熱電廠低真空循環(huán)水供熱改造及節(jié)能分析

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，探討了熱電廠低真空循環(huán)水供熱的改造方案。比較了改造前后的能耗，改造后能耗明顯降低，節(jié)能效益顯著。關(guān)鍵詞：熱電廠；汽輪機(jī)；低真空循環(huán)水供熱Low-vacuum Circula
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，探討了熱電廠低真空循環(huán)水供熱的改造方案。比較了改造前后的能耗，改造后能耗明顯降低，節(jié)能效益顯著。
關(guān)鍵詞：熱電廠；汽輪機(jī)；低真空循環(huán)水供熱
Low-vacuum Circulating Water Heating Reconstruction and Energy-saving Analysis in Heat and Power Plant
CUI Haihong，CUI Limin
Abstract：The reconstruetion scheme of low-vacuum circulating water heating in heat and power plant is discussed with an engineering ease.The energy consumption before and after reconstruction is compared.The energy consumption after reconstruction is significantly reduced，and the energy saving benefit is obvious.
Key words：heat and power plant；gas turbine；low-vacuum circulating water heating
    石家莊誠峰熱電有限公司現(xiàn)有裝機(jī)容量為2×12MW、1×24MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，為保證末端工業(yè)用戶的用汽壓力，汽輪機(jī)設(shè)計抽汽參數(shù)為1.27MPa、320℃。為保證供汽安全穩(wěn)定，安裝了兩臺由蒸汽母管到供熱管網(wǎng)的減溫減壓器。近年來，由于城區(qū)供暖熱負(fù)荷增長較快，導(dǎo)致熱電廠的供熱能力不足，若完全滿足供熱需求，供暖期需停運(yùn)一臺發(fā)電機(jī)組，采用減溫減壓器進(jìn)行供熱，這給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我公司在2006年對2×12MW、1×24MW汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了低真空循環(huán)水供熱改造，2006—2007年供暖期供熱面積為60×104m2，到2010—2011年供暖期供熱面積已達(dá)到200×104m2。本文對熱電廠低真空循環(huán)水供熱改造及節(jié)能進(jìn)行分析。
1 低真空循環(huán)水供熱改造方案
    汽輪機(jī)低真空運(yùn)行，利用凝汽器循環(huán)水供熱，將汽輪發(fā)電機(jī)組排汽壓力提高到0.059～0.078MPa，凝汽器循環(huán)水出口溫度可達(dá)到60～65℃，直接采用循環(huán)水對外供熱，減少了循環(huán)水熱損失，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。
    實(shí)際運(yùn)行表明，低真空循環(huán)水供熱改變了汽輪機(jī)熱力工況，使汽輪機(jī)在變工況下運(yùn)行，對汽輪機(jī)的功率、效率、推力、輔機(jī)等有一定影響[1]。但通過實(shí)踐檢驗(yàn)，以上參數(shù)的變化對發(fā)電機(jī)組及供熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行沒有影響，發(fā)電機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)效益顯著，證明該項技術(shù)已經(jīng)比較成熟。
   ① 改造方案
   12MW、24MW汽輪發(fā)電機(jī)組、凝汽器的主要技術(shù)參數(shù)見表1～3。供暖期，采用低真空循環(huán)水供熱運(yùn)行，凝汽器作為熱源使用，利用汽輪機(jī)排汽加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。非供暖期，汽輪機(jī)真空運(yùn)行，循環(huán)水由冷卻塔冷卻。
   ② 系統(tǒng)流程
   低真空循環(huán)水供熱流程見圖1。在供暖期，進(jìn)行低真空循環(huán)水供熱時，緩慢打開電動調(diào)節(jié)閥9、10，并緩慢關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥7、8，直至閥9、10全部打開，閥7、8全部關(guān)閉。在實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)供熱面積和室外溫度的變化調(diào)整凝汽器的運(yùn)行數(shù)量。
表1 12MW汽輪發(fā)電機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力/MPa
4.9
汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度/℃
470
汽輪機(jī)額定功率/MW
12
汽輪機(jī)最大功率/MW
15
汽輪機(jī)額定抽汽壓力/MPa
1.27
汽輪機(jī)抽汽壓力變化范圍/MPa
0.981～1.471
汽輪機(jī)額定抽汽量/(t·h-1)
50
汽輪機(jī)最大抽汽量/(t·h-1)
80
額定工況排汽壓力/kPa
5.21
凝汽工況排汽量/(t·h-1)
51.7
最大功率抽汽工況進(jìn)汽量/(t·h-1)
117.65
純凝汽工況額定進(jìn)汽量/(t·h-1)
50
表2 24MW汽輪發(fā)電機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力/MPa
4.9
汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度/℃
470
汽輪機(jī)額定功率/MW
25
汽輪機(jī)最大功率/MW
30
汽輪機(jī)額定抽汽壓力/MPa
1.27
汽輪機(jī)抽汽壓力變化范圍/MPa
0.981～1.471
汽輪機(jī)額定抽汽量/(t·h-1)
80
汽輪機(jī)最大抽汽量/(t·h-1)
130
額定工況排汽壓力/kPa
4.3
凝汽工況排汽量/(t·h-1)
81.89
最大功率抽汽工況進(jìn)汽量/(t·h-1)
216
純凝汽工況額定進(jìn)汽量/(t·h-1)
108
表3 12MW、24MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器技術(shù)參數(shù)
12MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器
型式
分列2道制表面式
冷卻面積/m2
1000
冷卻水量/(t·h-1)
2835
冷卻水壓力/MPa
0.34
阻力/kPa
26.5
24MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器
型式
分列2道制表面式
冷卻面積/m2
2000
冷卻水量/(t·h-1)
5400
冷卻水壓力/MPa
0.25
阻力/kPa
34.3
    低真空循環(huán)水供熱是人為地提高循環(huán)水溫度，從而提高汽輪機(jī)排汽壓力，保持汽輪機(jī)在低真空下運(yùn)行，使汽輪機(jī)排汽溫度隨之升高。當(dāng)循環(huán)水出口溫度由原運(yùn)行的30～35℃提高到60～65℃時，保持穩(wěn)定的真空，循環(huán)水吸收的熱量不再通過冷卻塔冷卻釋放，而是通過熱網(wǎng)向居民熱用戶供熱。循環(huán)水經(jīng)熱力站換熱后，重新回到熱電廠凝汽器吸收汽輪機(jī)排汽熱量。
 

2 項目的實(shí)施
   ① 廠內(nèi)部分
   3臺汽輪機(jī)已經(jīng)運(yùn)行6年，部分凝汽器銅管已經(jīng)發(fā)生泄漏，并存在比較嚴(yán)重的結(jié)垢問題?？紤]實(shí)現(xiàn)低真空循環(huán)水供熱后，回水壓力增加，并為了提高換熱效率，將凝汽器內(nèi)原有銅管全部更換為不銹鋼管，增強(qiáng)了凝汽器的承壓能力和換熱效果。進(jìn)行冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了冷卻塔流程與供熱流程的切換。
    為了防止凝汽器超壓，在熱網(wǎng)回水管道上安裝了壓力安全閥，保證回水壓力不超過0.2MPa。為了防止凝汽器及熱網(wǎng)管道結(jié)垢，熱網(wǎng)循環(huán)水采用熱電廠內(nèi)經(jīng)過反滲透處理的除鹽水作為補(bǔ)充水，并在供暖期內(nèi)定期加藥。
   ② 換熱首站
   換熱首站安裝了4臺熱網(wǎng)循環(huán)泵。安裝了2臺尖峰加熱器(圖1中只表示出1臺)，在汽輪機(jī)事故狀態(tài)和嚴(yán)寒期啟動。
   ③ 熱網(wǎng)和熱力站
   考慮施工環(huán)境和造價，供熱管道采用無補(bǔ)償冷安裝敷設(shè)方式，考慮今后輸送高溫水的可能性，保溫管道的設(shè)計溫度按照120℃考慮。
    到2010年共建設(shè)供熱管道逾40km，熱力站45座。對所有熱力站實(shí)現(xiàn)熱計量，并在線監(jiān)控供回水流量、溫度、壓力、失水量等，熱網(wǎng)運(yùn)行狀況良好。
   ④ 熱用戶的選擇原則
   在選擇熱用戶時，主要選擇原有集中的、失水率小的多層住宅小區(qū)和新建建筑。
3 低真空循環(huán)水供熱的經(jīng)濟(jì)性分析
   ① 參數(shù)監(jiān)測和計算
   該項目涉及的能源主要為電和載能工質(zhì)(水、蒸汽)，生產(chǎn)過程中采用電能表對生產(chǎn)用電進(jìn)行監(jiān)測，水和蒸汽運(yùn)行參數(shù)采用DF(DFD)25型流量測量裝置進(jìn)行測量，熱網(wǎng)供回水溫度采用鉑熱電阻進(jìn)行測量，在得到熱網(wǎng)供回水溫度及流量后，計算出供熱量。
   2×12MW汽輪發(fā)電機(jī)組低真空排汽量為51.7t/h，排汽溫度為67℃，排汽比焓為2621.8kJ/kg，凝結(jié)水比焓為289.6kJ/kg。熱網(wǎng)供水溫度為62℃，質(zhì)量流量為4320t/h，回水溫度為50℃。經(jīng)計算得，供熱量為60289.7kW。低真空循環(huán)水供熱改造前單位發(fā)電量耗汽量為7.364kg/(kW·h)，改造后為8.004kg/(kW·h)。鍋爐熱效率按88%計算，鍋爐供汽比焓為3 395.5kJ/kg，給水溫度為154℃，給水比焓為644.8kJ/kg，供熱時間為2808h。
    1×24MW汽輪發(fā)電機(jī)組低真空排汽量為81.8t/h，排汽溫度為67℃，排汽比焓為2621.8kJ/kg，凝結(jié)水比焓為289.6kJ/kg。熱網(wǎng)供水溫度為62℃，質(zhì)量流量為3420t/h，回水溫度為50℃。經(jīng)計算得，供熱量為47729.4kW。低真空循環(huán)水供熱改造前單位發(fā)電量耗汽量為6.674kg/(kW·h)，改造后為7.250kg/(kW·h)。鍋爐熱效率按88%計算，鍋爐供汽比焓為3395.5kJ/kg，給水溫度為154℃，給水比焓為644.8kJ/kg，供熱時間為2808h。
   ② 節(jié)煤量計算
   若不采用低真空循環(huán)水供熱，供熱理論耗煤量的計算式為：
 
式中mc——不采用低真空循環(huán)水供熱的理論耗煤量，t
    t——供熱時間，h
    Φ——供熱量，kW
    Q——燃煤的低位發(fā)熱量，kJ/kg，取29308kJ/kg
    η——鍋爐熱效率
    若采用低真空循環(huán)水供熱，改造后熱電機(jī)組增加的耗煤量的計算式為：
 
式中mc,L——采用低真空循環(huán)水供熱，改造后熱電機(jī)組增加的耗煤量，t
    P——發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率，kW
    mL——改造后，單位發(fā)電量耗汽量，kg/(kW·h)
    m——改造前，單位發(fā)電量耗汽量，kg/(kW·h、
    hs——鍋爐供汽比焓，kJ/kg
    hw——鍋爐供水比焓，kJ/kg
    對于2×12MW汽輪發(fā)電機(jī)組，由式(1)、(2)計算得，mc=23631t，mc,L=4950t，節(jié)煤量為18681t。對于1×24MW汽輪發(fā)電機(jī)組，由式(1)、(2)計算得，mc=18708t，mc,L=4150t，節(jié)煤量為14558t。由計算結(jié)果可知，在當(dāng)前煤價日益上漲的形勢下，低真空循環(huán)水供熱改造項目可為企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。
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方法[J].煤氣與熱力，2007，27(10)：70-72.
 
(本文作者：崔海虹 崔立敏 石家莊誠峰熱電有限公司 河北石家莊 050800)