汽轮机低压气缸及凝结器保温节能改造能耗分析

汽轮机低压气缸及凝结器保温节能改造能耗分析

李辉 孙上程 李瑞峰

临沂市恒源热力集团有限公司 山东 临沂 276000；

摘要：汽轮机是发电厂中由热能转换为电能的主要设备之一，本文以某热电厂汽轮机为例，对低压气缸及凝结器进行保温，实测保温前后设备表面温度和环境温度，分别计算了保温前后设备表面的散热量和节能量，实现汽轮机节能。对2台汽轮机的低压气缸及凝结器采取保温措施后，一个采暖季共节约标煤为15.45 t，进而节约人民币14677.5元，保温材料的投资回收期约为5个采暖期。

关键词：汽轮机节能；低压气缸；凝结器；保温

中图分类号：TK115

引言

汽轮机是发电厂中由热能转换为电能的主要设备之一，电厂汽轮机的优化改良能够减少能源消耗，获得更大的工作效率，是当前社会研究的重要方向^[1]，众多研究者提出了电厂汽轮机运行的节能降耗策略^[2-5]。

汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机的热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸气热量，热效率是输出机械功与所耗蒸气热量之比。对于整个电站，还需要考虑锅炉用电和厂内用电。一座汽轮发电机总功率为1000MW的电站，每年约用标准煤230万吨。如果热效率能提高1%，每年可以节约标准煤6万吨。因此汽轮机的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改变汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计外，还可以降低阀门及进排汽管道，汽轮机轴封套外表面、气缸表面等热损失。

高温设备导致汽轮机厂房内温度过高，不利于人员操作；另外，高温导致了大量热量流失，增加能耗。在其他不变的情况下，单对汽轮机气缸进行保温改造，在汽轮机气缸外表面涂上一层保温材料，即可达到保温、隔热的效果。本文以某热电厂2、4#汽轮机低压气缸及凝结器保温改造为案例，通过计算分析了改造前后的节能量，能为其他热电厂的节能改造提供经验和借鉴。

一、2#、4#汽轮机现状情况

某热电厂目前有四台汽轮机，其中2#、4#汽轮机为抽凝式汽轮机。运行方式是2#、4#机采暖季长期运行。目前2#、4#汽轮机的低压气缸及凝结器都没有采取保温措施。根据现场实际测量，凝结器表面温度为50℃左右，低压气缸表面温度测点不同温度有很大差别：气封处有85℃，其它地方最低55℃，取其平均值约70℃。环境温度：厂房6米层温度约32℃，零米层约20℃。

根据实际测量2#、4#凝结器表面积都是40.4 m²，低压气缸表面积分别为：2#汽轮机约8 m²，4#汽轮机为约12 m²。

二、2、4#机低压气缸保温后节能量计算

为降低低压气缸及凝结器表面散热损失，须对其表面进行保温处理。下面对其保温前后散热量进行对比分析：

1.保温前散热量计算

低压气缸平均表面温度约为70摄氏度，环境温度为32摄氏度，气缸表面积为：2#机8 m²，4#机12 m²，共A₁=20 m²。保温后：气缸表面温度暂定为30℃，环境温度为20℃，假设保温前后表面积不变。

散热量的计算：假定把汽轮机气缸看作成圆筒壁设备。

气缸表面换热系数为：a₁=9.43+0.05（T_w-T_P）

热流密度为：q₁=a₁（T_w-T_P）

T_w：气缸表面温度；

T_p：环境温度。

代入数据可得：a₁=9.43+0.05×（70-32）=11.33 W/（m²·k）

q₁=11.33×（70-32）=419.21 W/m²。

散热量为：Q₁=A₁×q₁=20×419.21=8384.2 W

2.保温后散热量计算

散热量的计算：保温后表面温度按38℃计算，环境温度32℃不变，则有

a₂=9.43+0.05×（38-32）=9.73 W/（m²·k）

q₂=9.73×（38-32）=58.38 W/m²。

保温后散热量为：Q₂=A₁×q₂=20×58.38=1167.6 W

3.保温前后节能量计算

节能量为Q= Q₁-Q₂=8384.2-1167.6=7216.6 W

假设采暖季按130天计算每台汽轮机运行130天，每天按24 h计算，锅炉热效率按80%，一个采暖季节约热量约为：7216.6×130×24÷1000=22515.8 kWh。

换算成标准煤为：22515.8÷278÷29.3÷0.8=3.5 t

三、2、4#凝结器保温后节能量计算

1.保温前散热量计算

凝结器表面温度约为50 ℃，环境温度为20 ℃，凝结器表面积为：2#机40.4 m²，4#机40.4 m²，共A₂=80.8 m²。保温后：凝结器表面温度设为20℃，环境温度为18℃，假设保温前后表面积不变。

凝结器表面换热系数为：a₃=9.43+0.05（T_w-T_P）

热流密度为：q₃=a₃（T_w-T_P）

T_w：凝结器表面温度；T_P：环境温度。

代入数据可得：a₃=9.43+0.05×（50-20）=10.93 W/（m

²·k）

q₃=10.93×（50-20）=327.9 W/m²。

散热量为：Q₃=A₂×q₃=80.8×327.9=26494.32 W

2.保温后散热量计算

保温后表面温度按20℃计算，环境温度18℃不变，则有

a₄=9.43+0.05×（20-18）=9.53 W/（m²·k）

q₄=9.53×（20-18）=19.06 W/m²。

保温后散热量为：Q₄=A₂×q₄=80.8×19.06=1540.05 W

3.保温前后节能量计算

节能量为Q= Q₃-Q₄=26494.32-1540.05=24954.27 W

假设采暖季按130天计算每台汽轮机运行130天，每天按24 h计算，锅炉热效率按80%，一个采暖季节约热量约为：24954.27×130×24÷1000=77857.3 kWh。

换算成标准煤为：77857.3÷278÷29.3÷0.8=11.95 t

四、经济分析

采取保温措施后汽轮机气缸及凝结器一个采暖季共节约标煤为3.5+11.95=15.45 t，标煤价格按照950元/吨计算，每个采暖季可节约人民币15.45×950=14677.5元。

投资费用：此种保温材料按照650元/平方米计算，总投资为：

108.8×650=70720元。

投资回收期约为5个采暖期。

参考文献：

[1]刘志健. 电厂汽轮机节能降耗的主要对策分析[J]. 中国设备工程,2021(3):133-134.

[2]邓欣. 电厂汽轮机运行的节能降耗策略探析[J]. 电力设备管理,2021(6):121-122,127.

[3]梁晓剑. 关于火电厂锅炉汽轮机节能环保措施的探讨[J]. 中国设备工程,2021(20):240-242.

[4]邹超. 试析火电厂汽轮机组节能影响因素及其降耗对策[J]. 电力设备管理,2021(5):101-102,165.

[5]张竞飞,王建勋,殷一甲. 发电厂汽轮机组节能降耗措施[J]. 科技创新与应用,2019(29):125-126.

作者简介：李辉（1976-），男，本科学历，在临沂市恒源热力集团有限公司 从事供暖工作，工程师。