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火電廠蒸汽伴熱與集膚效應(yīng)電伴熱方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
摘 要：在技術(shù)性能上介紹了電伴熱的技術(shù)優(yōu)勢及蒸汽伴熱方案的缺陷,并就某火力發(fā)電廠1000 m長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)經(jīng)濟(jì)分析,進(jìn)而得出結(jié)論:在發(fā)電廠的保溫應(yīng)用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)鍵字：伴熱 火電廠 集膚效應(yīng)電伴熱
0 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。過去很長一段時間內(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，在冬季運行時，蒸汽伴熱管道經(jīng)常會出現(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大量的人力、物力來確保電廠的冬季運行安全。
20世紀(jì)70年代，美國能源行業(yè)就提出用電伴熱方案來替代蒸汽伴熱的設(shè)想。70年代末80年代初，包括能源業(yè)在內(nèi)的很多工業(yè)部門已廣泛推廣了集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)，以集膚效應(yīng)電伴熱全面代替蒸汽伴熱。集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)發(fā)展至今，已由傳統(tǒng)的恒功率伴熱發(fā)展到以ptc為核心的自控溫集膚效應(yīng)電伴熱。
1 自控溫集膚效應(yīng)電伴熱原理及應(yīng)用
自控集膚效應(yīng)溫電伴熱方案主要通過自控溫集膚效應(yīng)電伴熱線完成。自控溫集膚效應(yīng)電伴熱線由導(dǎo)體絕緣層和鋼管、防腐外套構(gòu)成。其中鋼管是發(fā)熱核心。當(dāng)伴熱線周圍溫度較低時，通過測溫裝置設(shè)置溫度區(qū)間控制集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)連接形成電路使電流通過，鋼管便開始發(fā)熱；而溫度較高時，電路中斷，本身自動調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度不會過高也不會過低。因此集膚效應(yīng)電伴熱所具有的良好特性是其他伴熱系統(tǒng)所無法比擬的。自控溫集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)管道保溫和防凍過程，針對發(fā)電廠伴熱的特殊技術(shù)要求，自控溫集膚效應(yīng)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行提供有力保障。由于集膚效應(yīng)電伴熱相對于傳統(tǒng)的蒸汽伴熱具有明顯的優(yōu)勢，因而在美國及歐洲得到了廣泛應(yīng)用，目前，在發(fā)達(dá)國家的電廠中已經(jīng)很難找到蒸汽伴熱管道了。集膚效應(yīng)電伴熱方案最早進(jìn)入中國電力市場是在1986年，北京宏焱工貿(mào)有限責(zé)任公司的自控溫集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)。目前，一些較為現(xiàn)代化的發(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集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)。
2 蒸汽伴熱與集膚效應(yīng)電伴熱方案的比較
集膚效應(yīng)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、安裝簡便、質(zhì)量可靠及使用壽命長(通常為20年)等優(yōu)勢。但采用自控溫集膚效應(yīng)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)效益和社會效益2方面以火電廠1000m長儀表管線防凍伴熱（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
(1) 伴熱管道:按工藝要求選用1根DN20伴熱鋼管,管線全長1 000 m總重量2.27t(DN20, 2.27KG/m),單價為5 000元/t,則材料費為5 000×2.27=11 350元；安裝費用（包括安裝材料和人工工資）為7 850元。
(2) 供汽管道:選用DN100 供氣管道,全長1000M。則材料費用為102 180元，安裝費用（包括安裝材料和人工工資）為40 423元。
(3) 供汽管道保溫:選用50mm厚巖棉,外保護(hù)層為鍍鋅鐵皮,全長1 000m。經(jīng)估算，材料費用為20 250元，安裝費用為44 200元。
(4) 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用為2550元。
2．1．2集膚效應(yīng)電伴熱方案
(1) 集膚效應(yīng)電伴熱線 :自控溫集膚效應(yīng)電伴熱線,電壓380V ,伴熱溫度為5攝氏度，價格為人民幣133元/m。全長1000米，則材料費用為1000×133＝133 000元；安裝費用(主要是人工工資),按每m 30元計算,為1000×3=3 0000元
(2) 供電配電系統(tǒng):包括配電室、輸電線路等材料費用為157 000元。安裝費用為6 810元
綜合以上數(shù)據(jù),得到投資估算表(見表1)
表1 投資估算 單位:元
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費用項目 |
主材料費 |
安裝費 |
合計 |
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蒸汽伴熱方案 |
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(1)伴熱管道 |
11350 |
7850 |
19200 |
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(2)供汽管道 |
102180 |
40423 |
142603 |
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(3)供汽管道保溫 |
20250 |
44200 |
64450 |
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(4)供汽和疏水系統(tǒng) |
2550 |
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2550 |
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合計 |
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228803 |
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電伴熱方案 |
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(1)電伴熱線 |
133000 |
30000 |
163000 |
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(2)供電、配電系統(tǒng) |
157000 |
6810 |
163810 |
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合計 |
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326810 |
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兩方案總投資比例：蒸汽伴熱:電伴熱=1:1.43 |
2.2 運行費用比較
2.2.1蒸汽伴熱方案
(1) 管道伴熱耗汽費用: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元計算,運行日為100天,全年耗汽費用為0.3×100×24×50=36 000元
(2) 伴熱管道維護(hù)費用包括巡線檢查、檢修更新及各項維護(hù)費用，每年大約為42 000元
2.2.2電伴熱方案
(1) 耗電量
應(yīng)用最廣泛的自控電伴熱線每米用電量為33W。管道全長為1000m,每小時用電量為1000×33/1000=33 kW.h。當(dāng)管道溫度達(dá)到維持溫度上限時，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％；廠用電價按0.20元/kW.h計,運行日為100天(2400小時),則每年正常耗電費用為:（33×2400) ×0.20×60% =9504元
(2) 維修費用
自控溫集膚效應(yīng)電伴熱,幾乎不需要維修,按規(guī)定每年只需要搖表測絕緣即可,這里按10000元/年估算。經(jīng)以上分項估算，兩方案的運行費用估算見表二
表二 操作費用估算 單位：元
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費用項目 |
蒸汽伴熱方案 |
電伴熱方案 |
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伴熱能耗 |
36000 |
9504 |
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檢修維護(hù)費用 |
42000 |
10000 |
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合計 |
78000 |
19504 |
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兩方案比例 4 : 1 |
2． 3經(jīng)濟(jì)效益分析
由表1和表2可知，蒸汽伴熱方案投資是電伴熱方案的80％，但運行費用是電伴熱的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，因此可以通過對兩方案年費用的比較進(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)計算:
蒸汽伴熱方案的年費用為:
年折舊費用+年運行費用=228803/10+78000=100880.3元
集膚效應(yīng)電伴熱方案的年費用為:
年折舊費用+年運行費用= 326810/12+19504=46738.2元
由年費用最小判斷準(zhǔn)則可知,電伴熱方案的年費用大約是蒸汽伴熱方案年費用的1/2,明顯優(yōu)于蒸汽伴熱方案。
還可從動態(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用較大，但其每年運行費用遠(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)公式計算,1.4年即可收回兩方案投資的差額部分。
2．4社會效益分析
自控溫集膚效應(yīng)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�，無法利用，白白損耗掉了，經(jīng)國外的專業(yè)伴熱產(chǎn)品公司測算，集膚效應(yīng)電伴熱與蒸汽伴熱的耗能之比為1:5.8 。另外，由于自控集膚效應(yīng)電伴熱可以有效地杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，還可改善企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。
3．結(jié)論
由以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可知，采用自控溫集膚效應(yīng)電伴熱雖然一次性投資較高，但運行費用卻有較大降低，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。而且，從國內(nèi)目前已經(jīng)采用集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的火電廠的運行情況看，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，集膚效應(yīng)電伴熱取代蒸汽伴熱將成為必然的趨勢。目前的市場中的電伴熱產(chǎn)品主要可分為伴熱電纜和集膚伴熱兩種。電伴熱線具有相對的價格優(yōu)勢，一次性投入相對較低，其不足之處為相當(dāng)一部分國產(chǎn)的電伴熱線仍采用落后的恒功率伴熱技術(shù)，在使用過程中會浪費大量能源；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)。自控溫集膚效應(yīng)電伴熱線具有快速啟動、溫度均勻、安裝簡便及使用壽命長等技術(shù)優(yōu)勢。國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的為北京宏焱工貿(mào)有限責(zé)任公司的自控溫集膚效應(yīng)電伴熱線。目前大部分電廠的伴熱系統(tǒng)均為北京宏焱公司所設(shè)計并提供。
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