于700克。由此可见其在节能方面体现出一定应用价值，在轻工业中将会获得更大的发展空间。在条件允许的情况下，背压机组也会普及应用。

参考文献：

[1]刘屹，邱瑞章，曹勤，等.抽凝式和凝汽式汽轮机改为背压机的优势[J].能源研究与利用，2015，01：44-47.

[2]李书恒，陈兰菊.DEH在背压式汽轮机调节系统改造中的应用[J].科技风，2015，17：99.

[3]崔素玉，张玉峰，崔健锋，等.次高压背压式汽轮机机组改造[J].小氮肥，2014，42（05）：24-26.

[4]孙海玲.前置背压式汽轮机端部轴封漏气修复[J].中国设备工程，2016，05：73-74.endprint