摘要：在小型热电厂热电联产系统中，要利用好能量梯级方法，降低生产中的用电率，提高热电厂生产效益。本文针对小型热电厂热电联产系统中能量梯级的利用进行研究，提出能量梯级利用有效技术，并在实践检验中，建立一个有效的热电联产系统能量梯级利用体系。
关键词：小型热电厂；热电联产系统；能量梯级利用
前言：热电联产系统概念的提出，使得热能循环研究思路有所改变，人们不再只关注单一循环效能，而注重将不同循环系统有机结合起来，建立高性能的热力供应系统，并从能源利用提高的角度出发认识热电联产系统的优化设计。总能梯级利用是热能充分利用的根本原理，同时是系统创新的核心。
1 热电联产系统的发展
能源成本的提升和环境保护重要性的凸显，是促进热电联产系统高效发展的主要因素，是由于循环系统能充分发挥能源利用率，可通过利用先进技术来实现热介质有效传输和环境保护。我国北方地区季节性特征较明显，该地对采暖需求较大，采取区域性热电联产系统集中供热的方式，具有减少环境污染、节约能源的优点，体现出较好的经济性。因此，热电联产系统逐渐成为重要的供热方式，热电厂负责热能供应。随着我国热电联产事业不断发展，国产200MW供热机组在供能领域取得广泛应用。例如，秦皇岛热电厂便利用两台200MW高压抽汽凝汽式供热机组，实践证明，这一级别机组逐渐应用成熟，运行较可靠。同时国内供热机组正朝着大型化发展。在供热机组运行中，流进汽轮机中的蒸汽分成凝气流和供热流两股，凝气流经过通流部分做功后进入凝汽器，用于发电，在做功、发电后将供热流抽出，将其输送到加热器中对外供热，完成供热、发电两个过程。要想突出热电联产系统的节能优势，需要遵循多供热、多发电的原则，将发展重点放在提高机组抽汽能力上。
2 小型热电厂热电联产系统中的能量梯级利用
2.1 减少除氧器加热过程中的压差损失
除氧器加热系统运行中出现的压差损失是降低供能效益的主要原因，利用系统中的压差损失发电或做功的技术，在提高能源利用率上有着重要作用。以某一锅炉给水泵为例，将一台锅炉给水泵中的电动机设备拆下，重新设置一台给水泵汽轮机，将t=300℃、P=0.98MPa的工业抽汽通过DN100管道引进到给水泵汽轮机中，探后用DN250管道将汽轮机排汽引进到除氧器中。从运行效果来看，采用能源梯级技术后，除氧器每小时节约电能为290kW·h，年节约电能约为290万kW·h，该地发电成本价是0.34元/(lKw·h），因此每年能节省85万元的支出；给水泵汽轮机利用WOODWARD型调速器，它的调速范围在2000-3000r/min；使用上述技术后，系统安全性明显增加。从运行实际情况看，该厂在2009年曾遭遇雷击导致用电消失，而给水泵汽轮机在用电消失时能利用系统中的余汽维持运转，避免出现缺水问题；给水泵汽轮机投入使用的6年时间一直运行正常，说明系统运行安全性较高。
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2.2 循环水制冷应用技术
人们生活需求不断变化的背景下，集中供冷和集中供热逐渐成为社会日常需求，在供冷过程中，需要利用1MPa工业抽汽流入蒸汽型制冷机中，让制冷机产生7-13℃的冷媒水，将冷媒水流过风机盘管向末端输送冷蒸汽，这一过程中，工业抽汽持续制冷，会造成较大的压差损失。将能源梯级技术运用到循环水制冷中，实现抽凝机循环制冷，利用循环水供热的同时，将热水引进制冷机中，使制冷机开始产生冷媒水，并通过风机盘管制冷[1]。上述制冷过程中，汽轮机排汽压力为0.09MPa，当制冷机选择1MPa抽汽作为运行介质时，能达到120%的运行效率，利用90℃的水介质时，系统制冷效率达到90%，说明汽轮机运行参数、运行介质和水温度的选择，对最终制冷效率有着重要影响。以压力为1MPa、流量为10t/h、温度为300℃的蒸汽工质为例，在制冷过程中，蒸汽分别流过制冷机和风机盘管，按照蒸汽型制冷机同时制冷和发电时的技术参数来计算，能产生制冷量达到27600MJ/h，利用抽凝机制冷时产生的制冷量为20106MJ/h。通过上述阐述可知，能源梯级概念在热电联产系统优化改进中的应用，对提高系统运行效益有着促进作用。
2.3 循环水供热应用技术
在循环水供热区域中，热电厂供热半径不超过20千米，热负荷供应稳定且热网水管道之间配合效果良好，实际供热过程中，应首先考虑抽凝机循环水供热。我国东北地区早期尝试采用凝气型汽轮机来供热，保持供水温度在60℃左右，还存在较大改进空间。并且汽轮机运行可靠性差，主要是由于循环水供热期间的运行状况与汽轮机设计标准不符[2]。对抽凝机循环水供热和传统供热技术进行对比，采用抽凝机的循环水供热具有以下特点：进行热力系统的改进升级，促使汽轮机在已有凝汽式发电功能基础上，通过排汽使凝汽器中的水开始升温。当汽轮机进行循环水供热时，不影响其运行可靠性，并能保持循环水温度达到70-90℃；当供热系统出现缺水现象时，汽轮机可利用喷水冷却设备保持低负荷运行，节省了运行能源，并提高了系统安全性；汽轮机运行效率有所提高，循环式供热过程中，能够将凝汽器温度损失控制在6%以内。在抽凝作业状态下，汽轮机要比供热机组运行效率较高。以12MW抽凝机组为例，当端差减少15℃后，能增加500kW的发电量，说明改进后的供热系统经济效益较高。
2.4 蒸汽压差做功技术的使用
这一技术的使用条件是将110t/h的蒸汽引进到背压式汽轮机中开始发电，然后利用汽轮机排汽进行供暖，在保证稳定供暖的情况下，可产生大量电能，有利于提高运行效率。如山东某一热电公司将温度为300℃，压力为1MPa的抽汽引进汽轮机中做功，并驱动三台循环水泵开始运行，并将温度为180℃，压力为0.1MPa的排汽引进到换热器中，用来加热循环水并实现供热。上述过程中，本来损失掉的蒸汽压差被继续利用，节约了3000kW的电能。但不是利用全部的蒸汽压差，只节约电能40%左右，但是取得的经济效果较显著。运用蒸汽压差做功技术，对设备要求较低，但每年节省的成本较高。
结论：综上所述，随着小型热电厂建设规模的扩大，对热电联产系统运行效能提出更高要求，为了提高系统运行中的热效率，需要采取恰当的能量梯级利用技术，实现能量的有效转化。本文主要分析了热电联产发展现状，强调能量利用率最大化，并通过引进能量梯级方法，促进热电厂生产作业高效开展。
参考文献：
[1]郝靖.冷热电三联供系统热力性能的模拟分析及评价研究[D].东北电力大学,2019.
[2]崔濡川,周恩泽.符合能量梯级利用原则的污水厂污泥沼气热电联产系统研究[J].中国沼气,2018,36(06):79-84.
作者简介：张现伟（1985.11.22）；性别：男，籍贯：山东省临沂人，学历：本科，毕业于临沂师范学院；现有职称：中级工程师；研究方向：电力。
论文作者:张现伟
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/12
标签：汽轮机论文; 梯级论文; 系统论文; 热电论文; 热电厂论文; 能量论文; 做功论文; 《当代电力文化》2019年第16期论文;