小型電廠低真空循環(huán)水供熱的節(jié)能分析

高彥兵

(北京華優(yōu)建筑工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京　100038)

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小型電廠低真空循環(huán)水供熱的節(jié)能分析

高彥兵

(北京華優(yōu)建筑工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京100038)

摘要:針對熱電聯(lián)產(chǎn)電廠內(nèi)存在大量循環(huán)冷卻水余熱的現(xiàn)狀，提出了以電廠低真空循環(huán)水供熱的模式，并結(jié)合某低真空循環(huán)水改造項(xiàng)目，通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，分析了其產(chǎn)生的節(jié)能效益，指出低真空循環(huán)水供熱對小型電廠來說是一種投資小、見效快的方式。

關(guān)鍵詞:低真空循環(huán)水，凝汽器，供熱，節(jié)能

0　引言

電站的汽輪機(jī)熱循環(huán)系統(tǒng)的損失形式多種多樣，包括鍋爐系統(tǒng)損失、汽輪機(jī)管道損失、汽輪機(jī)級內(nèi)損失、輔機(jī)系統(tǒng)換熱損失、冷端損失等等。而冷端損失是鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)對整個(gè)熱循環(huán)效率影響最大的一項(xiàng)損失。從最早的純發(fā)電式汽輪機(jī)到后來的增加了回?zé)嵯到y(tǒng)的汽輪機(jī)再到抽汽式汽輪機(jī)，所有的努力都是為了減少汽輪機(jī)的排汽量，進(jìn)而減少汽輪機(jī)排汽的冷端損失。

汽輪機(jī)采用低真空循環(huán)水供熱，其基本原理是對凝汽發(fā)電機(jī)組實(shí)施低真空運(yùn)行，即適當(dāng)提高汽輪機(jī)的排汽壓力，降低凝汽器的真空度，增加排汽溫度，提高循環(huán)水的供回水溫度，用循環(huán)水直接供熱。將原本由凝汽器內(nèi)循環(huán)水帶走的熱量通過用循環(huán)水進(jìn)行采暖加熱的方式，進(jìn)行有效的利用，從而將冷端損失基本消除了。顯然，這對提高汽輪機(jī)循環(huán)熱效率的影響是巨大的。

小型抽汽凝汽式汽輪機(jī)在城市周邊的小型熱電廠中普遍存在，在不增加新的供熱機(jī)組的前提下，充分利用汽輪發(fā)電機(jī)組的冷源損失(即低真空供熱)在原有機(jī)組的基礎(chǔ)上通過適當(dāng)改造，從而實(shí)現(xiàn)低真空循環(huán)水供熱，不失為一種投資省、見效快的好方式。

1　項(xiàng)目建設(shè)概況

1．1項(xiàng)目實(shí)施單位基本情況

某熱電廠，位于該市西南部，距市中心1．5 km，占地面積13萬m2。企業(yè)始建于1992年8月，1994年9月機(jī)組相繼投產(chǎn); 2006年改制為全資民營企業(yè)，是該市唯一一家熱電聯(lián)產(chǎn)的能源型企業(yè)。

企業(yè)設(shè)有設(shè)備裝機(jī)容量24 MW，四爐兩機(jī)，即四臺(tái)75 t/h高壓循環(huán)流化床鍋爐;一臺(tái)12 MW雙抽凝汽式供熱發(fā)電機(jī)組和一臺(tái)12 MW抽汽背壓式供熱發(fā)電機(jī)組。

1．2項(xiàng)目建設(shè)的必要性

企業(yè)承擔(dān)市區(qū)內(nèi)12家工業(yè)企業(yè)的供汽和21個(gè)換熱站供暖。2010年—2011年度供暖入網(wǎng)面積為258．6萬m2，繳費(fèi)面積為215．5萬m2，供暖能力已基本飽和;2011年新增供熱入網(wǎng)面積為123．3萬m2;2012年又將繼續(xù)增加供熱面積。

由于該電廠汽輪機(jī)冷端損失過大，往年供暖質(zhì)量出現(xiàn)問題，并且供暖入網(wǎng)面積繼續(xù)增加;為了確保供暖需求，拓展企業(yè)市場，于2012年11月電廠實(shí)施節(jié)能改造。

1．3項(xiàng)目建設(shè)的依據(jù)

2012年11月，該電廠的汽輪機(jī)廠家出具該型號的汽輪機(jī)低真空運(yùn)行使用說明書，從技術(shù)角度分析，該項(xiàng)目循環(huán)水熱能提取改造后，系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠，技術(shù)可行。

抽凝機(jī)組采用低真空循環(huán)水供熱時(shí)，汽輪機(jī)組無需大規(guī)模改造，只需將凝汽器循環(huán)水入口及出口管路接入供熱系統(tǒng)。從汽輪機(jī)運(yùn)行角度考慮，是一種變工況運(yùn)行。是將凝汽器作為一級加熱器，利用排氣的汽化潛熱加熱循環(huán)水，用循環(huán)水代替熱網(wǎng)水供暖，從而將排氣汽化潛熱加以利用;熱網(wǎng)中的供熱熱用戶就相當(dāng)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的涼水塔，循環(huán)水在凝汽器中吸收熱量送至熱用戶散熱后，再回到凝汽器重新吸熱循環(huán)。

為保證凝汽器低真空安全運(yùn)行，正常情況下水側(cè)壓力一般不超過0．196 MPa，因此，只能在凝汽器出水管側(cè)設(shè)置循環(huán)水泵，低真空運(yùn)行的循環(huán)水由此泵供給熱用戶，確保凝汽器進(jìn)水壓力不要超過0．25 MPa，以保證其安全運(yùn)行。且為了防止停泵時(shí)瞬間均壓造成的破壞性后果，必須加固凝汽器使其承壓達(dá)到0．6 MPa。

2　項(xiàng)目具體實(shí)施方案

該項(xiàng)目實(shí)施后，節(jié)約冷卻塔蒸發(fā)掉的水資源，同時(shí)回凝汽器的熱量用來加熱供暖回水。該項(xiàng)目改造內(nèi)容如下:

1)凝汽器改造。

改善凝汽器換熱系統(tǒng)，將凝汽器內(nèi)部舊銅管全部更新，并加厚銅管壁厚;

將凝氣器循環(huán)水流程由雙路雙流程改為單路四流程，兩套系統(tǒng)可由電動(dòng)閥門切換，方便靈活，安全可靠;

考慮機(jī)組低真空循環(huán)水供熱后，凝汽器承受壓力升高，確保事故狀態(tài)下，凝汽器的安全，對凝汽器端蓋進(jìn)行密封、加固;

2)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)改造。

安裝卷焊鋼管DN600，DN500，DN450，DN200等規(guī)格;安裝DN600、渦輪DN500，DN450等閥門及管件;

3)汽輪機(jī)附屬設(shè)備冷卻水系統(tǒng)改造。

安裝卷焊鋼管DN350，DN300，DN250，DN200等規(guī)格;安裝循環(huán)水泵、閥門等設(shè)備;

4)運(yùn)行技術(shù)優(yōu)化配置。

采用集中供熱系統(tǒng)首站優(yōu)化配置及運(yùn)行技術(shù)，在一次供水管道之間安裝連通管道，通過連通管道調(diào)節(jié)供水流量，以實(shí)現(xiàn)供水流量合理分配。

通過改造實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的要求。該項(xiàng)目建設(shè)將為客戶節(jié)約大量能源及建設(shè)投資，創(chuàng)造客觀的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

3　項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析

3．1節(jié)能計(jì)算方法

由于企業(yè)原運(yùn)行模式為循環(huán)水自凝汽器流出后全部進(jìn)入冷卻水塔冷卻，其中熱能全部損失掉，也不存在回收，因此僅對企業(yè)進(jìn)行低真空循環(huán)水供熱改造后回收的熱量進(jìn)行測量即可得出節(jié)能量數(shù)據(jù)。

通過對測試時(shí)間內(nèi)循環(huán)水通過凝汽器所回收到的熱量、凝汽器進(jìn)出側(cè)循環(huán)水溫度、流量、壓力進(jìn)行計(jì)量，綜合評價(jià)設(shè)備的節(jié)能情況。

3．2節(jié)能效果實(shí)測

1)測試時(shí)間:2013．2．21—2013．2．24——汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱項(xiàng)目運(yùn)行過程測試。

2)汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱項(xiàng)目運(yùn)行過程測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱項(xiàng)目測試結(jié)果一覽表

3)運(yùn)行過程測試數(shù)據(jù)分析。由表1可以看出，凝汽器進(jìn)出口循環(huán)水溫度基本保持一致，溫差穩(wěn)定，循環(huán)水流量也基本一致，可以有效保證取暖效果。

回收熱量計(jì)算。由表1可以看出，汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱項(xiàng)目回收的熱量穩(wěn)定連續(xù)，由此可以計(jì)算出整個(gè)取暖期的回收熱量。

由連續(xù)3 d的監(jiān)測記錄可以得出，平均回收熱量為52．84 GJ/h，由此可以計(jì)算一個(gè)完整取暖期的節(jié)能量，計(jì)算公式如下:

其中，G為取暖期節(jié)能量，GJ;g為單位時(shí)間平均節(jié)能量，GJ/h; h為每天運(yùn)行時(shí)間，h/d;d為供暖期長度，d。

由式(1)得:

綜上所述，在汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱項(xiàng)目投入運(yùn)行后，每小時(shí)可回收熱能52．84 GJ，折合標(biāo)煤1．802 9 t，現(xiàn)該市取暖期為151 d，由此可以得出，一個(gè)供暖期可以回收熱能191 492．2 GJ，可折合標(biāo)準(zhǔn)煤6 533．87 t。

4　結(jié)語

低真空循環(huán)水供熱是為了滿足節(jié)能和環(huán)保要求而發(fā)展起來的一項(xiàng)節(jié)能新技術(shù)，是熱電企業(yè)節(jié)約能源、改善環(huán)境、深化熱電聯(lián)產(chǎn)的有效措施。這種供熱方式可以使做功發(fā)電的蒸汽熱能得到充分利用，減少汽輪機(jī)凝汽器中的冷源損失，節(jié)約大量的能源，同時(shí)也能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1)供熱機(jī)組低真空運(yùn)行時(shí)，在保證供熱熱水60℃左右，回水溫度50℃左右的情況下，低真空運(yùn)行的安全可靠運(yùn)行是可以實(shí)現(xiàn)的。在不增加新的供熱機(jī)組的前提下，在原有機(jī)組的基礎(chǔ)上通過低真空循環(huán)水供熱不失為一種投資省、見效快的好方式。

2)低真空運(yùn)行給汽輪機(jī)運(yùn)行帶來一系列事關(guān)安全性的重要問題。綜合理論和實(shí)際運(yùn)行情況，從汽輪機(jī)本體情況看，汽輪機(jī)排汽壓力在30 kPa～40 kPa時(shí)，汽輪機(jī)本體葉片仍具有較高的安全性，不存在安全性問題。汽輪機(jī)凝汽器在不作改動(dòng)或適當(dāng)加強(qiáng)的情況下，可保安全運(yùn)行。但畢竟提高了排汽溫度，應(yīng)在實(shí)際運(yùn)行中密切關(guān)注，防止因管材與殼體膨脹不均造成的脫脹等意外情況出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

［1］馬曉紅，安威霞．低真空循環(huán)水供熱存在的問題及解決辦法［J］．煤氣與熱力，2007，27(10):70-72．

Analysis on low vacuum circulating water
heating energy-saving on the small-scale power plant

Gao Yanbing
(Beijing Huayou Building Engineering Design Co．，Ltd，Beijing 100038，China)

Abstract:In light of large amount of cycling cooling water waste heat status of thermal-electric power manufacturer plant，the paper puts forward low vacuum circulating water heating mode．Combining with the low vacuum circulating water transformation project，through calculating actual operation data，it analyzes its energy saving efficiency，and finally points out that:low vacuum circulating water heating is a small-investment and fast-efficiency method for small-scale power plant．

Key words:low vacuum circulating water，condenser，heat supply，energy saving

作者簡介:高彥兵(1980-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-19

文章編號:1009-6825(2016)01-0200-03

中圖分類號:TU201．5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A