汽輪機(jī)替代減溫減壓裝置工藝的應(yīng)用和節(jié)能分析

袁紹闖

摘 要：節(jié)能降耗是國家越來越重視的，也是落實(shí)我國可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略。隨著社會的發(fā)展，企業(yè)本身也日益重視這一塊，原有廠內(nèi)工藝優(yōu)化的節(jié)能改造，不僅可更好地滿足工藝要求，也能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也對國家的節(jié)能降耗是一個(gè)重大貢獻(xiàn)。本文主要根據(jù)一個(gè)工程案例，探討汽輪機(jī)替代減溫減壓裝置的工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)型和節(jié)能性。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)；減溫減壓裝置；節(jié)能；燃煤鍋爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.022

1 前言

某企業(yè)由于工藝蒸汽的需要，購置了一臺35t/h的中溫中壓燃煤鍋爐，產(chǎn)生蒸汽壓力為3.43Mpa（a），435℃的熱源，后期工藝蒸汽要求0.78Mpa（a），常年使用減溫減壓進(jìn)行生產(chǎn)。

因鍋爐產(chǎn)生的蒸汽遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于末端工藝所需要的壓力和溫度，故需減溫減壓使用或排空，會造成一定的能量損失。這些大量的余熱若能得到合理的利用，在節(jié)約大量的能源，還可減少環(huán)境污染，企業(yè)的生產(chǎn)成本也將大大降低。

目前，在大型企業(yè)中，余熱利用方式多樣，技術(shù)也比較成熟，經(jīng)濟(jì)效益較好。但對于小型企業(yè)來說，其合理利用余熱還不是很理想，這和企業(yè)對節(jié)能改造后工藝穩(wěn)定性和改造后的顯著經(jīng)濟(jì)收益不了解有很大關(guān)系，后期需要節(jié)能改造的實(shí)施單位后期進(jìn)行技術(shù)推介。

2 減溫減壓器的應(yīng)用

減溫減壓器供熱節(jié)流損失能耗大，在熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)中，將高參數(shù)蒸汽調(diào)節(jié)到熱用戶所需的低參數(shù)， 必須通過加水降溫降壓來實(shí)現(xiàn)，通過減溫減壓閥組來獲得所需的蒸汽，是一種常用的裝置，能源浪費(fèi)也較為突出。

小型熱電聯(lián)產(chǎn)中，改用工業(yè)蒸汽驅(qū)動背壓式汽輪機(jī)供熱，可降低廠用電消耗，實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用，減小能量轉(zhuǎn)換中的各項(xiàng)損失。

背壓式汽輪機(jī)能用變速方式調(diào)節(jié)給水量和壓力，在機(jī)組變負(fù)荷時(shí)給水壓力和流量不再依靠閥門調(diào)節(jié)，避免大量節(jié)流損失。

3 汽輪機(jī)改造方案的可行性

通過和業(yè)主的積極溝通，結(jié)合其他余熱利用的成功案例，提出了一套可行的分析方案，并得到業(yè)主的認(rèn)可并在后期得以實(shí)施。

本方案利用業(yè)主提供的富裕的中溫中壓蒸汽，采用目前國內(nèi)較成熟的先進(jìn)的背壓式機(jī)組進(jìn)行余熱利用，該系統(tǒng)配套一臺3MW背壓式汽輪機(jī)及3MW有刷勵磁發(fā)電機(jī)。

電站設(shè)計(jì)遵循“系統(tǒng)先進(jìn)、設(shè)備高效、節(jié)約投資”的原則，認(rèn)真研究項(xiàng)目建設(shè)條件，最大限度的利用原有設(shè)施，通過多方案對比，為業(yè)主推薦適宜的技術(shù)方案并提供技術(shù)依據(jù)，工程新建范圍包括：汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、冷油器及空冷器用冷卻水系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)和電站自動控制系統(tǒng)。

目前新上發(fā)電機(jī)組中，嚴(yán)格控制了中小型機(jī)組的審批規(guī)模，但汽輪機(jī)在熱電聯(lián)產(chǎn)的應(yīng)用，依舊推廣。特別是針對小型企業(yè)來說，對解決其蒸氣利用過程的梯次用汽問題，十分必要。

同時(shí)，原有的減溫減壓裝置作為備用得以保留，并聯(lián)在蒸汽管線上。在運(yùn)行過程，當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組處于檢修或故障狀態(tài)時(shí)，減溫減壓裝置可以作為應(yīng)急使用，按照改造前的工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)。這種工藝的布置方式，即避免了企業(yè)所擔(dān)心系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，也為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

4 汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)

本方案利用蒸汽管網(wǎng)，將3.43Mpa-435℃-35t/h的中溫中壓蒸汽送至汽輪發(fā)電機(jī)房，作為背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組的主蒸汽做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后產(chǎn)生0.78Mpa-280℃-35t/h的乏汽，通過管網(wǎng)送至廠區(qū)管網(wǎng)，供業(yè)主進(jìn)一步利用。

4.1 汽輪機(jī)的設(shè)備特點(diǎn)

汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中設(shè)置了高性能的前壓調(diào)節(jié)裝置，用于控制進(jìn)入汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，可達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)汽壓力的目的，因此，即使蒸汽管網(wǎng)送來的蒸汽壓力不穩(wěn)定，也不會影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用美國WOODWARD505數(shù)字調(diào)速器+德國VIOTH電液轉(zhuǎn)換器+引進(jìn)西門子技術(shù)制造的液壓執(zhí)行器組成，引進(jìn)西門子技術(shù)制造的液壓執(zhí)行器組成，調(diào)速控制標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到NEMAD級精度。

供油系統(tǒng)采用集中供油裝置，裝有高精度過濾器（10～25u），冷油器、濾油器、采用雙聯(lián)結(jié)構(gòu)，可達(dá)到在線切換。同時(shí)，因采用了組合設(shè)計(jì)，整個(gè)供油系統(tǒng)集中在一個(gè)底盤上，大大縮短了設(shè)計(jì)與安裝時(shí)間，更方便用戶使用與管理。

采用引進(jìn)西門子技術(shù)制造的液壓執(zhí)行器可在運(yùn)行狀態(tài)下對進(jìn)汽速關(guān)閥進(jìn)行靈活性試驗(yàn)。在緊急停機(jī)情況下，汽輪機(jī)的速關(guān)閥與配汽閥，在0.5秒的時(shí)間內(nèi)同時(shí)關(guān)閉，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

4.2 汽輪機(jī)盤車裝置

采用電動盤車裝置，帶手動功能，具有自動投入和自動脫開功能。

盤車裝置能使汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動起來，并能在正常油壓下以足夠的轉(zhuǎn)速建立起軸承油膜，盤車轉(zhuǎn)速為13r/min。且軸承建立合適油壓前，禁止啟動盤車裝置，在汽機(jī)起動前，先啟動盤車裝置，一旦汽機(jī)啟動，并達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，盤車自動脫離嚙合而不對汽輪機(jī)產(chǎn)生沖擊，且不再自行投入。

4.3 熱工儀表及自動化

為使自備電站處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)約能源，提高勞動生產(chǎn)率，本方案采用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（簡稱DCS系統(tǒng)）對各車間進(jìn)行分散控制、集中管理，對于關(guān)鍵性的檢測和控制元件選用進(jìn)口設(shè)備或國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

設(shè)置于電站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（DCS）由現(xiàn)場級及中央控制級組成。

（1）現(xiàn)場級。根據(jù)電站的特點(diǎn)，在電站中央控制室內(nèi)設(shè)置I/O

模件機(jī)柜，采集所有來自現(xiàn)場的開關(guān)量和模擬量信號并輸出驅(qū)動信號?，F(xiàn)場級完成電動機(jī)順序邏輯控制、工藝過程參數(shù)的檢測與監(jiān)控，以及PID串級、多變量復(fù)雜控制。

（2）中央監(jiān)控級。中央監(jiān)控級設(shè)1個(gè)工程師工作站和2監(jiān)控操作站，分別由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)、LCD和打印機(jī)等組成。監(jiān)控操作站的功能包括：

具有動態(tài)參數(shù)的熱力系統(tǒng)及工藝流程圖顯示；電動機(jī)開/停操作和運(yùn)行狀態(tài)顯示；

棒形圖顯示；歷史趨勢曲線的顯示；調(diào)節(jié)回路的詳細(xì)顯示及參數(shù)修正；

報(bào)警狀態(tài)的顯示；報(bào)警狀態(tài)及運(yùn)行報(bào)告的打印等。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

本系統(tǒng)是一個(gè)控制功能分散控制、集中監(jiān)視和管理的控制系統(tǒng)，電站中控室取消了常規(guī)模擬儀表盤和模擬流程圖，代之以大屏幕彩色圖形顯示器，更便于運(yùn)行人員監(jiān)視與操作，同時(shí)大大縮小了中控制室的建筑面積。此外系統(tǒng)中還采用了面向過程的語言，硬件均為模塊化，使整個(gè)系統(tǒng)的操作與維護(hù)更加簡便。為防止數(shù)據(jù)丟失和電源干擾，系統(tǒng)采用不間斷電源（UPS）供電，保證了運(yùn)行的可靠性。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

裝機(jī)容量3MW，年運(yùn)轉(zhuǎn)率按8000h（11個(gè)月），平均發(fā)電功率3MW，年發(fā)電量24000000kWh，電價(jià)按0.5元/kWh，年發(fā)電金額1200萬，考慮整體投入不到800萬（部分利舊），方案具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

6 結(jié)論

（1）輪機(jī)替代減溫減壓裝置工藝，國產(chǎn)背壓式機(jī)組性能和質(zhì)量成熟先進(jìn)，原有的減溫減壓閥組作為備用，工藝安全和穩(wěn)定性有保障，具有良好的運(yùn)行特性。

（2）汽輪機(jī)替代減溫減壓裝置工藝，具有顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)收益。

（3）汽輪機(jī)替代減溫減壓裝置工藝，對氣源、系統(tǒng)做了進(jìn)一步的優(yōu)化，提高了系統(tǒng)變負(fù)荷變轉(zhuǎn)速的運(yùn)行性能，汽輪發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化可以滿足40%-100%下長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）系統(tǒng)采用DCS檢測，自動裝置，保護(hù)裝置穩(wěn)定可靠，設(shè)備選型先進(jìn)，系統(tǒng)安全可靠，操作靈活，可滿足機(jī)組在啟、停、正常調(diào)節(jié)、甩負(fù)荷狀態(tài)下的運(yùn)行要求，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，符合資源綜合利用政策，具有較好的推廣價(jià)值。

系統(tǒng)投運(yùn)以來，減少了水資源的使用和排空的次數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定高效，達(dá)到了高效節(jié)能、保護(hù)環(huán)境的目的，為熱電聯(lián)產(chǎn)和資源綜合利用的發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)，且在其他領(lǐng)域也有大量實(shí)際運(yùn)用的案例，值得推廣。

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