热电厂低真空循环水供热改造及节能分析

摘 要

摘要：结合工程实例，探讨了热电厂低真空循环水供热的改造方案。比较了改造前后的能耗，改造后能耗明显降低，节能效益显著。关键词：热电厂；汽轮机；低真空循环水供热Low-vacuum Circula
摘要：结合工程实例，探讨了热电厂低真空循环水供热的改造方案。比较了改造前后的能耗，改造后能耗明显降低，节能效益显著。
关键词：热电厂；汽轮机；低真空循环水供热
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
    石家庄诚峰热电有限公司现有装机容量为2×12MW、1×24MW抽凝式汽轮发电机组，为保证末端工业用户的用汽压力，汽轮机设计抽汽参数为1.27MPa、320℃。为保证供汽安全稳定，安装了两台由蒸汽母管到供热管网的减温减压器。近年来，由于城区供暖热负荷增长较快，导致热电厂的供热能力不足，若完全满足供热需求，供暖期需停运一台发电机组，采用减温减压器进行供热，这给企业带来严重的经济损失。因此，我公司在2006年对2×12MW、1×24MW汽轮发电机组进行了低真空循环水供热改造，2006—2007年供暖期供热面积为60×104m2，到2010—2011年供暖期供热面积已达到200×104m2。本文对热电厂低真空循环水供热改造及节能进行分析。
1 低真空循环水供热改造方案
    汽轮机低真空运行，利用凝汽器循环水供热，将汽轮发电机组排汽压力提高到0.059～0.078MPa，凝汽器循环水出口温度可达到60～65℃，直接采用循环水对外供热，减少了循环水热损失，显著提高了经济效益。
    实际运行表明，低真空循环水供热改变了汽轮机热力工况，使汽轮机在变工况下运行，对汽轮机的功率、效率、推力、辅机等有一定影响[1]。但通过实践检验，以上参数的变化对发电机组及供热系统安全稳定运行没有影响，发电机组整体经济效益显著，证明该项技术已经比较成熟。
   ① 改造方案
   12MW、24MW汽轮发电机组、凝汽器的主要技术参数见表1～3。供暖期，采用低真空循环水供热运行，凝汽器作为热源使用，利用汽轮机排汽加热热网循环水。非供暖期，汽轮机真空运行，循环水由冷却塔冷却。
   ② 系统流程
   低真空循环水供热流程见图1。在供暖期，进行低真空循环水供热时，缓慢打开电动调节阀9、10，并缓慢关闭电动调节阀7、8，直至阀9、10全部打开，阀7、8全部关闭。在实际运行中，可根据供热面积和室外温度的变化调整凝汽器的运行数量。
表1 12MW汽轮发电机组的主要技术参数
汽轮机进汽压力/MPa
4.9
汽轮机进汽温度/℃
470
汽轮机额定功率/MW
12
汽轮机最大功率/MW
15
汽轮机额定抽汽压力/MPa
1.27
汽轮机抽汽压力变化范围/MPa
0.981～1.471
汽轮机额定抽汽量/(t·h-1)
50
汽轮机最大抽汽量/(t·h-1)
80
额定工况排汽压力/kPa
5.21
凝汽工况排汽量/(t·h-1)
51.7
最大功率抽汽工况进汽量/(t·h-1)
117.65
纯凝汽工况额定进汽量/(t·h-1)
50
表2 24MW汽轮发电机组的主要技术参数
汽轮机进汽压力/MPa
4.9
汽轮机进汽温度/℃
470
汽轮机额定功率/MW
25
汽轮机最大功率/MW
30
汽轮机额定抽汽压力/MPa
1.27
汽轮机抽汽压力变化范围/MPa
0.981～1.471
汽轮机额定抽汽量/(t·h-1)
80
汽轮机最大抽汽量/(t·h-1)
130
额定工况排汽压力/kPa
4.3
凝汽工况排汽量/(t·h-1)
81.89
最大功率抽汽工况进汽量/(t·h-1)
216
纯凝汽工况额定进汽量/(t·h-1)
108
表3 12MW、24MW汽轮发电机组凝汽器技术参数
12MW汽轮发电机组凝汽器
型式
分列2道制表面式
冷却面积/m2
1000
冷却水量/(t·h-1)
2835
冷却水压力/MPa
0.34
阻力/kPa
26.5
24MW汽轮发电机组凝汽器
型式
分列2道制表面式
冷却面积/m2
2000
冷却水量/(t·h-1)
5400
冷却水压力/MPa
0.25
阻力/kPa
34.3
    低真空循环水供热是人为地提高循环水温度，从而提高汽轮机排汽压力，保持汽轮机在低真空下运行，使汽轮机排汽温度随之升高。当循环水出口温度由原运行的30～35℃提高到60～65℃时，保持稳定的真空，循环水吸收的热量不再通过冷却塔冷却释放，而是通过热网向居民热用户供热。循环水经热力站换热后，重新回到热电厂凝汽器吸收汽轮机排汽热量。
 

2 项目的实施
   ① 厂内部分
   3台汽轮机已经运行6年，部分凝汽器铜管已经发生泄漏，并存在比较严重的结垢问题。考虑实现低真空循环水供热后，回水压力增加，并为了提高换热效率，将凝汽器内原有铜管全部更换为不锈钢管，增强了凝汽器的承压能力和换热效果。进行冷却循环水系统改造，实现了冷却塔流程与供热流程的切换。
    为了防止凝汽器超压，在热网回水管道上安装了压力安全阀，保证回水压力不超过0.2MPa。为了防止凝汽器及热网管道结垢，热网循环水采用热电厂内经过反渗透处理的除盐水作为补充水，并在供暖期内定期加药。
   ② 换热首站
   换热首站安装了4台热网循环泵。安装了2台尖峰加热器(图1中只表示出1台)，在汽轮机事故状态和严寒期启动。
   ③ 热网和热力站
   考虑施工环境和造价，供热管道采用无补偿冷安装敷设方式，考虑今后输送高温水的可能性，保温管道的设计温度按照120℃考虑。
    到2010年共建设供热管道逾40km，热力站45座。对所有热力站实现热计量，并在线监控供回水流量、温度、压力、失水量等，热网运行状况良好。
   ④ 热用户的选择原则
   在选择热用户时，主要选择原有集中的、失水率小的多层住宅小区和新建建筑。
3 低真空循环水供热的经济性分析
   ① 参数监测和计算
   该项目涉及的能源主要为电和载能工质(水、蒸汽)，生产过程中采用电能表对生产用电进行监测，水和蒸汽运行参数采用DF(DFD)25型流量测量装置进行测量，热网供回水温度采用铂热电阻进行测量，在得到热网供回水温度及流量后，计算出供热量。
   2×12MW汽轮发电机组低真空排汽量为51.7t/h，排汽温度为67℃，排汽比焓为2621.8kJ/kg，凝结水比焓为289.6kJ/kg。热网供水温度为62℃，质量流量为4320t/h，回水温度为50℃。经计算得，供热量为60289.7kW。低真空循环水供热改造前单位发电量耗汽量为7.364kg/(kW·h)，改造后为8.004kg/(kW·h)。锅炉热效率按88%计算，锅炉供汽比焓为3 395.5kJ/kg，给水温度为154℃，给水比焓为644.8kJ/kg，供热时间为2808h。
    1×24MW汽轮发电机组低真空排汽量为81.8t/h，排汽温度为67℃，排汽比焓为2621.8kJ/kg，凝结水比焓为289.6kJ/kg。热网供水温度为62℃，质量流量为3420t/h，回水温度为50℃。经计算得，供热量为47729.4kW。低真空循环水供热改造前单位发电量耗汽量为6.674kg/(kW·h)，改造后为7.250kg/(kW·h)。锅炉热效率按88%计算，锅炉供汽比焓为3395.5kJ/kg，给水温度为154℃，给水比焓为644.8kJ/kg，供热时间为2808h。
   ② 节煤量计算
   若不采用低真空循环水供热，供热理论耗煤量的计算式为：
 
式中mc——不采用低真空循环水供热的理论耗煤量，t
    t——供热时间，h
    Φ——供热量，kW
    Q——燃煤的低位发热量，kJ/kg，取29308kJ/kg
    η——锅炉热效率
    若采用低真空循环水供热，改造后热电机组增加的耗煤量的计算式为：
 
式中mc,L——采用低真空循环水供热，改造后热电机组增加的耗煤量，t
    P——发电机组的发电功率，kW
    mL——改造后，单位发电量耗汽量，kg/(kW·h)
    m——改造前，单位发电量耗汽量，kg/(kW·h、
    hs——锅炉供汽比焓，kJ/kg
    hw——锅炉供水比焓，kJ/kg
    对于2×12MW汽轮发电机组，由式(1)、(2)计算得，mc=23631t，mc,L=4950t，节煤量为18681t。对于1×24MW汽轮发电机组，由式(1)、(2)计算得，mc=18708t，mc,L=4150t，节煤量为14558t。由计算结果可知，在当前煤价日益上涨的形势下，低真空循环水供热改造项目可为企业带来很好的经济效益。
参考文献：
[1] 马晓红，安威霞.低真空循环水供热存在的问题及解决方法[J].煤气与热力，2007，27(10)：70-72.
 
(本文作者：崔海虹 崔立敏 石家庄诚峰热电有限公司 河北石家庄 050800)