矸石熱電廠循環(huán)水余熱供暖改造技術及效益分析

文/李永生

矸石熱電廠汽輪機組發(fā)電的生產(chǎn)過程,實際上是一個能量轉(zhuǎn)換過程，能量在轉(zhuǎn)換過程中存在著種種損失，特別是凝汽器的冷源損失最大，約占總損失的60%左右。如果能將循環(huán)冷卻水余熱用于供熱(采暖、生活熱水等)，不僅能夠減少電廠冷卻水散熱造成的水蒸發(fā)損失和環(huán)境的熱污染，而且能夠緩解采暖帶來燃氣和電力資源的緊張局面。同時，還可實現(xiàn)能源的梯級利用，節(jié)約大量燃料，提高能源綜合利用率。

冀中能源股份有限公司下屬邢東矸石熱電廠在汽輪機循環(huán)水余熱供暖技術方面做了大膽嘗試，其總裝機容量24MW，即2Χ12MW抽氣機組配4Χ75t/h循環(huán)流化床鍋爐。技術改造后，循環(huán)水系統(tǒng)由原有開放式系統(tǒng)改為閉合式循環(huán)系統(tǒng)，既節(jié)約了電廠冷卻塔蒸發(fā)散失掉的水資源，又使余熱得到充分合理的利用?？蓪崿F(xiàn)在鍋爐蒸發(fā)量不變的工況下，提高汽輪機的供熱能力，大幅提高熱電廠的綜合熱效率。僅冬季，邢東矸石熱電廠向邢臺市區(qū)新增112萬平方米供熱面積，機組運行安全穩(wěn)定，居民供暖效果良好，實現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排目的，社會經(jīng)濟效益十分顯著。

一、循環(huán)水余熱供暖技術改造的注意事項

采用低真空運行后，汽輪機排汽壓力將會提高，同等質(zhì)量和流量下，排汽比容將大幅降低，從而對末級，特別是最末級葉片造成危害。當容積小于葉片最小流量值時，汽動特性將急劇惡化，降低工作效率，產(chǎn)生渦流，并引起鼓風及其他損失,從而使排汽缸溫度升高，影響軸承溫度，危及軸系的振動安全性。同時，末級葉片在小容積流量下工作時，極易出現(xiàn)汽動彈性失穩(wěn)，發(fā)生失速顫振，使葉片受力大幅增加，從而損壞葉片，發(fā)生斷裂。

因此，要求汽輪機組運行過程中，末級葉片容積流量不得過小，排汽缸溫度不得大于機組真空所對應的蒸汽壓力下的飽和溫度，并保證推力瓦塊溫度在原機組規(guī)定安全數(shù)值以內(nèi)。此外，低壓缸流量屬于質(zhì)量流量，不等同于容積流量，對于不同的真空情況下的汽輪機，工作運行人員還要嚴格執(zhí)行廠家低真空工況的計算數(shù)據(jù)。

1.確保機組在超出原設計工況下的安全、經(jīng)濟運行

將汽輪機組由抽凝運行改為低真空運行方式，真空將會下降，汽輪機軸向推力隨之增加。一般情況下,汽輪機真空不低于75kPa，排汽溫度不大于65℃，推力瓦塊溫度不超過廠家規(guī)定數(shù)值，即可滿足汽輪機循環(huán)水供熱系統(tǒng)低真空運行工況的需求。同時，還要避免出現(xiàn)低壓缸流量過小而引起排汽溫度升高的狀況，防止損傷汽輪機末級葉片。當軸向推力過大時，可將前汽封的高壓漏汽引到低壓加熱器上，以此平衡軸向推力。

2.解決供熱管網(wǎng)運行參數(shù)與汽輪機安全運行參數(shù)相匹配的問題

將居民采暖原設計的高水溫、大溫差、小流量、間歇式供暖變?yōu)榈退疁?、小溫差、大流量?4小時連續(xù)供暖，既解決居民室內(nèi)采暖溫度的要求，又滿足了汽輪機安全運行的系統(tǒng)參數(shù)要求。在對供熱管網(wǎng)進行改擴建時，要以滿足汽輪機安全運行為原則，并要解決好供熱管網(wǎng)的近、遠期規(guī)劃，廠內(nèi)熱源及機組供熱能力相互匹配等問題。

3.解決凝汽器在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中的安全運行問題

汽輪機凝汽器的水泵揚程為20~30m，改為循環(huán)水供熱低真空運行后，水泵揚程將達到100m左右，一旦水泵失電停運，必將使凝汽器超壓爆裂，造成重大的安全事故，故需要對凝汽器進行加固改造，適當提高其抗壓能力，在供熱回水管道進凝汽器之前加裝2個730型持壓泄壓安全閥，同時，完善運行水泵電源的可靠性，加裝備用泵的自動投入裝置，最大程度減輕凝汽器超壓、爆裂的安全隱患。

4.解決供暖水質(zhì)對凝汽器換熱管的影響

改造前循環(huán)冷卻水冬季水溫不超過20℃左右，而改造后凝汽器循環(huán)水水溫高達60℃，極易在換熱管內(nèi)產(chǎn)生結垢，增大端差，同時還要添加化學阻垢劑來減輕凝汽器結垢的可能。因此，生產(chǎn)運行人員應將端差控制在10℃左右，以達到安全運行要求。

5.確保用戶系統(tǒng)及散熱器安全

為防止居民暖氣片爆片，應設計科學合理的供熱管網(wǎng)，并在配水站供水管設置壓力調(diào)節(jié)閥和持壓泄壓安全閥，以及供水系統(tǒng)超參數(shù)報警系統(tǒng)等，從而保證用戶供暖系統(tǒng)和散熱器不超參數(shù)，在安全承壓狀態(tài)下運行。

6.保證冷油器和空冷器的冷卻效果

汽輪機機組改為循環(huán)水供熱之后,循環(huán)水溫度將大幅提高,不可再作為冷油器和空冷器冷卻水使用。因此，為確保冷油器出口油溫和空冷器入口風溫在運行規(guī)范內(nèi),應在原有循環(huán)水泵房新增2臺冷卻水泵，為空冷器和冷油器提供冷卻水，以確保其在規(guī)定溫度內(nèi)安全運行。

7.增設尖峰加熱裝置

應在調(diào)峰站增設一套調(diào)峰加熱器，其實質(zhì)就是將汽輪機一部分抽氣給供用戶的循環(huán)水進一步加熱，達到提高供熱溫度的目的。當機組停運或極度嚴寒期，不能滿足用戶供暖溫度要求時，可投入調(diào)峰加熱器運行供暖。

二、循環(huán)水余熱供暖技術經(jīng)濟效益分析

由于邢臺市區(qū)氣源緊張，邢東熱電廠循環(huán)水熱量全部得以利用。循環(huán)水余熱實際供暖面積為F=1120000平方米，每平方米供熱指標 g=330kj/m2h

1.循環(huán)水余熱供暖節(jié)煤

總供熱量 Q=F·g=1120000×330=369600000KJ/h

每小時節(jié)煤量為：B1=Qy/Qd(kg/h)

y—供熱中熱量利用系數(shù)，取0.9

Qd—煤的低位發(fā)熱量，為16720KJ/kg

B1=369600000×0.9/16720=19895kg/h

每個采暖期節(jié)煤量為：

h—每日供熱小時數(shù)，連續(xù)供熱取24小時

n—每個采暖期供熱天數(shù)，邢臺地區(qū)取120天

2.利用循環(huán)水供熱使機組發(fā)電量減少和供氣量增加

循環(huán)水余熱供暖后，汽輪機真空降低，排氣溫度適當提高，相應減少了機組發(fā)電量，增加了供氣量。但由于發(fā)電量減少而減少的耗煤量和因供氣量增加而增加的耗煤量基本相當，故發(fā)電量和供氣量增減變化引起的耗煤量變化基本相互抵消。

3.利用循環(huán)水供熱電耗增加量

改造前二臺12MW機組運行的循環(huán)水泵容量為3×185KW，改造后運行的循環(huán)水泵容量為4×450KW。循環(huán)水供熱期間增加的功率為：

（4×450KW-3×185KW）×0.88=1096KW

一個采暖季增加電耗為：1096×24×120=3156480 KWh

即多耗煤2840噸

4.循環(huán)水余熱供暖后實際節(jié)煤

57298-2840=54458（噸）

按煤價210元/噸計算，年節(jié)約1144萬元

該項目實施后，一個采暖季（4個月）新增加利潤1100多萬元，節(jié)能效果十分明顯。既解決了市區(qū)部分居民冬季的采暖需求，彌補了冬季的供熱缺口，又取締了供熱范圍內(nèi)的小鍋爐50多臺，社會效益顯著，在中小型熱電機組中有著極高的推廣價值。