如何正确选择背压机的容量和参数.doc

_对背压机组某些问题的探讨徐健（吉化公司设计院）热电联合生产，使能源得到合理利用，是节约能源的一项重要措施。在众多的汽轮发电机组中，背压机由于消除了凝汽器的冷源损失，在热力循环效率方面是最高的，从而降低了发电煤耗、节约能源，故而得以广泛应用。然而，背压机亦有下述缺点：它对负荷变化的适应性差，机组发电量受制于热负荷变化。当低热负荷时，汽轮机效率下降，从而使经济效益降低。以B6-35/10为例，当进汽量减少10%，汽轮机内效率降低1.5%4.5%，使热化发电率随之下降。B6-35/10机组额定工况下，热化发电率为118.9度/百万大卡，进汽量为额定工况的70%时，热化发电率则降至109.4度/百万大卡。上述原因，使得人们思考和研究如何正确选择背压机的容量和参数？如何在热电联产中克服背压机的弱点以提高发电的经济效益？本文结合化工、造纸等中型企业背压机的选择和计算有关问题，提出自己的几点看法。1 背压机的选择条件及容量、参数的确定1.1 背压机的选择条件关于供热机组的选择，要贯彻以热定电的原则，要视企业的工艺用热情况而定。企业是用一种参数的蒸汽，还是两种参数的蒸汽；是常年供热，还是间断供热；冬、夏用汽量的大小及参数有何不同；是用热为主，还是热电并重，热负荷是否稳定等。例如，化肥厂需1.51.7MPa和0.25MPa的蒸汽；造纸、制糖厂需0.31.3MPa蒸汽；制碱厂需1.3MPa和0.5MPa的蒸汽；化纤厂需3.94.1MPa和0.5MPa蒸汽等，对于北方和南方的企业还有采暖用汽与否的区别，故尔北方企业冬夏用汽量的差别甚大，也影响了机组的选型。对于机组的选型，比较统一的看法是：对于常年用热在6000小时或以上，且只有一种参数的稳定的热用户，选用背压式机组是最理想的。因此，它广泛用于化工、造纸等企业中作为带基本热负荷的机组或作为工业裕压发电的机组。对于需要二种蒸汽参数，且常年较稳定的热用户，以选抽汽背压式机组为宜；对既用热又用电，且热负荷变化较频繁的热用户，则选用抽汽冷凝式机组较为合适。当然，以上只是一般的原则，选用何种机组还要根据准确的热负荷及参数，经过详细的技术经济比较而定。1.2 背压机组容量的选择合理选择背压机的容量，是关系到背压发电经济效益能否发挥的大问题。背压机组容量的选择，包括排汽量的选择，背压发电机汽耗率的计算、背压发电机容量的确定。（1）背压机组排汽量的计算背压机排汽量的确定，直接影响到机组的经济效益。排汽量定得太小，使机组的供热量不能满足用户的要求，不足的一部分热量，需将锅炉的蒸汽经减温减压补充，从而浪费了部分高位热能；如排汽量定得太大，致使汽轮机在低负荷下运行，一则经济性差，二则影响了机组的稳定运行。例如，河南南阳胶片厂，装设一台背压1.0MPa、进汽量5460t/h的3000kW背压机，由于进汽量实际仅1020t/h，说明后来排汽量定得太大，造成该机组不能稳定运行，只好弃置不用。再如青州造纸厂选择一台B3-35/10型背压机组，因用汽量仅为18t/h，长期低负荷下运行，只能发出600700kW电力，大大降低了机组效率（机=47.46%），经济效益很差等等。所以，正确地确定热负荷，选择排汽量十分重要。根据中型化工、造纸等企业的用汽状态，建议根据企业现有设备平均热负荷加上维持背压机组空转时的排汽量之和作为背压机组排汽量的基准，进行计算确定。其计算公式如下：式中：G背压机组排汽量（kg/h） Gi用热设备的热负荷（kg/h） hi用热设备使用时间（h） G0机组空转时排汽量（kg/h）（2）背压发电的气耗率计算式中：d发电汽耗率（kg/(kWh)） 860电热当量（kcal/(kWh)） i背压机组焓降值（kcal/kg） i=i1-i2 i1进汽焓值 i2排汽焓值 机组背压机组热效率（%） 机组=汽机电机（3）背压机组容量的确定式中：N背压机组容量（kW）1.3 背压机组初参数的确定从热力学理论上讲，初参数越高，热电站的循环效率也越高。但对具体某一工程来说，并不是初参数越高越好，要看汽机的容量大小，锅炉效率的高低，汽轮机的内效率及电站初投资，运行维护要求等多种因素比较，选择合理的初参数。对于背压汽轮机来说，当背压和流量确定后，其作功能力取决于汽轮机的内效率和进汽参数。进汽参数越高，如初压和初温越高，蒸汽的绝热焓降i越大，其作功能越大，汽耗率d越小，经济效益也越高。对于背压机的内效率而言，在容积流量相对较小的情况下初压的提高是不利的，因为增大了叶片高度和部分进汽损失。初温的提高；增大了叶片高度，提高内效率。流量的增大对内效率的提高亦是有益的。综上所述，当汽轮机的流量（较大时）和背压确定之后，要提高出力，又要使汽轮机的内效率不致下降，这就需要在提高初压的同时提高初温。对于化工、造纸等中型企业的自备热电站而言，究竟提高多少为最佳进汽参数，应经过综合技术经济比较而定。以具有代表性的35t/h锅炉，三种蒸汽参数即：3.9MPa/450，5.2MPa/485和6.4MPa/500为例，通过技术经济比较认为：配35t/h锅炉的热电站其蒸汽参数以5.2MPa/485为佳，可从以下四点说明：就发电效率而言，一台35t/h锅炉压力从3.9MPa提高到5.2MPa可多发电645kW；再从5.2MPa提高到6.4MPa多发电仅为239kW。从节煤方面看，压力由3.9MPa提高到5.2MPa每年可多节煤1181.8t；从5.2MPa提高到6.4MPa每年可多节煤仅421.6t。从发电煤耗上说，3.9MPa时发电煤耗为172.6克/度，5.2MPa时发电煤耗为170克/度，6.4MPa时亦为170克/度。由以上数据可见：由3.9MPa提高到5.2MPa时，经济效果是显著的，若继续提高，效益则显然减少，汽轮机的内效率也明显降低。初压力以5.2MPa最为合适。从机组使用的材料来看，5.2MPa/485的初参数也是经济的。因为上述参数机炉使用的材料仍采用中压参数的材料，仅过热器材料提高了等级。而6.4MPa/500时，汽轮机则要跳级使用耐高温，高强度的材料，材料消耗增加且工艺性变差，机炉成本增大。可见从机炉材料的角度看，5.2MPa/485的初参数亦是经济的。蒸汽参数超过5.2MPa，485次高压这一档，使各自热电站的安全性下降；而5.2MPa，485的参数经运行考验证明是完全可靠的。根据几个电力设计院的核算资料，次高压在整个电站的投资比中压参数的电站仅增加5%7%，但电增加25%30%，投资回收年限缩短半年，从节能及投资的角度上看5.2MPa/485的初参数也是最合适的。综上所述，对于中小型背压机组的热电站，蒸汽初参数不应低于3.9MPa，450，最好是5.2MPa，485，功率不应低于3000kW；对于用汽量在100t/h以上的热电站，以选6000kW至12000kW的供热式汽轮机组为宜，如热负荷稳定，以首选背压式汽轮机为宜。2保证背压机组安全、经济稳定运行设计方案的优选在我国的中型化工、造纸企业中，企业用汽有下述问题：一是用汽的参数一般有二种，且冬、夏低压蒸汽的用量差别很大。二是一些用热设备瞬间用汽造成很大的波动性，给汽轮机的安全、经济运行带来诸多不利。因此，在上述企业采用背压式汽轮机供热或利用高位蒸汽的裕压发电时，为确保背压机组的安全经济运行，除了认真准确地确定背压机的进汽量，初参数，保证背压机在额定工况下运行外，在热力系统设计时，还必须考虑以下三个因素：在背压机组检修时，能保证企业不允许间断的用汽设备的供热。为适应热负荷的变化，发电机应并入电网运行。根据负荷及参数，采用背压机组和适当抽汽机组并列运行的方案；如果条件允许，亦可采用和适当抽背压机组并列运行的方案。以某化肥厂为例，根据其用汽参数选用了一台背压机和一台调整抽汽式汽轮机并列运行的方案。图1 1锅炉 2抽汽机组 3发电机 4背压机组 5发电机 6减温减压器 7用汽设备 8回水设备 9给水泵 10回水设备 11用汽设备 12减温减压器 13凝汽器如图一，采用背压机，抽汽机及减温减压并列运行的热力系统，确保二种参数蒸汽的供给及机组运行的安全灵活性。现将其热力特性分析如下：当背压机因检修或事故而停机时，可投入减温减压器运行，以确保工艺某些工段正常用汽；正常状态时，减温减压器处于备用状态。背压机组和抽汽机组并列运行时，以背压机组作为供热的基本负荷机组，抽汽机组作为调节机组，在机组容量选择恰当的情况下，就可以力求发足额定电功率。当背压机的背压参数与抽汽机的抽汽参数不同时，也可通过减压与抽汽机组并列运行，即当工艺某些工段不用汽时或用汽减少时，可投入减压器带最低热负荷运行，可避免背压机组停机或直接排汽放空运行。这样，虽降低了抽汽机组的抽汽量，影响了抽汽机组的发电效果，但这总比背压机组短时停机或排汽放空浪费热能而安全得多，经济得多。背压发电是以供汽为主，机组按热负荷运行，发电并入电网，不仅可使抽汽机组成为电负荷的基本机组，而且总电功率即使大于本厂电负荷时抽汽机组如能满发，亦可向电网输出有功功率。按电网要求，背压机组可成为电网的调节机组，调节无功功率，当发电机不能发足有功功率时，可以降低功率因数而多发无功功率，有利于节约能源。总之，在某些化工、造纸企业中建立自备热电站，采用背