熱電廠低真空循環(huán)水供熱技術(shù)的分析與應(yīng)用

周艷鈞　張　寒

（上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇　徐州　221611）

熱電廠低真空循環(huán)水供熱技術(shù)的分析與應(yīng)用

周艷鈞張寒

（上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇徐州221611）

降低汽輪機(jī)冷源損失，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)前小型熱電機(jī)組亟待解決的問(wèn)題。低真空循環(huán)水供熱，是提高熱電廠能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益的途徑?；诖耍槍?duì)大屯熱電廠供熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行低真空循環(huán)水供熱改造案例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)投入應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

熱電廠；低真空循環(huán)水供熱；改造方案

大屯熱電廠自2000年10月投產(chǎn)開(kāi)始熱電聯(lián)產(chǎn)以來(lái)，其供熱范圍主要是公司中心區(qū)的采暖，但由于中心區(qū)的供熱負(fù)荷偏小，耗汽量較低，熱電廠不能按額定工況或產(chǎn)生最大效益的供汽量向外供熱，使全年平均熱電比和熱效率都低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，按照國(guó)家節(jié)能減排政策及有關(guān)規(guī)定，“以熱定電”，文件規(guī)定50MW以下的供熱是汽輪機(jī)組必須符合總熱效率年平均大于45%和熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比平均大于100%折兩項(xiàng)指標(biāo)。熱效率或熱電比不達(dá)標(biāo)的熱電機(jī)組即定性為小機(jī)組，不予發(fā)電量指標(biāo)或給予關(guān)停。為增大企業(yè)效益，維持熱電廠的小機(jī)組能繼續(xù)運(yùn)行，必須擴(kuò)大對(duì)外供熱規(guī)模，實(shí)現(xiàn)或通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)認(rèn)定［1］。

大屯熱電廠承擔(dān)著公司建材廠、選煤廠、鐵路管理處生產(chǎn)生活用熱，同時(shí)擔(dān)負(fù)著大屯礦區(qū)中心區(qū)居民的冬季采暖。采用的是傳統(tǒng)抽凝蒸汽經(jīng)熱網(wǎng)輸送至相關(guān)熱交換站，供熱用戶使用。隨著新城嘉苑、研發(fā)中心等新建建筑的相繼建成，熱電廠的4臺(tái)抽凝式汽輪機(jī)已經(jīng)不能滿足新增建筑的集中供熱需求。為既能滿足企業(yè)新增建筑的集中供熱需求，又能達(dá)到企業(yè)節(jié)能挖潛的目的，降低冷源損失，經(jīng)充分調(diào)研論證后，提出采用低真空循環(huán)水供熱技術(shù)實(shí)施。

1　低真空循環(huán)水供熱原理

熱力發(fā)電廠生產(chǎn)在完成能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，有各種熱損失，其中汽輪機(jī)冷源熱損失最大，約占40%。汽輪機(jī)做功后，將乏汽排入凝汽器。汽輪機(jī)冷源熱損失主要產(chǎn)生于凝汽器中排汽凝結(jié)為水的過(guò)程，這部分熱量被循環(huán)水帶走，排入大氣，造成能量浪費(fèi)。

低真空循環(huán)水供熱原理：適當(dāng)調(diào)整汽輪機(jī)運(yùn)行工作參數(shù)，降低汽輪機(jī)的真空度，提高汽機(jī)凝汽器的壓力和溫度，把汽機(jī)凝汽器作為表面換熱器，使循環(huán)水被加熱到能夠滿足熱用戶供熱的溫度（約60℃）后對(duì)外供熱。

發(fā)電廠采用循環(huán)水低真空供熱后，就將排入凝汽器的這部分低品位能量利用起來(lái)，給用戶供熱，大大減少直接用汽輪機(jī)抽汽給用戶供暖的高品位能量（蒸汽）的用量。

2　機(jī)組改造情況

2.1原汽輪機(jī)冷凝器參數(shù)

冷卻面積為1 400m2，水流道為雙流道雙流程，冷卻水入口設(shè)計(jì)溫度及允許最高進(jìn)水溫度分別為20、33℃，循環(huán)水設(shè)計(jì)及允許最高溫升為8℃。

汽輪機(jī)型式為冷凝式，型號(hào)為C15-4.9/0.98。

2.2改造后設(shè)備要求達(dá)到的參數(shù)

冷卻面積為1 400 m2；水流道在供暖時(shí)為單道四流程流程，非供暖時(shí)為雙道雙流程；冷卻水入口設(shè)計(jì)溫度為46℃；冷卻水出口設(shè)計(jì)溫度為65℃。

汽輪機(jī)型式為冷凝式，型號(hào)為C15-4.9/0.98。

2.3設(shè)計(jì)方案

2.3.1原工況與供暖工況切換方式。沒(méi)有采暖要求時(shí)，關(guān)閉截止閥2、4，其余的打開(kāi)，采用雙流道雙流程；當(dāng)冬季有采暖要求時(shí)，去凝汽器的冷卻水不經(jīng)過(guò)冷卻塔，關(guān)閉截止閥3、4、5，其余的打開(kāi)，采用單流道四流程，以便提高冷卻水溫升，達(dá)到采暖要求。當(dāng)汽機(jī)檢修時(shí)可打開(kāi)4號(hào)閥排空管路內(nèi)的積水（見(jiàn)圖1）。

2.3.2設(shè)計(jì)技術(shù)要求。為了滿足以上要求，需對(duì)汽輪機(jī)做相應(yīng)檢查并更換以下部套。

圖1　供暖期和非供暖期循環(huán)水切換圖

①冷凝器（1 400m2）更換（管子選用316L型不銹鋼管）。冷凝管束材料的選擇一直存在著矛盾的兩方面。傳統(tǒng)的銅質(zhì)材料導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱效果好，同等冷卻水條件下，冷凝器體積稍小。相比之下，光管不銹鋼材質(zhì)，傳熱系數(shù)要小很多，傳熱效果稍差。但銅材質(zhì)對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求高，含鹽含堿的冷卻水經(jīng)常會(huì)銹蝕銅質(zhì)管束，造成冷凝管束穿孔，破壞汽輪機(jī)組的真空度，對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行存有隱患。而隨著工業(yè)加工能力以及加工工藝的改進(jìn)，將光滑不銹鋼管束做成帶有螺旋的“不銹鋼波紋管”，將冷卻水的層流狀態(tài)變?yōu)槲闪鳎布丛黾恿丝偟膫鳠嵯禂?shù)。同時(shí)，不銹鋼材質(zhì)的耐腐蝕性更優(yōu)秀，并且相同壁厚情況下強(qiáng)度更好。故將不銹鋼（316L）波紋管應(yīng)用于此次升級(jí)改造中。②增加膨脹節(jié)。冷凝器筒體上增加“波紋膨脹節(jié)”，因?yàn)椴牧涎诱剐约熬€性膨脹系數(shù)方面，銅材質(zhì)要大于不銹鋼材質(zhì)。故若采用不銹鋼波紋管管束時(shí)，要選用增加波紋膨脹節(jié)來(lái)吸收材料受熱、冷卻時(shí)的熱脹冷縮量。排汽管處的膨脹節(jié)作用也亦然。另有做法是在冷凝器支座上增加彈簧結(jié)構(gòu)。③增加旁通不銹鋼管（DN500，壁厚10mm，總長(zhǎng)大約10m，具體視現(xiàn)場(chǎng)情況而定），增加2個(gè)電動(dòng)閥門(mén)（該項(xiàng)由用戶自行采購(gòu)）。④冬季供暖采用低真空運(yùn)行，在機(jī)組能承受的情況下，增加排汽溫度。多余的熱量由循環(huán)水帶走，再在用戶端（熱用戶）放熱到環(huán)境中（室內(nèi)），循環(huán)水冷卻后再流回冷凝器參與換熱，形成循環(huán)。

2.4額定工況設(shè)計(jì)

2.4.1夏季。進(jìn)汽壓力為4.9Mpa（A），進(jìn)汽溫度為435℃，抽汽壓力為0.98Mpa（A），調(diào)整抽汽量為50t/H，排汽壓力為0.008Mpa（A）。

2.4.2冬季。進(jìn)汽壓力為4.9Mpa（A），進(jìn)汽溫度為435℃，抽汽壓力為0.98Mpa（A），調(diào)整抽汽量為50t/H，排汽壓力為低真空運(yùn)行。

3　低真空循環(huán)水供熱運(yùn)行效果

2015-2016年供暖季節(jié)的試運(yùn)，效果顯著。機(jī)組供熱平均溫度達(dá)58℃以上，向用戶供暖平均溫度可達(dá)55℃以上，比原來(lái)由加熱器加熱供暖節(jié)省蒸汽35t/h，同時(shí)避免了機(jī)組的排汽熱損失，提高了機(jī)組整體的熱利用率。機(jī)組可維持正常的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，保持了發(fā)電量。一個(gè)供暖季供熱熱水折合蒸汽量20萬(wàn)t（壓力0.25MPa、溫度250℃），直接創(chuàng)效益約3 000萬(wàn)元左右。除減少熱量排放污染外，減少CO2、SO2排放帶來(lái)的環(huán)境污染，其社會(huì)效益不可估量。

據(jù)計(jì)算，低真空循環(huán)水供熱后，供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗率不變，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低，供熱能力增加。熱電廠改造機(jī)組供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為39kg/GJ，2015年一季度發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率365g/kW·h，2016年一季度發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為275g/kW·h，2016年發(fā)電量為2 489萬(wàn)kW·h，這樣節(jié)約標(biāo)煤2 240t，且2016年一季度供熱能力比2015年一季度供熱能力增加，凸顯了低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

4　結(jié)語(yǔ)

熱電廠低真空循環(huán)水供熱技術(shù)回收了大量的余熱，減少了燃料的消耗。低真空循環(huán)水供熱對(duì)提高熱電廠的能源綜合利用水平、改善環(huán)境、降低生產(chǎn)成本有著重要的意義。小型抽汽式汽輪機(jī)改造為低真空循環(huán)水供熱，不僅經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益十分明顯，更是小型熱電廠得以繼續(xù)生存和發(fā)展的重要途徑。

Analysis and Application of Low Vacuum Circulating Water Heating Technology in Thermal Power Plant

Zhou YanjunZhang Han
（Shanghai Datun Energy Co.Ltd.Power Plant，Xuzhou Jiangsu 221611）

It has become one of the key questions to be solved how to reduce the loss of steam turbine heat and improve the enterprise’s efficiency of economic efficiency.The low vacuum circulating water heating technology of the thermal power plant is a way to improve energy efficiency and economic efficiency. Based on this，low vacuum circulating water heating transformation case of heating units in Datun power plant was analyzed，it was found that the input application had achieved good economic benefit and environmental benefit.

thermal power plant；low vacuum circulating water heating technology；transformation scheme

TM621

A

1003-5168（2016）05-0134-02

2016-04-21

周艷鈞（1984-），女，碩士，工程師，研究方向：科技管理，發(fā)電廠節(jié)能研究。

［1］鄭體寬.熱力發(fā)電廠［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1999.