火电厂蒸汽伴热与电伴热方案的技术经济比较

　　摘要：在技术性能上介绍了电伴热的技术优势及蒸汽伴热方案的缺陷，并就某火力发电厂1000 m长锅炉仪表管道保温采用电伴热和蒸汽伴热方式，进行了技术，进而得出结论：在发电厂的保温中电伴热方案在技术上性能优越，在经济上投资合理，效益显著。
　　关键词：伴热 火电厂 自控温电伴热
　　概述
　　伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案在火电厂中一直被广泛应用。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。过去很长一段时间内，在绝大多数火电厂中，蒸汽伴热始终是一种主要的保温方式。其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热损失。由于蒸汽的散热量不易控制，其保温效率始终处于一个较低的水平。而且，由于电厂中需要伴热的管道一般以仪表管线、工艺管线及化学管线为主，这些管线比较复杂，铺设蒸汽伴热管道十分不便。另外，在冬季运行时，蒸汽伴热管道经常会出现“跑、冒、滴、漏”现象，每年冬季电厂维修部门都不得不在管线保温上花费大量的人力、物力来确保电厂的冬季运行安全。
　　20世纪70年代，美国能源行业就提出用电伴热方案来替代蒸汽伴热的设想。70年代末80年代初，包括能源业在内的很多部门已广泛推广了电伴热技术，以电伴热全面代替蒸汽伴热。电伴热技术至今，已由传统的恒功率伴热发展到以导电塑料为核心的自控温电伴热。
　　1、自控温电伴热原理及应用
　　自控温电伴热方案主要通过自控温电伴热线完成。自控温电伴热线由导电塑料和2根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成。其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心。当伴热线周围温度较低时，导电塑料产生微分子收缩，碳粒连接形成电路使电流通过，伴热线便开始发热；而温度较高时，导电塑料产生微分子膨胀，碳粒逐渐分开，导致电路中断，电阻上升，伴热线自动减少功率输出，发热量便降低。当周围温度变冷时，塑料又恢复到微分子收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热线发热功率又自动上升。由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，其控制温度不会过高也不会过低。因此电伴热所具有的良好特性是其他伴热系统所无法比拟的。自控温电伴热系统应用于工业管道保温和防冻过程，针对发电厂伴热的特殊技术要求，自控温电伴热系统能够准确、方便地起到保温、防冻的作用，为电厂冬季的良好运行提供有力保障。由于电伴热相对于传统的蒸汽伴热具有明显的优势，因而在美国及欧洲得到了广泛应用，，在发达国家的电厂中已经很难找到蒸汽伴热管道了。电伴热方案最早进入电力市场是在1986年，在一些世行或亚行贷款的发电厂如山东石横电厂已较早地采用了美国瑞侃（RAYCHEM）公司的自控温伴热技术。目前，一些较为化的发电厂如河北三河电厂、大连华能电厂、以及正在建设中的山西阳城电厂、天津盘山电厂、山东菏泽、聊城电厂等都已采用了自控温电伴热系统。
　　2、蒸汽伴热与电伴热方案的比较
　　电伴热技术在火电厂的保温防冻应用中。具有发热效率高、安装简便、质量可靠及使用寿命长（通常为20a）等优势。但采用自控温电伴热技术的一次性投资较蒸汽伴热方案高，这是目前我国电厂尚未普遍采用电伴热技术的主要障碍之一。本文着重从经济效益和效益2方面以火电厂1000m长仪表管线防冻伴热（维持温度为5-10摄氏度）采用蒸汽伴热和电伴热方案为例进行比较。
　　2.1投资比较
　　2.1.1蒸汽伴热方案
　　（1） 伴热管道：按工艺要求选用1根DN20伴热钢管，管线全长1 000 m总重量2.27t（DN20，2.27KG/m），单价为5000元/t，则材料费为5000×2.27=11 350元；安装费用（包括安装材料和人工工资）为7 850元。
　　（2） 供汽管道：选用DN100供气管道，全长1000M.则材料费用为102180元，安装费用（包括安装材料和人工工资）为40423元。
　　（3） 供汽管道保温：选用50mm厚岩棉，外保护层为镀锌铁皮，全长1000m.经估算，材料费用为20250元，安装费用为44200元。
　　（4） 供水和疏水系统：包括蒸汽供汽阀门、伴热管给汽阀、疏水器切断阀、疏水器及疏水器检查阀等费用为2550元。
　　2.1.2电伴热方案
　　（1） 电伴热线 ：自控温电伴热线，电压220V ，伴热温度为5摄氏度，价格为人民币133元/m.全长1000米，则材料费用为1000×133＝133000元；安装费用（主要是人工工资），按每m3元，为1000×3=3000元
　　（2） 供电配电系统：包括配电室、输电线路等材料费用为157000元。安装费用为6810元
　　2.2 运行费用比较
　　2.2.1蒸汽伴热方案
　　（1） 管道伴热耗汽费用：仪表管道伴热耗热量及供汽管道自耗汽量为0.30t/h，每吨蒸汽按50元，运行日为100天，全年耗汽费用为0.3×100×24×50=36000元
　　（2） 伴热管道维护费用包括巡线检查、检修更新及各项维护费用，每年大约为42 000元
　　2.2.2电伴热方案
　　（1） 耗电量
　　最广泛的自控电伴热线每米用电量为33W.管道全长为1000m，每小时用电量为1000×33/1000=33kW.h.当管道温度达到维持温度上限时，电伴热的发热量将逐渐减少，输出功率亦随之下降，从而电伴热的耗电量一般为额定功率的60％；厂用电价按0.20元/kW.h计，运行日为100天（2400小时），则每年正常耗电费用为：（33×2400） ×0.20×60% =9504元
　　（2） 维修费用
　　自控温电伴热，几乎不需要维修，按规定每年只需要摇表测绝缘即可，这里按10000元/年估算。
　　2. 3效益
　　由表1和表2可知，蒸汽伴热方案投资是电伴热方案的80％，但运行费用是电伴热的4倍。两方案的产出效果相同，都可达到仪表管线的保温防冻要求，因此可以通过对两方案年费用的比较进行分析（取蒸汽伴热的经济寿命为10a，电伴热的经济寿命为12a），根据计算：
　　蒸汽伴热方案的年费用为：
　　年折旧费用+年运行费用=228803/10+78000=100880.3元
　　电伴热方案的年费用为：
　　年折旧费用+年运行费用=299810/12+19504=44488.2元
　　由年费用最小判断准则可知，电伴热方案的年费用大约是蒸汽伴热方案年费用的2/5，明显优于蒸汽伴热方案。
　　还可从动态追加投资回收期角度进行比较。电伴热方案一次性投资费用较大，但其每年运行费用远远小于蒸汽伴热方案，用电伴热方案的成本节约来回收多花的投资，所需期限即为追加投资回收期。根据相关公式计算，1.4年即可收回两方案投资的差额部分。
　　2.4效益分析
　　自控温电伴热因本身根据感应管壁（介质）的温度而自调发热量，是一种节能措施。蒸汽伴热只能利用一部分热能，大量热能由高品位变为低品位，无法利用，白白损耗掉了，经国外的专业伴热产品公司测算，电伴热与蒸汽伴热的耗能之比为1：5.8 .另外，由于自控电伴热可以有效地杜绝跑、冒、滴、漏现象，还可改善生产环境。
　　3.结论
　　由以上技术经济分析可知，采用自控温电伴热虽然一次性投资较高，但运行费用却有较大降低，经济效益非常显著。而且，从国内已经采用电伴热系统的火电厂的运行情况看，电伴热已经达到了预期效果。可以预见在电力行业的保温应用中，电伴热取代蒸汽伴热将成为必然的趋势。目前的市场中的电伴热产品主要可分为国产及进口2种。国产电伴热线具有相对的价格优势，一次性投入相对较低，其不足之处为相当一部分国产的电伴热线仍采用落后的恒功率伴热技术，在使用过程中会浪费大量能源；另外，其工作效率、安全性及使用寿命（某些产品寿命仅为1－2a）尚需改进。进口自控温电伴热线具有快速启动、温度均匀、安装简便及使用寿命长等技术优势。在进口的电伴热产品中，在国内应用最广泛的为美国瑞侃（RAYCHEM）公司的自控温电伴热线。目前大部分外资电厂的伴热系统均为瑞侃公司所设计并提供。