摘要：随着蒸汽供热输配方式逐渐改变为高温水供热方式，高温水供热首站根据供热负荷和供热参数的设计选择，作为集中供热“心脏”的循环泵一般选择功率较大，电力能源消耗占成本的比重非常高。我们选用背压式汽轮机拖动循环水泵，代替电力拖动循环水泵，实现了蒸汽热能的梯级利用，经过理论计算，结合实际具有较好的安全性与经济性。同时，面对蒸汽参数的变化，热网水力负荷的变化，用户热负荷的变化，以及应对故障应急措施，我们在设计中都加以考虑和论证。第二，我们也充分认识到汽轮机在使用和操作方面的不利因素。
关键词：汽轮机；焓；㶲；额定工况；节能
1.工程背景
1.1淄博某供热公司在热源厂内建设高温水供热首站，热源厂为化工生产自备热电厂。
设计热负荷、城市集中供热高温水系统阻力：
热负荷：400万平方米
系统阻力：高温水系统125米。
1.2系统流程设计思路
1.2.1背压式汽轮机在系统中的应用
利用电厂10kg/cm2抽汽，使用小型背压式汽轮机拖动城市集中供热系统循环水泵，其背压排汽用于溴化锂热泵机组驱动和热网循环水二级加热。
1.2.2调峰系统
利用电厂10kg/cm2抽汽，使用调峰换热器对城市集中供热循环水二级调峰加热。
1.3论文主要研究的主要内容
采用背压式汽轮机，替代电动机后节能原理和实际效果；
采用合理的系统设计，确保汽轮机工作的安全性、经济性分析。
2.汽轮机替代电动机拖动水泵的基本分析方法
2.1汽轮机拖动的基本理论
热力学第一定律告诉我们：各种形式的能量在相互转化过程中，能量保持平衡。即：机械能、电能转化成热能，热能同样可以转化成机械能和电能，在相互转化中能量保持平衡。
但是，我们学习了热力学第二定律后得知，机械能、电能可以完全转化成热能，而热能却不能完全转化成机械能或电能。能量的传递和转换必然伴随着其“质”——㶲的传递和转换。而㶲在传递和转换过程中其量不守恒。
㶲是当热力系统或能流与环境相互作用而达到完全平衡时系统向外界输出的最大功量。从实质上，㶲是能的可转换性。
而是能量不可转换的部分，所以：
全部的能量＝㶲＋
在汽轮机内，焓降的变化，即进汽参数与排汽参数的变化，就是利用了蒸汽中的㶲——可以转换成机械功的那部分能量。
在蒸汽——水换热器内，汽水的热交换，蒸汽完全变为凝结水，可以视为不可做功的那部分能量。
2.2汽轮机拖动与电动机拖动的比较方法
比较计算的基本方法为在各个热机中的焓降。
2.2.1电动机拖动
电动机拖动系统图如（图1）：
该系统单位时间内消耗的能量为
Pz ＝（h1－h2）＋P
2.2.2汽轮机拖动
汽轮机拖动系统图如（图2）：
该系统单位时间内能耗计算为：
Pz＝P＋（h2－h3）＝（h1－h2）＋（h2－h3）＝h1－h3
2.2.3为方便比较，确定相同的边界条件
在两种方式下，比较时必须达到相同的设计效果，即相同的边界条件；
计算各单位必须相同；
计算其经济性时，乘以相关价格。
3.汽轮机在某热力公司的实际应用介绍
3. 1循环水泵选择
首站循环水泵泵头均选用卧式双吸离心泵，同时设汽动泵和电动泵，根据外网提供的热水参数要求，设计方案为：设两台汽动循环水泵，一台电动循环泵，互为备用。三台泵参数均为：Q=1400m3/h，H=125m，N=710kW；
热网循环泵拖动型汽轮机参数：B0.8-0.9/0.5，额定进汽压力/温度：0.8MPa/300℃，排汽压力/温度：0.4MPa/245℃，额定进汽量：35t/h。运行模式为：正常情况下，两台汽动泵运行，电动泵备用，事故情况下，互为备用。
水泵调速：汽动泵可以通过改变拖动汽轮机的进汽量，改变水泵转速；电动泵调速可采用变频调速或液力偶合器进行调速。
图1
图2
4.汽轮机实际应用主要经济技术分析
4.1热网循环泵拖动型汽轮机参数：型号：B0.8-0.9/0.5；额定进汽压力/温度：0.8MPa/300℃；排汽压力/温度：0.4MPa/245℃；额定进汽量：35t/h。
4. 2热网循环泵参数：流量：Q=1400m3/h；扬程：H=125m；配电机功率：N=710kW
4. 3热源厂提供供热首站主要能耗价格：
电力：0.65元/kwh；蒸汽：52元/GJ。
4. 4分析与比较
分析比较思路：采用电机拖动，并按照额定工况，0.8Mpa蒸汽直接进入换热器后再进入溴化锂热泵机组；采用汽轮机拖动，进汽压力仍为0.8Mpa，进汽量都是35t/h。
供热周期为120天。
查《水和水蒸气的物理特性》表：
汽轮机进口焓值：3056.46KJ/kg
汽轮机出口焓值：2946.81KJ/kg
汽轮机的热力损耗，即是其焓降损失：
小时蒸汽折算耗量：（3056.46－2946.81）×35000÷（600000×4.2）＝1.523T/H
汽轮机年耗蒸汽金额：1.523×24×120×3.05646×52＝69.7万元
电动机年耗金额：710×24×120×0.65＝132.9万元
在额定工况下，使用汽轮机比电动机直接拖动，每年可节约运行成本：
132.9－69.7＝63.2万元。
4.5投资与收益分析
查水泵配710KW高压电机价格：约15万元；
查M40汽轮机价格及安装费用：约38万元；
（38－15）／63.2×100%＝36.4%
热网循环泵汽轮机在36.4%运行期内可收回投资。
5.汽轮机应用中存在的问题和解决方案
汽轮机是按照一定的热力参数、转数和功率设计的，对应设计参数的工况为设计工况。汽轮机在设计工况下运行最经济，故设计工况又称为经济工况。在实际运行中，外界负荷，蒸汽的状态参数、汽轮机的转速以及本身结构等的变化均会引起汽轮机各项参数和零部件受力情况的变化，进而影响其经济性和安全性。
研究变动工况，目的在于分析汽轮机在不同工况下，能够保证汽轮机的安全、经济运行。
5.1为保证汽轮机在额定工况下运行，采取如下措施：
5.1.1确保蒸汽初参数恒定。
在汽轮机前端设置安全阀和报警装置。当汽轮机进汽参数过高时，报警装置报警，安全阀打开。
与蒸汽热源厂达成安全生产协议，蒸汽参数发生变化时，保持信息互通，以便及早做出反应。
5.1.2确保下游蒸汽参数恒定。
通过我们的系统设定，无论是在二级加热换热器处，还是在溴化锂热泵机组连接处，都不采用调节方式。
5.2汽轮机还可能遇到的问题
循环水泵在选型时，一般都有余量。我们在汽轮机——换热器联合运行或汽轮机——热泵机组联合运行时，都不对流量进行调节。但是，外网在进行自动平衡时，不可避免的要使循环流量发生变化，这是其一；蒸汽参数不可能一成不变，这是其二；遇到这些情况，我们采取如下措施：
5.2.1在下游系统调节时，造成汽轮不在额定工况下运行
对汽轮机进行调速调节；
停止汽轮机拖动，开启备用电动水泵；
5.2.2汽轮机在蒸汽波动情况下运行；
5.2.2.1蒸汽参数波动范围较小，不必进行调节；
5.2.2.2蒸汽参数波动下，可对汽轮机进行调速；
5.2.2.3蒸汽参数波动较大时，关闭汽轮机拖动水泵，及时采用电力拖动备用水泵运行。
5.3汽轮机调速
汽轮机尽可能不调速，但遇到不得已时，仍可进行调速：
汽轮机调速由调速器、调节汽阀连杆、汽阀总成等部件组成，通过它们能对运行中的汽轮机的转速或负荷起自动调节和控制作用。
5.4汽轮机在危机状况下的保护
保安系统是保证汽轮机安全运行，防止发生意外事故的重要装置，本机组的保安系统由下列部件组成：危急遮断器及危急遮断器连杆。
6.结论
6.1汽轮机替代电力拖动循环泵，具有较好的经济性；
6.2通过各种预案的工艺设计，可确保汽轮机在安全、经济工况下工作。
6.3汽轮机替代电力拖动循环泵，增加了工艺难度和实际操作难度。所以要编制较为完善、可行的安全操作制度。
6.4汽轮机系统复杂，相对于电力拖动，安装空间受限，须在设计中予以注意。
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论文作者:蒋长天,李福华,张伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：汽轮机论文; 拖动论文; 蒸汽论文; 工况论文; 参数论文; 水泵论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第6期论文;