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摘 要 在供热系统中，主要耗电设备是风机、循环水泵、给水泵等，随着城市的扩大化，供热负荷不断增加，耗电设备功率也不断增大，企业运行成本也将增加，对企业经济效益影响很大。新建一台蒸汽锅炉，利用工业汽轮机代替大功率的电动机拖动风机、水泵，从而达到节能目的，降低企业运行成本。
关键词 工业汽轮机；汽动泵；供热系统
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0142-02
在供热系统中，主要耗电设备如锅炉的风机、给水泵、热网循环泵等，都是由电动机拖动，随着城市规模不断扩大，热负荷不断增长，风机、水泵电动机功率越来越大，企业的耗电成本也将增加，对企业的经济效益影响很大。
热功联产及功热电联产节是利用工业汽轮机代替大功率的电动机拖动风机、水泵。驱动工业汽轮机的蒸汽锅炉，可以新建蒸汽锅炉，也可以利用既有的热水锅炉改造成蒸汽锅炉。工业汽轮机排汽可以进入热网加热器加热热网水，实现热能的梯级利用。热功联产技术可以有效地降低耗电成本，是供热企业降低运行成本，提高社会效益、经济效益的重要途径。
1 供热企业概述
1.1 企业概述
河柏公司康安锅炉房于1995年建成，建设为3×14MW，并预留了4#炉的位置。
一级网循环泵：流量627 m3/h，扬程：38 m，电机功率90 kW，转速1480 r/min，立式，数量3台（两用一备）。二级网循环泵：流量600 m3/h，扬程：41.5 m，电机功率90 kW，转速1480 r/min，立式，数量2台（一用一备）；流量1030 m3/h，扬程：37 m，电机功率132 kW，转速1486 r/min，立式，数量2台（一用一备）。
目前河柏公司康安锅炉房承担供暖面积为60万平方米，2013年计划增加供暖面积为20万平方米。
1.2 节能改造必要性
区域供热企业即是能源供出大户，同时也是能源消耗大户。企业能源消耗主要是煤炭和电力，电力消耗设备主要是大功率电机。由于区域供热企业电力消耗来自于电网公司，用电价格较高（是热电企业的1-2倍），所以节约电能尤为重要。目前，国内外节电技术中唯有热功联产及功热电联产技术节电量大，避免能量的二次转化，无“冷源”损失，能量的利用更加合理，实现了热能的梯级利用。
技能改造的实施避免了能量的二次转化，提高了能量的综合利用率，减少燃煤耗量，减少大气污染，是实现节能减排的有效途径，因此节能改造建设非常必要。
2 节能关键技术
2.1 热功联产
2.1.1 热功联产技术概述
利用蒸汽的压力能驱动工业汽轮机直接拖动生产中的某些转动设备，如水泵、风机、压缩机等，替代电动机做功，实现电动机消耗电能全部节省，称为热功联产；根据蒸汽的品质、来源以及动力设备的不同，工业汽轮机采取相应的拖动方式。组成的热力系统称为热功联产技术。
2.1.2 工业汽轮机
在工业生产中，直接用汽轮机作为原动机来驱动一些大型的机械设备，如风机、水泵、压缩机等功率比较大的设备，这种用途的汽轮机叫工业汽轮机。工业汽轮机结构简单、体积小、故障少、调速范围宽、对被拖动设备可实现变速调节，使用简单，管理方便。热功联产技术投资少、见效快，既节约了电能、又避免了和电力部门打交道，已经在很多电厂、热电厂、化肥厂等热能使用企业应用，综合经济效益显著。
2.1.3 工业汽轮机拖动方式
在工业汽轮机节能技术改造中，一般只需将工业汽轮机替代电动机并配置部分管路即可，也可以将汽轮机直接安装在现有拖动转动设备电动机的后面，将汽轮机、电动机、转动设备联在一起，同轴运行。在正常生产过程中，若蒸汽量偏小导致汽轮机功率小于转动设备轴功率时，电动机会自动补偿这部分功率；若蒸汽量较大使得汽轮机功率大于转动设备功率时，电动机还可以进行异步发电，反向厂用电系统送电，并确保了转动设备的安全稳定运行。拖动方式有直接拖动、电机双联轴拖动、汽轮机双联轴拖动、负载双联轴拖动。
2.2 功联产节技术特点
2.2.1 节省配电设备投资
采用区域供热锅炉房热功电联产（自供电技术），由于既有锅炉房已经建成了配电装置及新建锅炉房必须设计部分配电装置，因此新建项目配电设计按实际用电容量的30%-40%即可，扩建增容改造项目可不必电力增容，可节省配电工程投资。
2.2.2 节省电费
采用区域供热锅炉房热功电联产（自供电技术），理论上讲可节省全部用电费用，双路电源互备，用电更安全。热能实现梯级利用，业汽轮机做完功的排气直接进入热网加热器，热能全部利用。
3 企业改造方案
3.1 节能改造方案
計划在4#炉的位置新建1台20T蒸汽锅炉。蒸汽锅炉产生的蒸汽用于驱动工业汽轮机，拖动一次网、二次网循环泵，替代电动机做功和异步电动机发电，工业汽轮机排汽进入热网加热器加热热网回水。
3.2 热力系统改造方案
3.2.1 主蒸汽系统
锅炉的主蒸汽管道，从锅炉汽包接出，经电动闸阀至分汽缸，再由分汽缸分出。分汽缸分出的蒸汽主要有以下几路：第一路进入驱动一次网循环泵的工业汽轮机；第二路进入驱动二次网循环泵的工业汽轮机；第三路进入热网加热器；第四路进入除氧器。
3.2.2 主给水系统
配置2台电动给水泵，1台运行，1台备用。为防止给水泵在低负荷时产生汽化，另设给水再循环管。为保证给水质量，本系统配置反渗透水处理系统。经过化学处理后的水先进入除氧器除氧，然后进入给水泵加压后进入锅炉省煤器。热力系统的补水，均采用二级钠。 3.2.3 供热蒸汽系统
由分汽缸和驱动汽轮机来的蒸汽分别进入两套热网加热系统，分汽缸来汽压力为1.3 MPa-1.6MPa，驱动汽轮机来汽压力为0.1 MPa。为保证供热安全可靠，本系统配置2.0 MPa的加热器2台，加热器的疏水全部进入锅炉疏水箱。
3.2.4 热网系统
热网系统设计供回水温度为110/70℃。热网回水经过除污器除污后进入热网循环水泵加压后进入热网加热器加热送出。
本系统配置热网循环水泵2台，补水泵2台。
3.3 热功联产及热功联产节能方案
一级网改造方案：保留原来的一次网电动循环泵：新增1台流量1300T/H、扬程38米的一次网循环泵（卧式），转速3000转/分、轴功率190 kW；同时采购1台420 kW工业汽轮机和1台200 kW低压电动机，用该工业汽轮机同时拖动1台190 kW热网泵和1台200 kW低压电动机，实现节电和异步发电合计功率370 kW。
二级网改造方案：网电动循环泵；新增1台流量1000T/H、扬程40米、转速3000转/分、轴功率145 kW的二次网循环泵（卧式）和1台流量600T/H、扬程40米、转速3000转/分、轴功率130 kW的二次网循环泵（卧式）；同时新增1台270 kW工业汽轮机，用该工业汽轮机同时拖动1台130 kW二次网循环泵和1台145 kW二、次网循环泵；实现节电合计功率220 kW。
4 效益分析估算
经济效益分析：
根据改造后电负荷统计分析，改造后每小时节省电动循环泵电动机功率390 kW，每小时异步发电功率200 kW，实现节电和异步发电合计功率为590 kW左右，改造后经济效益初步分析如下。
1）年节约和发电量：
全年运行180天，电功率590 kW，
全年消耗电量：W=P×t=590×24×180=2548800（kWh）
2）年节约和发电效益：
全年运行180天节电效益：（电价按0.9元/kWh计）
A=W×C=2548800×0.9÷10000=229.39万元
3）年节约和发电量折合标准煤量：（电力等价值3.35T/万kWh）
G=W×B=2548800÷10000×3.35=853.84T
4）工业汽轮机耗热量：
Q=蒸汽量×⊿h，其中Q耗热量kJ；⊿h焓降；总耗蒸汽量16.7 T/H；
汽轮机焓降差为2793-2675=118 kJ/kg；
耗热量（16.7×24×180×1000）×118106=8512.9 GJ
5）工业汽轮机耗热量折标准煤量：
8512.9×1000000÷3763× 0.1286÷1000=290.9 T
6）耗热量费用：（4700大卡平均煤价720元/吨）
7000×290.9÷4700×720÷10000=31.19万元
7）改造后年经济效益：229.39-31.19=198.2万元
8）项目年节约标准煤量：853.84-290.9=562.9 T
9）改造前后蒸汽锅炉所代热负荷及供热面积、因改造而减少的供热面积。（90℃蒸汽疏水查表对应焓值为377 kJ/kg）
①1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况不拖动工业汽轮机供热面积：16×1000×（2793-377）÷3600×1000÷60÷10000=17.89万m2。
②1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况拖动工业汽轮机供热面积：16×1000×（2706-377）÷3600×1000÷60÷10000=17.25万m2。
③1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况因拖动工业汽轮机减少的供热面积：17.98-17.25=0.73万m2。
④工业汽轮机消耗热量影响供热能力的比例：0.73÷17.98=4%。
5 结论
1）用工业汽轮机拖动大型用电设备技术上是先进可靠的，设备是成熟的，工艺是完善的，完全能夠保证项目的顺利建设和正常运行。
2）康安锅炉房节能改造利用企业蒸汽差压能，驱动工业汽轮机做功，排汽进入热网加热器，能源得到了梯级利用，年节约电量254.88万kWh，节约标准煤量562.9吨，是一个非常理想的节能技术。
3）节能减排的社会效益非常显著，减少CO2排量1688（吨/年），减少SO2排量4.5（吨/年），既保护环境，又节约资源。节能改造做到了能源梯级利用，改善了环境，实现了循环经济，提高了能源转换率，符合可持续发展战略。
综上所述，供热企业节能改造技术应用，有利于环保节能，经济效益明显，技术实施很有必要。
参考文献
[1]中小型热电联产工程设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.
关键词 工业汽轮机；汽动泵；供热系统
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0142-02
在供热系统中，主要耗电设备如锅炉的风机、给水泵、热网循环泵等，都是由电动机拖动，随着城市规模不断扩大，热负荷不断增长，风机、水泵电动机功率越来越大，企业的耗电成本也将增加，对企业的经济效益影响很大。
热功联产及功热电联产节是利用工业汽轮机代替大功率的电动机拖动风机、水泵。驱动工业汽轮机的蒸汽锅炉，可以新建蒸汽锅炉，也可以利用既有的热水锅炉改造成蒸汽锅炉。工业汽轮机排汽可以进入热网加热器加热热网水，实现热能的梯级利用。热功联产技术可以有效地降低耗电成本，是供热企业降低运行成本，提高社会效益、经济效益的重要途径。
1 供热企业概述
1.1 企业概述
河柏公司康安锅炉房于1995年建成，建设为3×14MW，并预留了4#炉的位置。
一级网循环泵：流量627 m3/h，扬程：38 m，电机功率90 kW，转速1480 r/min，立式，数量3台（两用一备）。二级网循环泵：流量600 m3/h，扬程：41.5 m，电机功率90 kW，转速1480 r/min，立式，数量2台（一用一备）；流量1030 m3/h，扬程：37 m，电机功率132 kW，转速1486 r/min，立式，数量2台（一用一备）。
目前河柏公司康安锅炉房承担供暖面积为60万平方米，2013年计划增加供暖面积为20万平方米。
1.2 节能改造必要性
区域供热企业即是能源供出大户，同时也是能源消耗大户。企业能源消耗主要是煤炭和电力，电力消耗设备主要是大功率电机。由于区域供热企业电力消耗来自于电网公司，用电价格较高（是热电企业的1-2倍），所以节约电能尤为重要。目前，国内外节电技术中唯有热功联产及功热电联产技术节电量大，避免能量的二次转化，无“冷源”损失，能量的利用更加合理，实现了热能的梯级利用。
技能改造的实施避免了能量的二次转化，提高了能量的综合利用率，减少燃煤耗量，减少大气污染，是实现节能减排的有效途径，因此节能改造建设非常必要。
2 节能关键技术
2.1 热功联产
2.1.1 热功联产技术概述
利用蒸汽的压力能驱动工业汽轮机直接拖动生产中的某些转动设备，如水泵、风机、压缩机等，替代电动机做功，实现电动机消耗电能全部节省，称为热功联产；根据蒸汽的品质、来源以及动力设备的不同，工业汽轮机采取相应的拖动方式。组成的热力系统称为热功联产技术。
2.1.2 工业汽轮机
在工业生产中，直接用汽轮机作为原动机来驱动一些大型的机械设备，如风机、水泵、压缩机等功率比较大的设备，这种用途的汽轮机叫工业汽轮机。工业汽轮机结构简单、体积小、故障少、调速范围宽、对被拖动设备可实现变速调节，使用简单，管理方便。热功联产技术投资少、见效快，既节约了电能、又避免了和电力部门打交道，已经在很多电厂、热电厂、化肥厂等热能使用企业应用，综合经济效益显著。
2.1.3 工业汽轮机拖动方式
在工业汽轮机节能技术改造中，一般只需将工业汽轮机替代电动机并配置部分管路即可，也可以将汽轮机直接安装在现有拖动转动设备电动机的后面，将汽轮机、电动机、转动设备联在一起，同轴运行。在正常生产过程中，若蒸汽量偏小导致汽轮机功率小于转动设备轴功率时，电动机会自动补偿这部分功率；若蒸汽量较大使得汽轮机功率大于转动设备功率时，电动机还可以进行异步发电，反向厂用电系统送电，并确保了转动设备的安全稳定运行。拖动方式有直接拖动、电机双联轴拖动、汽轮机双联轴拖动、负载双联轴拖动。
2.2 功联产节技术特点
2.2.1 节省配电设备投资
采用区域供热锅炉房热功电联产（自供电技术），由于既有锅炉房已经建成了配电装置及新建锅炉房必须设计部分配电装置，因此新建项目配电设计按实际用电容量的30%-40%即可，扩建增容改造项目可不必电力增容，可节省配电工程投资。
2.2.2 节省电费
采用区域供热锅炉房热功电联产（自供电技术），理论上讲可节省全部用电费用，双路电源互备，用电更安全。热能实现梯级利用，业汽轮机做完功的排气直接进入热网加热器，热能全部利用。
3 企业改造方案
3.1 节能改造方案
計划在4#炉的位置新建1台20T蒸汽锅炉。蒸汽锅炉产生的蒸汽用于驱动工业汽轮机，拖动一次网、二次网循环泵，替代电动机做功和异步电动机发电，工业汽轮机排汽进入热网加热器加热热网回水。
3.2 热力系统改造方案
3.2.1 主蒸汽系统
锅炉的主蒸汽管道，从锅炉汽包接出，经电动闸阀至分汽缸，再由分汽缸分出。分汽缸分出的蒸汽主要有以下几路：第一路进入驱动一次网循环泵的工业汽轮机；第二路进入驱动二次网循环泵的工业汽轮机；第三路进入热网加热器；第四路进入除氧器。
3.2.2 主给水系统
配置2台电动给水泵，1台运行，1台备用。为防止给水泵在低负荷时产生汽化，另设给水再循环管。为保证给水质量，本系统配置反渗透水处理系统。经过化学处理后的水先进入除氧器除氧，然后进入给水泵加压后进入锅炉省煤器。热力系统的补水，均采用二级钠。 3.2.3 供热蒸汽系统
由分汽缸和驱动汽轮机来的蒸汽分别进入两套热网加热系统，分汽缸来汽压力为1.3 MPa-1.6MPa，驱动汽轮机来汽压力为0.1 MPa。为保证供热安全可靠，本系统配置2.0 MPa的加热器2台，加热器的疏水全部进入锅炉疏水箱。
3.2.4 热网系统
热网系统设计供回水温度为110/70℃。热网回水经过除污器除污后进入热网循环水泵加压后进入热网加热器加热送出。
本系统配置热网循环水泵2台，补水泵2台。
3.3 热功联产及热功联产节能方案
一级网改造方案：保留原来的一次网电动循环泵：新增1台流量1300T/H、扬程38米的一次网循环泵（卧式），转速3000转/分、轴功率190 kW；同时采购1台420 kW工业汽轮机和1台200 kW低压电动机，用该工业汽轮机同时拖动1台190 kW热网泵和1台200 kW低压电动机，实现节电和异步发电合计功率370 kW。
二级网改造方案：网电动循环泵；新增1台流量1000T/H、扬程40米、转速3000转/分、轴功率145 kW的二次网循环泵（卧式）和1台流量600T/H、扬程40米、转速3000转/分、轴功率130 kW的二次网循环泵（卧式）；同时新增1台270 kW工业汽轮机，用该工业汽轮机同时拖动1台130 kW二次网循环泵和1台145 kW二、次网循环泵；实现节电合计功率220 kW。
4 效益分析估算
经济效益分析：
根据改造后电负荷统计分析，改造后每小时节省电动循环泵电动机功率390 kW，每小时异步发电功率200 kW，实现节电和异步发电合计功率为590 kW左右，改造后经济效益初步分析如下。
1）年节约和发电量：
全年运行180天，电功率590 kW，
全年消耗电量：W=P×t=590×24×180=2548800（kWh）
2）年节约和发电效益：
全年运行180天节电效益：（电价按0.9元/kWh计）
A=W×C=2548800×0.9÷10000=229.39万元
3）年节约和发电量折合标准煤量：（电力等价值3.35T/万kWh）
G=W×B=2548800÷10000×3.35=853.84T
4）工业汽轮机耗热量：
Q=蒸汽量×⊿h，其中Q耗热量kJ；⊿h焓降；总耗蒸汽量16.7 T/H；
汽轮机焓降差为2793-2675=118 kJ/kg；
耗热量（16.7×24×180×1000）×118106=8512.9 GJ
5）工业汽轮机耗热量折标准煤量：
8512.9×1000000÷3763× 0.1286÷1000=290.9 T
6）耗热量费用：（4700大卡平均煤价720元/吨）
7000×290.9÷4700×720÷10000=31.19万元
7）改造后年经济效益：229.39-31.19=198.2万元
8）项目年节约标准煤量：853.84-290.9=562.9 T
9）改造前后蒸汽锅炉所代热负荷及供热面积、因改造而减少的供热面积。（90℃蒸汽疏水查表对应焓值为377 kJ/kg）
①1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况不拖动工业汽轮机供热面积：16×1000×（2793-377）÷3600×1000÷60÷10000=17.89万m2。
②1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况拖动工业汽轮机供热面积：16×1000×（2706-377）÷3600×1000÷60÷10000=17.25万m2。
③1台20T/H蒸汽炉在出力16T/H工况因拖动工业汽轮机减少的供热面积：17.98-17.25=0.73万m2。
④工业汽轮机消耗热量影响供热能力的比例：0.73÷17.98=4%。
5 结论
1）用工业汽轮机拖动大型用电设备技术上是先进可靠的，设备是成熟的，工艺是完善的，完全能夠保证项目的顺利建设和正常运行。
2）康安锅炉房节能改造利用企业蒸汽差压能，驱动工业汽轮机做功，排汽进入热网加热器，能源得到了梯级利用，年节约电量254.88万kWh，节约标准煤量562.9吨，是一个非常理想的节能技术。
3）节能减排的社会效益非常显著，减少CO2排量1688（吨/年），减少SO2排量4.5（吨/年），既保护环境，又节约资源。节能改造做到了能源梯级利用，改善了环境，实现了循环经济，提高了能源转换率，符合可持续发展战略。
综上所述，供热企业节能改造技术应用，有利于环保节能，经济效益明显，技术实施很有必要。
参考文献
[1]中小型热电联产工程设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.