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火電廠蒸汽伴熱與集膚效應電伴熱方案的技術經濟比較
摘 要：在技術性能上介紹了電伴熱的技術優勢及蒸汽伴熱方案的缺陷,并就某火力發電廠1000 m長鍋爐儀表管道保溫采用電伴熱和蒸汽伴熱方式,進行了技術經濟分析,進而得出結論:在發電廠的保溫應用中電伴熱方案在技術上性能優越,在經濟上投資合理,效益顯著。
關鍵字：伴熱 火電廠 集膚效應電伴熱
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用。其工作原理是通過伴熱媒體散發一定的熱量，通過直接或間接的熱交換補充被伴熱管道的熱損失，以達到升溫、保溫或防凍的正常工作要求。過去很長一段時間內,在絕大多數火電廠中，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、工藝管線及化學管線為主，這些管線比較復雜，鋪設蒸汽伴熱管道十分不便。另外，在冬季運行時，蒸汽伴熱管道經常會出現"跑、冒、滴、漏"現象，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70年代，美國能源行業就提出用電伴熱方案來替代蒸汽伴熱的設想。70年代末80年代初，包括能源業在內的很多工業部門已廣泛推廣了集膚效應電伴熱技術，以集膚效應電伴熱全面代替蒸汽伴熱。集膚效應電伴熱技術發展至今，已由傳統的恒功率伴熱發展到以ptc為核心的自控溫集膚效應電伴熱。
1 自控溫集膚效應電伴熱原理及應用
自控集膚效應溫電伴熱方案主要通過自控溫集膚效應電伴熱線完成。自控溫集膚效應電伴熱線由導體絕緣層和鋼管、防腐外套構成。其中鋼管是發熱核心。當伴熱線周圍溫度較低時，通過測溫裝置設置溫度區間控制集膚效應伴熱系統連接形成電路使電流通過，鋼管便開始發熱；而溫度較高時，電路中斷，本身自動調節完成的，其控制溫度不會過高也不會過低。因此集膚效應電伴熱所具有的良好特性是其他伴熱系統所無法比擬的。自控溫集膚效應電伴熱系統應用于工業管道保溫和防凍過程，針對發電廠伴熱的特殊技術要求，自控溫集膚效應電伴熱系統能夠準確、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。由于集膚效應電伴熱相對于傳統的蒸汽伴熱具有明顯的優勢，因而在美國及歐洲得到了廣泛應用，目前，在發達國家的電廠中已經很難找到蒸汽伴熱管道了。集膚效應電伴熱方案最早進入中國電力市場是在1986年，北京宏焱工貿有限責任公司的自控溫集膚效應伴熱技術。目前，一些較為現代化的發電廠如河北三河電廠、大連華能電廠、以及正在建設中的山西陽城電廠、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電伴熱系統。
2 蒸汽伴熱與集膚效應電伴熱方案的比較
集膚效應電伴熱技術在火電廠的保溫防凍應用中。具有發熱效率高、安裝簡便、質量可靠及使用壽命長(通常為20年)等優勢。但采用自控溫集膚效應電伴熱技術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的主要障礙之一。本文著重從經濟效益和社會效益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,外保護層為鍍鋅鐵皮,全長1 000m。經估算，材料費用為20 250元，安裝費用為44 200元。
(4) 供水和疏水系統: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集膚效應電伴熱方案
(1) 集膚效應電伴熱線 :自控溫集膚效應電伴熱線,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: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
綜合以上數據,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 |
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 |
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) 伴熱管道維護費用包括巡線檢查、檢修更新及各項維護費用，每年大約為42 000元
2.2.2電伴熱方案
(1) 耗電量
應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。當管道溫度達到維持溫度上限時，電伴熱的發熱量將逐漸減少，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
自控溫集膚效應電伴熱,幾乎不需要維修,按規定每年只需要搖表測絕緣即可,這里按10000元/年估算。經以上分項估算，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經濟效益分析
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。兩方案的產出效果相同，都可達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行分析（取蒸汽伴熱的經濟壽命為10a，電伴熱的經濟壽命為12a）,根據計算:
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,明顯優于蒸汽伴熱方案。
還可從動態追加投資回收期角度進行比較。電伴熱方案一次性投資費用較大，但其每年運行費用遠遠小于蒸汽伴熱方案，用電伴熱方案的成本節約來回收多花的投資，所需期限即為追加投資回收期。根據相關公式計算,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
自控溫集膚效應電伴熱因本身根據感應管壁（介質）的溫度而自調發熱量，是一種節能措施。蒸汽伴熱只能利用一部分熱能，大量熱能由高品位變為低品位，無法利用，白白損耗掉了，經國外的專業伴熱產品公司測算，集膚效應電伴熱與蒸汽伴熱的耗能之比為1:5.8 。另外，由于自控集膚效應電伴熱可以有效地杜絕跑、冒、滴、漏現象，還可改善企業生產環境。
3．結論
由以上技術經濟分析可知，采用自控溫集膚效應電伴熱雖然一次性投資較高，但運行費用卻有較大降低，經濟效益非常顯著。而且，從國內目前已經采用集膚效應電伴熱系統的火電廠的運行情況看，電伴熱已經達到了預期效果。可以預見在電力行業的保溫應用中，集膚效應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勢，一次性投入相對較低，其不足之處為相當一部分國產的電伴熱線仍采用落后的恒功率伴熱技術，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（某些產品壽命僅為1－2a）尚需改進。自控溫集膚效應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優勢。國內應用最廣泛的為北京宏焱工貿有限責任公司的自控溫集膚效應電伴熱線。目前大部分電廠的伴熱系統均為北京宏焱公司所設計并提供。
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