火電廠蒸汽伴熱與電伴熱方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

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　　摘要：在技術(shù)性能上介紹了電伴熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及蒸汽伴熱方案的缺陷，并就某火力發(fā)電廠1000 m長(zhǎng)鍋爐儀表管道保溫采用電伴熱和蒸汽伴熱方式，進(jìn)行了技術(shù)，進(jìn)而得出結(jié)論：在發(fā)電廠的保溫中電伴熱方案在技術(shù)上性能優(yōu)越，在經(jīng)濟(jì)上投資合理，效益顯著。

　　關(guān)鍵詞：伴熱 火電廠 自控溫電伴熱

　　概述

　　伴熱作為一種有效的管道保溫及防凍方案在火電廠中一直被廣泛應(yīng)用。其工作原理是通過伴熱媒體散發(fā)一定的熱量，通過直接或間接的熱交換補(bǔ)充被伴熱管道的熱損失，以達(dá)到升溫、保溫或防凍的正常工作要求。過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，在絕大多數(shù)火電廠中，蒸汽伴熱始終是一種主要的保溫方式。其工作原理是通過蒸汽伴熱管道散熱以補(bǔ)充被保溫管道的熱損失。由于蒸汽的散熱量不易控制，其保溫效率始終處于一個(gè)較低的水平。而且，由于電廠中需要伴熱的管道一般以儀表管線、工藝管線及化學(xué)管線為主，這些管線比較復(fù)雜，鋪設(shè)蒸汽伴熱管道十分不便。另外，在冬季運(yùn)行時(shí)，蒸汽伴熱管道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，每年冬季電廠維修部門都不得不在管線保溫上花費(fèi)大量的人力、物力來(lái)確保電廠的冬季運(yùn)行安全。

　　20世紀(jì)70年代，美國(guó)能源行業(yè)就提出用電伴熱方案來(lái)替代蒸汽伴熱的設(shè)想。70年代末80年代初，包括能源業(yè)在內(nèi)的很多部門已廣泛推廣了電伴熱技術(shù)，以電伴熱全面代替蒸汽伴熱。電伴熱技術(shù)至今，已由傳統(tǒng)的恒功率伴熱發(fā)展到以導(dǎo)電塑料為核心的自控溫電伴熱。

　　1、自控溫電伴熱原理及應(yīng)用

　　自控溫電伴熱方案主要通過自控溫電伴熱線完成。自控溫電伴熱線由導(dǎo)電塑料和2根平行母線加絕緣層、金屬屏蔽網(wǎng)、防腐外套構(gòu)成。其中由塑料加導(dǎo)電碳粒經(jīng)特殊加工而成的導(dǎo)電塑料是發(fā)熱核心。當(dāng)伴熱線周圍溫度較低時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子收縮，碳粒連接形成電路使電流通過，伴熱線便開始發(fā)熱；而溫度較高時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子膨脹，碳粒逐漸分開，導(dǎo)致電路中斷，電阻上升，伴熱線自動(dòng)減少功率輸出，發(fā)熱量便降低。當(dāng)周圍溫度變冷時(shí)，塑料又恢復(fù)到微分子收縮狀態(tài)，碳粒相應(yīng)連接起來(lái)形成電路，伴熱線發(fā)熱功率又自動(dòng)上升。由于整個(gè)溫度控制過程是由材料本身自動(dòng)調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度不會(huì)過高也不會(huì)過低。因此電伴熱所具有的良好特性是其他伴熱系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。自控溫電伴熱系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)管道保溫和防凍過程，針對(duì)發(fā)電廠伴熱的特殊技術(shù)要求，自控溫電伴熱系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、方便地起到保溫、防凍的作用，為電廠冬季的良好運(yùn)行提供有力保障。由于電伴熱相對(duì)于傳統(tǒng)的蒸汽伴熱具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而在美國(guó)及歐洲得到了廣泛應(yīng)用，，在發(fā)達(dá)國(guó)家的電廠中已經(jīng)很難找到蒸汽伴熱管道了。電伴熱方案最早進(jìn)入電力市場(chǎng)是在1986年，在一些世行或亞行貸款的發(fā)電廠如山東石橫電廠已較早地采用了美國(guó)瑞侃（RAYCHEM）公司的自控溫伴熱技術(shù)。目前，一些較為化的發(fā)電廠如河北三河電廠、大連華能電廠、以及正在建設(shè)中的山西陽(yáng)城電廠、天津盤山電廠、山東菏澤、聊城電廠等都已采用了自控溫電伴熱系統(tǒng)。

　　2、蒸汽伴熱與電伴熱方案的比較

　　電伴熱技術(shù)在火電廠的保溫防凍應(yīng)用中。具有發(fā)熱效率高、安裝簡(jiǎn)便、質(zhì)量可靠及使用壽命長(zhǎng)（通常為20a）等優(yōu)勢(shì)。但采用自控溫電伴熱技術(shù)的一次性投資較蒸汽伴熱方案高，這是目前我國(guó)電廠尚未普遍采用電伴熱技術(shù)的主要障礙之一。本文著重從經(jīng)濟(jì)效益和效益2方面以火電廠1000m長(zhǎng)儀表管線防凍伴熱（維持溫度為5-10攝氏度）采用蒸汽伴熱和電伴熱方案為例進(jìn)行比較。

　　2.1投資比較

　　2.1.1蒸汽伴熱方案

　?。?） 伴熱管道：按工藝要求選用1根DN20伴熱鋼管，管線全長(zhǎng)1 000 m總重量2.27t（DN20，2.27KG/m），單價(jià)為5000元/t，則材料費(fèi)為5000×2.27=11 350元；安裝費(fèi)用（包括安裝材料和人工工資）為7 850元。

　?。?） 供汽管道：選用DN100供氣管道，全長(zhǎng)1000M.則材料費(fèi)用為102180元，安裝費(fèi)用（包括安裝材料和人工工資）為40423元。

　?。?） 供汽管道保溫：選用50mm厚巖棉，外保護(hù)層為鍍鋅鐵皮，全長(zhǎng)1000m.經(jīng)估算，材料費(fèi)用為20250元，安裝費(fèi)用為44200元。

　?。?） 供水和疏水系統(tǒng)：包括蒸汽供汽閥門、伴熱管給汽閥、疏水器切斷閥、疏水器及疏水器檢查閥等費(fèi)用為2550元。

　　2.1.2電伴熱方案

　?。?） 電伴熱線 ：自控溫電伴熱線，電壓220V ，伴熱溫度為5攝氏度，價(jià)格為人民幣133元/m.全長(zhǎng)1000米，則材料費(fèi)用為1000×133＝133000元；安裝費(fèi)用（主要是人工工資），按每m³元，為1000×3=3000元

　?。?） 供電配電系統(tǒng)：包括配電室、輸電線路等材料費(fèi)用為157000元。安裝費(fèi)用為6810元

　　2.2 運(yùn)行費(fèi)用比較

　　2.2.1蒸汽伴熱方案

　?。?） 管道伴熱耗汽費(fèi)用：儀表管道伴熱耗熱量及供汽管道自耗汽量為0.30t/h，每噸蒸汽按50元，運(yùn)行日為100天，全年耗汽費(fèi)用為0.3×100×24×50=36000元

　?。?） 伴熱管道維護(hù)費(fèi)用包括巡線檢查、檢修更新及各項(xiàng)維護(hù)費(fèi)用，每年大約為42 000元

　　2.2.2電伴熱方案

　?。?） 耗電量

　　最廣泛的自控電伴熱線每米用電量為33W.管道全長(zhǎng)為1000m，每小時(shí)用電量為1000×33/1000=33kW.h.當(dāng)管道溫度達(dá)到維持溫度上限時(shí)，電伴熱的發(fā)熱量將逐漸減少，輸出功率亦隨之下降，從而電伴熱的耗電量一般為額定功率的60％；廠用電價(jià)按0.20元/kW.h計(jì)，運(yùn)行日為100天（2400小時(shí)），則每年正常耗電費(fèi)用為：（33×2400） ×0.20×60% =9504元

　?。?） 維修費(fèi)用

　　自控溫電伴熱，幾乎不需要維修，按規(guī)定每年只需要搖表測(cè)絕緣即可，這里按10000元/年估算。

　　2. 3效益

　　由表1和表2可知，蒸汽伴熱方案投資是電伴熱方案的80％，但運(yùn)行費(fèi)用是電伴熱的4倍。兩方案的產(chǎn)出效果相同，都可達(dá)到儀表管線的保溫防凍要求，因此可以通過對(duì)兩方案年費(fèi)用的比較進(jìn)行分析（取蒸汽伴熱的經(jīng)濟(jì)壽命為10a，電伴熱的經(jīng)濟(jì)壽命為12a），根據(jù)計(jì)算：

　　蒸汽伴熱方案的年費(fèi)用為：

　　年折舊費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用=228803/10+78000=100880.3元

　　電伴熱方案的年費(fèi)用為：

　　年折舊費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用=299810/12+19504=44488.2元

　　由年費(fèi)用最小判斷準(zhǔn)則可知，電伴熱方案的年費(fèi)用大約是蒸汽伴熱方案年費(fèi)用的2/5，明顯優(yōu)于蒸汽伴熱方案。

　　還可從動(dòng)態(tài)追加投資回收期角度進(jìn)行比較。電伴熱方案一次性投資費(fèi)用較大，但其每年運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸汽伴熱方案，用電伴熱方案的成本節(jié)約來(lái)回收多花的投資，所需期限即為追加投資回收期。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，1.4年即可收回兩方案投資的差額部分。

　　2.4效益分析

　　自控溫電伴熱因本身根據(jù)感應(yīng)管壁（介質(zhì)）的溫度而自調(diào)發(fā)熱量，是一種節(jié)能措施。蒸汽伴熱只能利用一部分熱能，大量熱能由高品位變?yōu)榈推肺唬瑹o(wú)法利用，白白損耗掉了，經(jīng)國(guó)外的專業(yè)伴熱產(chǎn)品公司測(cè)算，電伴熱與蒸汽伴熱的耗能之比為1：5.8 .另外，由于自控電伴熱可以有效地杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，還可改善生產(chǎn)環(huán)境。

　　3.結(jié)論

　　由以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可知，采用自控溫電伴熱雖然一次性投資較高，但運(yùn)行費(fèi)用卻有較大降低，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。而且，從國(guó)內(nèi)已經(jīng)采用電伴熱系統(tǒng)的火電廠的運(yùn)行情況看，電伴熱已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期效果?？梢灶A(yù)見在電力行業(yè)的保溫應(yīng)用中，電伴熱取代蒸汽伴熱將成為必然的趨勢(shì)。目前的市場(chǎng)中的電伴熱產(chǎn)品主要可分為國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口2種。國(guó)產(chǎn)電伴熱線具有相對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，一次性投入相對(duì)較低，其不足之處為相當(dāng)一部分國(guó)產(chǎn)的電伴熱線仍采用落后的恒功率伴熱技術(shù)，在使用過程中會(huì)浪費(fèi)大量能源；另外，其工作效率、安全性及使用壽命（某些產(chǎn)品壽命僅為1－2a）尚需改進(jìn)。進(jìn)口自控溫電伴熱線具有快速啟動(dòng)、溫度均勻、安裝簡(jiǎn)便及使用壽命長(zhǎng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)口的電伴熱產(chǎn)品中，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的為美國(guó)瑞侃（RAYCHEM）公司的自控溫電伴熱線。目前大部分外資電廠的伴熱系統(tǒng)均為瑞侃公司所設(shè)計(jì)并提供。