低真空循環(huán)水供熱原理及應用

1、循環(huán)水供暖在熱電廠中的實踐應用王友峰 高永彬 劉清峰 張磊一、前言：2001 年，國家經(jīng)貿委、國家開展方案委、建設部發(fā)布的?熱電聯(lián)產(chǎn)工程可行性研究科技規(guī)定?條規(guī)定： “在有條件的地區(qū)，在采暖期間可考慮抽凝機組低真空運行，循環(huán)水供熱采暖的方案，在非采暖期恢復常規(guī) 運行?，F(xiàn)階段采用低真空循環(huán)水供熱符合國家現(xiàn)行有關規(guī)定。由于采用循環(huán)水供熱可以提高汽輪機組的熱效率，能夠得到較好的節(jié)能效果。自 20 世紀 70 年代開始， 我國北方一些電廠陸續(xù)將局部裝機容量w50 MW的汽輪機用于低真空運行，采用排汽加熱循環(huán)冷卻水直接供熱或作為一級加熱器熱源，進行冬季采暖供熱，經(jīng)過多家電廠運行實踐說明，從技術角度講該技

2、術可靠，機組 運行穩(wěn)定。二、進行循環(huán)水供暖的必要性：礦區(qū)冬季生產(chǎn)、 生活供暖是利用汽輪機抽汽加熱水進行供暖。 隨著礦山建設和人民群眾生活水平的提高， 生產(chǎn)、生活供熱面積是不斷的增加， 用蒸汽加熱水的本錢將會越來越高。通過測算， 在冬季 120天的供暖期中，由于機組帶有20t/h左右的采暖負荷壓力：0.8Mpa溫度：280C，會造成機組在整個采暖期中小時發(fā)電量 下降低約 2000左右，機組的經(jīng)濟效益面臨嚴重考驗，直接影響了礦山的經(jīng)濟效益。為緩解局部利益和全局利 益之間日趨緊張的矛盾，經(jīng)認真分析和科學計算，我們于2007年5月份進行型汽輪發(fā)電機組 “低真空運行循環(huán)水供暖 改造工程。三、低真空循環(huán)水

3、供熱的特點及工藝技術：2.1 特點：抽凝機組采用低真空循環(huán)水供熱時 ， 汽輪機組無需大規(guī)模改造 ， 只需將凝汽器循環(huán)冷卻水的入口及出口管 路接入供熱系統(tǒng) . 從汽輪機運行角度考慮，是一種變工況運行。是將冷凝器作為一級加熱器，利用排汽的汽 化潛熱加熱循環(huán)水，用循環(huán)水代替熱網(wǎng)水供暖，從而將排汽汽化潛熱加以利用；熱網(wǎng)中的熱用戶就相當于循 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， 在回到凝汽器重新吸熱循環(huán)。 Mpa， Mpa,其供、回溫度采用60C、50C對汽輪機本體沒有改動，但凝汽器在低真空運行期間，汽輪機組的發(fā)電量受 供熱量直接影響 . 因此， 合理確定供熱面積對汽輪機的

4、經(jīng)濟運行影響很大 .2.2 技術工藝：充分利用現(xiàn)有汽輪發(fā)電機組原存在的冷源損失，對抽凝機組本體及通流局部不進行任何改變，只是對相 關的設備進行加固改造、增加少量的設備或不改造設備進行循環(huán)水供熱。在這種供熱方式下，熱網(wǎng)中的熱用 戶就相當于現(xiàn)有循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的涼水塔，循環(huán)水在冷凝器中吸收熱量直接送至熱用戶散熱后，在回到冷凝 器重新吸熱循環(huán)；從運行角度講，而只是惡化真空，提高排汽壓力，相應的提高循環(huán)出口水溫，利用循環(huán)水 進行供熱。而汽輪機乏氣在凝汽器中的冷凝過程和未改造前普通冷凝過程程完全一樣；四、供暖系統(tǒng)應進行的改造工程： 凝汽器改造工程有： 將凝汽器循環(huán)水流程由雙路雙流程改為單路四流程，兩套系統(tǒng)

5、可有閥門迅速切換，方便靈活； 考慮到機組改為低真空運行循環(huán)水供熱后，凝汽器所承受的壓力由上升到左右，同時確保事故狀態(tài)下凝汽器 的平安，凝汽器端蓋需要進行加固，增加加強筋或將端蓋鋼板厚度增加，增加端蓋一側的加強桿個數(shù)； 為解決抽凝機組改低真空循環(huán)水供熱，排汽溫度過高的問題，要在凝汽器排汽口加裝兩組除鹽水噴水裝置； 為防止機組改低真空運行引起軸向推力增加的問題，對原汽封系統(tǒng)進行改造，將前汽封漏汽改至低加，平衡 因工況變化造成軸向推力增加，確保動靜間隙不變，機組振動無變化； 為保證凝汽器低真空循環(huán)水供熱的運行平安，要保證凝汽器不失水， 凝汽器一旦失水，凝汽器防爆門將動作， 汽輪機將被迫停止運行，因此

6、，在技術角度考慮：a、在凝汽器進口壓力表加裝報警器，凝汽器進水壓力降到報警器報警；b、凝汽器進水壓力降到時應立即將系統(tǒng)切換到原有循環(huán)水至涼水塔系統(tǒng)中，保證凝汽器不失水;c、如熱網(wǎng)管路出現(xiàn)問題時，必須將系統(tǒng)切至循環(huán)水至涼水塔后，才允許供熱泵房將熱網(wǎng)循環(huán)泵停止運行；4.2 廠內換熱站的改造： 根據(jù)循環(huán)水流量和外網(wǎng)水力計算，增設兩臺供熱循環(huán)泵或利用原有泵組； 廠內換熱站進行改造時，要考慮到設備故障的可能性，充分利用原有換熱器作為循環(huán)水供暖系統(tǒng)中的尖峰加 熱器，在機組負荷發(fā)生變化或故障時，確保供熱連續(xù)性和供熱效果；循環(huán)水系統(tǒng)中要安裝兩臺補水泵，其流量為100立方/h，專門用于循環(huán)水補水，并補水泵采用變

7、頻控制，以便控制補水壓力保持穩(wěn)定，確保整個系統(tǒng)平安經(jīng)濟運行； 在回水母管上加裝兩臺回水過濾器，防止循環(huán)水系統(tǒng)中的機械雜質在凝汽器中沉淀，危及設備平安；4.3 供熱管網(wǎng) ：敷設DN400 DN500 DN35(大直徑管網(wǎng)約400米左右。熱水管網(wǎng)的敷設采用無補償直埋敷設方式，除長距 離或個別應力集中點采用措施外，原那么上不設補償器；五、采暖系統(tǒng)設備構成：1冷凝器 2熱循環(huán)泵 3尖峰加熱器 4管道補水泵 5熱網(wǎng)管線六、循環(huán)水量及供暖面積的熱力計算： 凝汽器循環(huán)水量的計算：根據(jù)凝汽器熱平衡方程得出；Dc(hc-hc")=Dw(hw2-hw1)其中：De：進入凝汽器的蒸汽流量 Kg/h Dw

8、:進入凝汽器的冷卻水量Kg/hhc ：排汽焓值 Kj/Kg hc" ：飽和凝結水的焓值 Kj/Kghw2 ：冷卻水出口焓值 Kj/Kg hw1 ：冷卻水進口焓值 Kj/Kg注：冷卻水hwl、hw2在數(shù)值上等于冷卻水溫度乘以；排汽與凝結水焓差在汽輪機排汽壓力變化范圍內約 為2177Kj/Kg。低真空供熱后，按最大功率狀況進汽量不變，凝汽量 t/h，計算凝汽器冷卻水量：Dc(hc-hc")=Dw(hw2-hw1)Dw=Dc(hc-hc")/(hw2-hw1)Dw x 1000 70-60XX=1295t/h循環(huán)水供熱量：G=Dw X Cp(Tw2-Tw1)=1295

9、X 4.187(70-60)=1295 X=54221650 Kj循環(huán)水供熱面積：供熱指標250Kj/怦，熱網(wǎng)損失5%A=G X/250=54221650 X=54221650 X平方七、機組變工況前、后運行參數(shù)的比擬：根據(jù)型抽汽機組熱力工況圖，汽輪機在純凝工況時，凝汽量為。因此，在循環(huán)水供熱機組進汽量不變的情況下，經(jīng)上述計算說明，單臺機組供熱能力為萬平方按 250Kj/平方.h，現(xiàn)就單臺6MW機組供熱20萬平方 面積的經(jīng)濟性進行分析如下：改造的參數(shù)表一：工程單位參數(shù)工程單位參數(shù)汽機功率kw3465汽機進氣量t/h額定進汽壓力Mpa額定進氣溫度C470汽機抽汽量t/h抽汽壓力Mpa汽機抽氣溫度

10、C311汽機排氣流量t/h額定排氣壓力Mpa額定排汽溫度C額定冷凝水溫度C32額定循環(huán)水進度C額定循環(huán)水量t/h2200改造后的參數(shù)表二：工程單位參數(shù)工程單位參數(shù)汽機功率kw5342汽機進氣量t/h進汽壓力Mpa進氣溫度C470汽機抽汽量t/h抽汽壓力Mpa汽機抽氣溫度C汽機排氣流量t/h汽機排氣壓力Mpa汽機排汽溫度C75冷凝水溫度C75循環(huán)水進度C60循環(huán)水量t/h1200注：表一機組在抽凝工況下，依據(jù)今冬采暖負荷抽汽量+機組自用加熱蒸汽量等實際數(shù)據(jù)編制而成，它的抽汽負荷是在犧牲電負荷的根底上實現(xiàn)的；表二根據(jù)汽輪機進汽量為額定進汽量，排汽壓力為計算锝出；通過上列參數(shù)對造表所列，我們可以清楚

11、發(fā)現(xiàn)：在實現(xiàn)低真空供熱后，汽輪機功率增加，進氣量呈下降曲線，這是因為原用于抽汽的熱負荷，現(xiàn)全部用于發(fā)電，在采用這種運行方式下，通過測算，型機組改為低真空運行供暖后，在進汽量為額定進汽量的情況下，電負荷為5342kwh,有54Gj/h余熱，相當于抽汽，機組效益增加值為元/h。八、經(jīng)濟效益分析：上網(wǎng)電價元/kwh鍋爐熱效率86.1% 煤氣計價元/T煤氣低位發(fā)熱量3320Kj/Nm3蒸汽與煤氣的產(chǎn)汽比為1 : 1000冷源損失凈收益的計算：原通過低壓缸最小流量的蒸汽改為低真空運行時，由于背壓升高，噸汽發(fā)電量的減少值：Do ik-i)u=3600PePe=Do ik-i)u/3600X 58 X8原原

12、通過低壓缸最小流量的蒸汽改為低真空運行時，噸汽能夠提供有效利用熱量:ik-is=2625-251=2374Kj/Kg8原冷凝工況最小蒸汽流量改為低真空運行后，冷源損失凈收益冷源損失凈收益 =冷源損失收益 - 減少發(fā)電損失XxX元/h抽汽改為低真空運行多發(fā)電的收益：Do ie-ik)u=3600PePe=Do ie-ik)u/3600X 471 X8.3 凈受益= x +xxx 元 /h收益對照表工程供暖時限供暖面積供暖本錢 供暖收益 供暖凈受益10t/h 熱水鍋爐供熱120 天20 萬 m2300 萬元 20 萬元 280 萬元抽汽供熱120 天20 萬 m2萬 20 萬元萬元循環(huán)水供熱120 天20 萬 m2020 萬元注：表內為三種供暖方式的比擬。九、結論：綜上所述，通過將汽機組改造成低