熱電廠循環(huán)水供熱的設(shè)計(jì)

熱電廠循環(huán)水供熱的設(shè)計(jì)熱電廠循環(huán)水供熱的設(shè)計(jì)青島開(kāi)源熱力設(shè)計(jì)院劉欣摘要：本文闡述了熱電廠循環(huán)水供熱節(jié)能原理、最優(yōu)方案的確定，及設(shè)計(jì)、運(yùn)行的基本方法。關(guān)鍵詞：熱電廠節(jié)能循環(huán)水作者在主持某熱電廠循環(huán)水供熱建設(shè)方案設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)分析過(guò)程中，對(duì)小型熱電廠利用冷卻塔循環(huán)水供熱進(jìn)行了研究。在本文中對(duì)循環(huán)水供熱方案進(jìn)行了探討，以期在同行中進(jìn)行討論。一、循環(huán)水供熱對(duì)于節(jié)能的意義根據(jù)國(guó)家發(fā)改委預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)GDP將翻兩番。如果按照現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式推算，屆時(shí)我國(guó)每年的能源消耗量將從現(xiàn)在的14億噸標(biāo)煤，增大到56億噸。這一巨大的能源消耗量成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。鑒于我國(guó)目前高投入、高能耗、低產(chǎn)出的現(xiàn)狀，推進(jìn)提高能效、節(jié)約資源的工作，已到了刻不容緩的時(shí)刻。聯(lián)系到我們所從事的行業(yè)，建筑能耗約占全國(guó)總能耗的1/4-1/3；而供熱、空調(diào)、制冷能耗又占到建筑能耗的1/3。特別是供熱行業(yè)，至今仍處于粗放經(jīng)營(yíng)階段，因此節(jié)能降耗存在著巨大的潛力。國(guó)內(nèi)熱電廠純凝機(jī)組或抽凝發(fā)電機(jī)組在其安全發(fā)電的同時(shí)，存在著能耗高、經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題。主要原因是機(jī)組中作完功的乏汽排入凝汽器后，熱量被循環(huán)水帶走，通過(guò)冷卻塔排入大氣，造成較大的冷源損失。在文獻(xiàn)資料中，一般凝汽式電廠的循環(huán)熱效率只能達(dá)到30～40%，其它熱量白白損失掉了，而其中最大的就是凝汽器的冷源損失，約占總損失的60%。為提高能源利用率，降低小型汽輪機(jī)組的冷源損失，提高熱經(jīng)濟(jì)性，冬季采暖期可以將汽輪機(jī)組的冷源損失加以利用，即循環(huán)水所攜帶的熱量不是被排入

大氣，而被輸送到供熱用戶取暖用。這樣對(duì)電廠而言，既節(jié)能、又經(jīng)濟(jì)，還環(huán)保，符合國(guó)家大力提倡的節(jié)能降耗政策。二、循環(huán)水供熱節(jié)能原理汽輪機(jī)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(lái)的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。其基本原理是在發(fā)電過(guò)程中，將凝汽器真空度降低，相應(yīng)的排汽壓力和排汽溫度隨之升高，同時(shí)減少冷卻汽輪機(jī)乏汽的循環(huán)水量，將凝汽器循環(huán)水出口溫度提高到70℃左右，循環(huán)水直接作為采暖用水為熱用戶供熱，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供暖的目的。圖1為汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供暖系統(tǒng)示意圖。圖2為凝汽運(yùn)行和低真空運(yùn)行時(shí)的溫熵圖。其效益可從圖中看得更為清楚。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)循環(huán)泵去除氧器熱用戶圖1汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供暖系統(tǒng)示意圖由圖1可以看出，汽輪機(jī)改為低真空供熱后，熱用戶實(shí)際上就成為熱電廠的“冷卻塔”，汽輪機(jī)的排汽余熱可以得到有效利用，避免了冷源損失，大大提高了熱電廠能源的綜合利用率。尖峰負(fù)荷時(shí)通過(guò)尖峰加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，以滿足尖峰供熱負(fù)荷的要求；當(dāng)需要較低的供熱水溫時(shí)，可以減少汽輪機(jī)的電負(fù)荷，從而減少汽輪機(jī)的排汽量，真空相應(yīng)升高；當(dāng)循環(huán)水達(dá)到一定溫度要求而保持不變時(shí)，保持電負(fù)荷不變，排真空亦不變。四、循環(huán)水供熱方案的確定由于各供熱企業(yè)供熱負(fù)荷的發(fā)展并不是一步到位，另外考慮建設(shè)投資等情況，在循環(huán)水供熱方案的確定上應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況確定合理的供熱方案。以筆者主持設(shè)計(jì)的某熱電廠循環(huán)水供熱方案為例：某企業(yè)熱電廠內(nèi)設(shè)置一臺(tái)C25-4.9/0.981型汽輪機(jī)、凝汽器機(jī)組(相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表1)進(jìn)行技改后，冬季供暖期間投入循環(huán)水供居民采暖，采暖期間，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。表1汽輪機(jī)組相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)表2汽輪機(jī)組循環(huán)水供暖運(yùn)行時(shí)主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)該凝汽機(jī)組最小~最大排汽量（約20~120t/h）、循環(huán)水采暖經(jīng)濟(jì)性的分析，以及管網(wǎng)敷設(shè)條件、走向等，確定若采用低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)最小供熱面積為70萬(wàn)m，最大供熱面積約為140萬(wàn)m。但通過(guò)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，在供熱范圍內(nèi)近期負(fù)荷只有約90萬(wàn)m，且各負(fù)荷分散分布于供熱范圍內(nèi)，而遠(yuǎn)期供熱總負(fù)荷共約300多萬(wàn)m。由于低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)無(wú)法滿足遠(yuǎn)期供熱負(fù)荷發(fā)展的需要，若采用其它抽汽供熱方式相結(jié)合的模式，又會(huì)造成該區(qū)域供熱管道重復(fù)設(shè)置，增加管道敷設(shè)難度以及投資增大的弊端。因此確定根據(jù)負(fù)荷發(fā)展的不同階段，采用不同的循環(huán)水供熱方式：負(fù)荷發(fā)展初期采用低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)，當(dāng)供熱負(fù)荷超過(guò)140萬(wàn)m時(shí)，采用高溫循環(huán)水混水供熱系統(tǒng)。該方案采用低溫循環(huán)水系統(tǒng)供熱時(shí)設(shè)計(jì)供熱面積為140萬(wàn)m。設(shè)計(jì)溫度確定采用65℃/50℃熱水（凝汽器出口/進(jìn)口），循環(huán)設(shè)計(jì)溫差15℃，循環(huán)流量4521.6t/h?？蓾M足冬季大部分時(shí)間采暖的需求。當(dāng)室外溫度較低時(shí)，為了滿足尖峰供熱負(fù)荷的需要，本方案在系統(tǒng)中設(shè)置尖峰加熱器，在尖峰負(fù)荷時(shí)通過(guò)尖峰加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，以滿足尖峰供熱負(fù)荷的要求。采用高溫循環(huán)水混水系統(tǒng)供熱時(shí)設(shè)計(jì)供熱面積為304.2萬(wàn)m。當(dāng)供熱負(fù)荷超過(guò)140萬(wàn)m時(shí)，在各供熱小區(qū)設(shè)置混水站，混水后采暖供回水溫度同低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)參數(shù)。通過(guò)計(jì)算，高溫循環(huán)水供回水設(shè)計(jì)溫度采用79℃/50℃熱水（供熱面積為304.2萬(wàn)m時(shí)電廠循環(huán)水出/進(jìn)口），循環(huán)設(shè)計(jì)溫差29℃，循環(huán)流量4961.4t/h。凝汽器出口/進(jìn)口溫度為65℃/50℃。由于該凝汽器循環(huán)流量要求保持在一定流量范圍（4500~5500t/h）方可正常運(yùn)行，因此該系統(tǒng)主要采用質(zhì)調(diào)節(jié)，也就是保持回水溫度不變，采用調(diào)節(jié)供水溫度來(lái)滿足供熱負(fù)荷的變化。若負(fù)荷發(fā)展超過(guò)304.2萬(wàn)m，可通過(guò)增加尖峰換熱器，提高抽汽量、循環(huán)水供水溫度，增大循環(huán)溫差來(lái)滿足供熱負(fù)荷的需要。五、循環(huán)水供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介循環(huán)水供熱系統(tǒng)工藝流程如下圖所示。從上圖可知，汽輪機(jī)-凝汽機(jī)組的原有冷卻循環(huán)水系統(tǒng)不用做大的改動(dòng)（非采暖工況運(yùn)行），只是在凝汽器入口及出口管道上接入循環(huán)水供熱系統(tǒng)。循環(huán)水供暖系統(tǒng)包括熱網(wǎng)循環(huán)水泵、尖峰加熱器、凝汽器、除污器，以及補(bǔ)水系統(tǒng)和軟化水系統(tǒng)（或加藥系統(tǒng)）。供熱時(shí)將冷卻系統(tǒng)切斷，開(kāi)啟供熱循環(huán)泵。經(jīng)過(guò)熱用戶放熱后的采暖循環(huán)回水經(jīng)過(guò)除污器除污，進(jìn)入凝汽器吸收蒸汽凝結(jié)汽化潛熱后，由熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓，輸送至熱用戶，也可通過(guò)尖峰加熱器加熱后再輸送至熱用戶。循環(huán)水泵設(shè)置在凝汽器出口管側(cè)是為了防止凝汽器超壓。使凝汽器不承受較高的壓力，凝汽器所承受的是0.25Mpa左右的回水壓力，它和機(jī)組按額定工況運(yùn)行時(shí)凝汽器所承受的循環(huán)水泵出口壓力基本相同。為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)安全，防止凝汽器超壓，在循環(huán)水泵入口母管上裝設(shè)重鍾式安全閥。同時(shí)，取自回水母管上的壓力信號(hào)自動(dòng)開(kāi)啟通往水塔的電動(dòng)閥門(mén)，向水塔放泄。為保證凝汽器安全，通往水塔泄壓管可根據(jù)回水壓力和冷卻塔進(jìn)水管高度采用敞開(kāi)式，這也是最原始最可靠的安全措施，此時(shí)可不設(shè)安全閥。循環(huán)水泵出入口之間裝設(shè)了止回閥聯(lián)通管路，以防止發(fā)生事故時(shí)產(chǎn)生水錘。系統(tǒng)采用工業(yè)水作為補(bǔ)水定壓，定壓點(diǎn)為凝汽器入口循環(huán)水回水管道，靜壓定為0.25Mpa?；蛘卟捎门酝ü芏▔悍绞?。為了防止熱用戶暖氣片和凝汽器鋼管結(jié)垢，影響傳熱效果。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置水處理裝置。水處理方式可根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)等具體情況，采用加藥水處理或設(shè)置全自動(dòng)軟化水系統(tǒng)等方式。六、結(jié)論：循環(huán)