(华电能源股份有限公司佳木斯热电厂 黑龙江佳木斯 154000)
摘要：本文以某厂2×300MW热电联产机组为例，对采用工业小汽轮机驱动热网循环水泵的方式进行经济性分析，进行计算论证，在一个供热周期中，通过汽动热网循环水泵的方式可增加收益256万元。具有较高的投资收益以及良好的经济性。
关键词：供热；小汽轮机；热网循环水泵；经济性
前言
随着电力市场竞争愈演愈烈，供热机组如何降低供热发电成本成为热电厂的重大课题。该厂目前装有两台300MW供热机组按照该等级机组的最大供热能力，单机组热网循环水泵的流量可以达到10000m³/h[1]。由于供热，该厂面积覆盖较为广泛以及区域不集中，阻力较大，作为热网供热的“心脏”热网循环水泵需应配备大功率、高扬程水泵，该厂配备配套电机功率为900kw，导致为期6个月的供热期厂用电率偏高。因此，为进一步降低供热成本，提高该厂盈利能力，研究将热网循环水泵的驱动方式由电动机驱-动更改为汽轮机驱动的方式，是一项能有效降低该厂厂用电率的重要节能措施。
一 、热网系统
（一）热网系统流程
由于热泵投入，该厂热网运行相对于普通机组较复杂。在该系统中，包括主要供热设备：主汽轮机、小汽轮机、热泵、热网循环水泵、加热器等。运行方式由热网循环水泵增压、热泵和热网加热器单一加热或共同加热。
（二）热网系统状态
两台机组热网共有8台400SS160A水平中开单级双吸离心式热网循环水泵，流量1544t/h，配套电机额定容量均900kw，其中4台为变频电机。正常在冬季供暖期运行6个月中，一个供暖期耗用厂用电1678万kw•h。而且该市供热面积逐年增长，热网流量也在逐年递增，该厂承担供热面积2015年达到约1200万平米，2016年达到约1400万平米，随着供热量的增加，热网泵耗电量也在增加，提高运行经济性势在必行。
因此，将该厂由原8台电动机驱动的热网循环水泵改为6台电动机驱动的热网循环水泵和2台汽轮机驱动的热网循环水泵方式，这样可以增大供热的供水能力，降低厂用电率，达到节能降耗目的。另外背压式汽轮机蒸汽能量实现了梯级利用，降低发电成本，增加了向电网供电量，提高机组经济效益。
二、小汽轮机驱动优缺点
采用小汽机驱动热网循环水泵，与采用电泵驱动方式相比具有较多优点，如节约了厂用电、降低煤耗率等，主要优缺点如下。
（一）优点
1.降低厂用电率，减少大量电能的消耗，实现蒸汽能量“梯级利用”，提高全厂综合热使用效率和经济效益。
2.调节范围广，小汽轮机可根据热网水流量或压力变化实现变速调节(范围 1250r/min ～3 000r/min)，变速调节可使水泵运行效率提高，增加可靠性。与原来的节流调节相比，简化了调节系统，消除了阀门因长期节流而造成的磨损，操作更加方便[2]。
3.消除了大型电动机启动对电网的冲击，大型电机在启动时电流大，在投入和切除运行过程中，厂用电负荷变化大，对电网冲击较大。采用小汽轮机代替电动机能改善对电网的影响[2]。
（二）缺点
1.热力系统相比电驱动方式要复杂，蒸汽参数的波动一定程度影响小汽机的稳定运行[2]。
2.小汽轮机的运行方式要受对外供热热负荷变化等因素的影响[2]。
三、热网循环水泵电驱动改蒸汽驱动
（一）改造方案
1.将1号机组1D热网循环水泵及电机，2号机组2A热网循环水泵及电机拆除。
2.在原1D、2A热网循环水泵处分别安装流量7000t/h、扬程110m的热网循环水泵和配套2500kw小汽轮机。
3.小汽轮机进汽取自主汽轮机再热蒸汽冷段高排逆止门后。
4.小机出口排汽引入热网抽汽母管。
5.小机轴封漏汽引入相应机组主机轴封加热器。
6.小机本体及进出口管疏水引入相应主机本扩。
7.小机设独立油站。
8.小机控制系统进主机DCS系统。
（二）小汽轮机的选择
由于该厂设计为供热机组单台最大供热抽汽为520t/h,工业抽汽50t/h，装有热泵机组，其驱动蒸汽压力0.37Mpa。根据现场条件宜采用占地小、投资小的背压机组。由2015年供热严寒期热网流量12000t/h，2016年热网水流量增加达到14000t/h左右，因此选用两台7000t/h、扬程110m的热网循环水泵，则配套汽轮机功率将达到2500kw，进汽选再热蒸汽冷段高排逆止门后（压力2.7 Mpa，温度310℃），排汽进入热网抽汽母管（0.37 Mpa）作为热泵驱动蒸汽，实现蒸汽能量梯级利用。小汽轮机排汽引入热网抽汽母管用于热泵，以维持小汽轮机的正常排汽背压。
小机进汽焓：3023.22kJ/kg
小机排汽焓：2648.2kJ/kg
小机功率：2500kw
小机耗汽量=功率/（小机进汽焓-小机排汽焓）
（2500×3600）/（3023.22-2648.2）/1000=24(t/h)。
四、经济性分析
（一）投资估算
投资估算总计985万元，详见表1。
（二）效益分析
以2015～2016年供热期数据做计-算基数：
热网循环水泵全年耗能：1678万kw•h
供热期发电标准煤耗率：249g/kw•h
入炉标煤单价：656.74元/t
上网电价：0.388元/ kw•h
其余参数见表2。
表1 投资估算
供热期1678万千瓦需要小机消耗的蒸汽量：
小机消耗的蒸汽量=电量/（小机进汽焓-小机排汽焓）
（1678×10000×3600）/（3023.22-2648.2）=161079（t）
由小机排出热网供热蒸汽量相当于热泵抽汽量：
抽气量=[小机消耗的蒸汽量×（小机排汽焓-热网疏水焓）]/（热网抽汽焓-热网疏水焓）
[161079×（2648.2-467.17）]/(3023.06-467.17）=137454（t）
可用于发电的蒸汽量：
161079-137454=23625（t）
此部分蒸汽量可发电量：
电量=蒸汽量×（小机进汽焓-主机排汽焓）
23625×1000×（3023.22-2549.32）/3600=3109968.75（kw•h）≈311（万kw•h）
由于小机排汽不进入凝汽器直接供热使用，因此不产生冷源损失，等于全年热网循环水泵消耗的电能转换为了上网电量。
增加的上网电量为：
1678-311=1367(万kw•h)
小机耗能成本为：
耗能成本=小机耗电量×供热期发电标准煤耗×标煤单价
1678×249×656.74/100=274.4（万元）
增加收益为：
增加收益=上网电量×上网电价-小机耗能成本
1367×0.388-274.4≈256（万元）
表2 汽水参数
由此可见，按2015～2016年供热期计算，投资两台热网汽动循环水泵，年收益可达256万元。
投资回报：
投资回报=总投资(万元)/收益(万元/年) 年
985/256=3.85（年）
将热网循环水泵的驱动方式由电动机驱动更改为汽轮机驱动，约3.85年投资即可收回。
结论
国内已投运的汽动热网循环水泵表明，热网循环水泵由电动机驱动改为小汽轮机驱动技术上是切实可行的。为保证供暖期供热安全稳定，尽量保留原电动泵作为备用，这样可以在小汽轮机故障或检修时正常供热。采用汽动热网循环水泵，可以降低厂用电，增加了电网供电量，实现蒸汽能量梯级利用，预期投资可在3.85年收回，随着该厂供热面积的逐步扩大，#1机超低排放改造完成电价提高，投资回收可进一步缩短。
参考文献:
[1]. 刘爽；孙首珩；曹瀚文；姚莹莹.《300MW等级机组热网循环水泵汽动改造经济性比较》[J].吉林电力.2016.10.第44卷第5期（总第246期）48页.
[2]. 舒斌；何晓红；孙士恩；郑立军.《利用小汽机驱动热网循环泵的供热经济性分析》[J]. 汽轮机技术.2014.06.第56卷第3期.224页.
论文作者:冯瑞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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