仟亿达节能低碳技术——工业透平汽轮机在电厂中的应用

蒸汽透平的原理比燃气透平简单，蒸汽透平不配备蒸汽发生装置，主要靠锅炉来供应高压蒸汽，广泛应用于机车、火力发电厂以及核电站，进汽口接往蒸汽发生器（锅炉）。随着技术的进步，透平仓已经出现了高-中-低压三缸配置和高中-低压两缸配置两种，透平叶片也分为高压段、中压段和低压（背压）段。其主要工作原理与燃气透平相同，但由于一般的蒸汽透平也要负担一定的供热任务，所以在抽汽方式以及高压蒸汽回收方式上也有很多分支，如抽汽式、背压式、抽气背压式等等。

通过蒸汽透平的蒸汽一般经冷却塔冷却后，返回锅炉使用，称为水循环。核电站的水循环有两个环，其一是经过PW压水堆或BW沸水堆进入热交换器的放射性水循环，另外一个是经过热交换器进入蒸汽透平以及冷却塔的非放射性水循环。两个循环彼此独立，因此核电站自然蒸发出的水是没有放射性的。目前我国在小容量蒸汽轮机的技术比较成熟，但在大型蒸汽轮机方面，目前仅有哈汽，东方以及上汽有相应的技术引进工作。

一、工业透平汽轮机在除氧加热中应用

电站锅炉在正常运行过程中，必须对其给水进行热力除氧。在外供汽量较大的热电厂或企业自备热电站中，由于大量外供蒸汽的凝结水得不到回收，或凝结水回收温度很低，因此电厂必须利用蒸汽压力相对较高（P1≥ 0.5MPa）的热网蒸汽进行除氧加热。鉴于常规的大气式除氧器所需的蒸汽压力较低（P2 ≤0.15～0.3MPa），因而这部分除氧用蒸汽存在明显的节流损失。在这种情况下，若将这部分压力较高的蒸汽通过工业汽轮机作功后取代电动机，拖动锅炉给水泵或锅炉风机，利用其排汽继续用于热力除氧，就会避免上述节流损失，使电厂在增加极少蒸汽量的情况下，节省大量厂用电，获得较高的经济效益。工业汽轮机在除氧加热中应用系统见附图1。

二、工业透平汽轮机在高压加热器加热中的应用

目前在一些热网蒸汽压力为0.8～1.0MPa（表压力）的热电厂中，其高压加热器内所需要的蒸汽压力为0.4～0.5MPa（表压力）。当电厂汽轮机功率较大或热电厂供热量较多时，高压加热器所需加热蒸汽量也是很大的。因此，这部分压差和蒸汽量也可以在工业汽轮机中作功，取代电动机，拖动给水泵或风机。在这种情况下，工业汽轮机的进汽压力为0.8～1.0MPa（表压），排汽压力为0.4～0.5MPa（表压）。工业汽轮机在高压加热器加热中应用的原则性热力系统见附图2。

二

三、 工业透平汽轮机在热网泵系统中的应用

在采用汽水热交换设备将蒸汽的热能转换成热水，然后再利用热网泵将热水送到千家万户的集中供热站中，由于进入热交换器的蒸汽压力一般较高（进汽压力≥0.3MPa。），而换热器内所需蒸汽压力相对较低，因此这部分蒸汽完全可以通过工业汽轮机拖动热网泵作功后，再进入热交换器加热循环水，从而取代了热网泵电动机，节约了大量电能。工业汽轮机在热网泵系统中应用的原则性热力系统见附图3。

二二

四、应用案例：电厂DG45-80型锅炉给水泵增上一台B0.35-1.0/0.2工业透平汽轮机

1、给水泵原动机（电机）改为“透平机”拖动改造概述

目前电厂使用的DG45-80型(流量：45t/h、电机功率：220kW）该给水泵存在出力不足、电机超电流等问题，不仅影响了泵运行的平稳性,而且严重地抑制了原动机输出能力的充分发挥，进而造成能源的大量浪费。当公司生产用汽量减少时，电厂两台锅炉同时低负荷运行，两台锅炉给水流量在（110-120）t/h,这时锅炉给水泵开一台85方（DG85-80x10、电机功率355kW）和一台45方泵（130方）就完全可以满足锅炉上水量，但由于4#（45方）给水泵自安装投运以来，一直无法满负荷运行，原因是满负荷时该水泵电机过载超电流。现场操作时只要两台锅炉负荷超110t/h时，就必须开两台85方给水泵，方能满足锅炉上水量，两台85方给水泵电机功率都是355kw,热电厂给水泵用电量占电厂厂用电量的25%，这样就造成大量电能的浪费。

因此，对该给水泵进行技术改造是非常必要的，改造工艺是将在原电机侧增上一台B0.35-1.0/0.2透平机（热电联产工业汽轮机），来拖动给水泵运行，可节约大量的电能。电厂锅炉在运行过程中，必须对给水进行热力除氧，要用汽机排汽或抽汽（压力1.2MPa）的蒸汽进行除氧加热，而电厂除氧器所需的蒸汽压力较低（0.15---0.3MPa）。因而这部分除氧用蒸汽存在明显的节流能量损失（因为加热蒸汽压力从1.2MPa降到0.2MPa时，是靠调节阀的开度来实现的，这部分能量被白白浪费了）。在这种情况下，若将这部分汽机抽汽（排汽）压力(1.0-1.2MPa)蒸汽通过工业汽轮机作功后，取代(220kW)电动机，拖动4#锅炉给水泵，利用其排汽(0.2MPa)继续用于热力除氧器除氧，就会避免流量调节阀的节流热能损失，使电厂在增加极少蒸汽量的情况下，即可节省大量厂用电，又获得较高的经济效益。 最重要是还可以确保锅炉安全运行，因为当电厂突然发生厂用电消失时（由于电网故障跳闸或突然停电，或由电厂内部原因造成全厂停电），这时正常运行的锅炉，需要大量补给水，来维持平衡锅炉的供汽量。厂用电消失时，锅炉给水泵也停止运行，这时正常运行的锅炉，将造成缺水事故的发生，严重时将造成锅炉受热面过热烧毁，危及锅炉的安全运行。如果锅炉给水泵增上一台355kW的工业汽轮机，当发生全厂停电时，锅炉的余汽就可保证355kW的工业汽轮机拖动4#给水泵正常运行，确保锅炉维持正常水位，不会因缺水烧坏受热面管子。

另外，355kW的工业汽轮机在拖动4#给水泵正常运行时，还可以带动220kW异步电动机发电100 kW•h，因为异步电动机的发电效率要高于同步电动机，且并不需要增加任何投资，还非常安全。

2、改造后节电经济性能分析  

增上一台355KW的工业汽轮机，可节能创收：

1）每天节电约：220 kW•h/hx24h=5280 kW•h

2）每月节电约：5280x30=158400  kW•h

3）每年节电约创收：158400x12=1900800 kW•h x0.65元=1235520元

4）该透平机组每年消耗蒸汽量：透平机组进汽量为8t/h，汽耗为:1/100

5）机组每年消耗蒸汽费用：

8t/hx24hx30x12x1/100=57.6t

57.6tx180元/t=1036元

6）机组每年可发电创收：每小时发电量为：100 kW•h，电价：0.65元

100 kW•h/hx24hx30x12x0.65=18720元

7）该项目投运后每年节能创造经济效益合计：

1235520元-10368元+18720元=1243872元=124万元

该项目投资费用约为：22万-26万元，机组投产后两个月即可收回全部投资成本。