熱電廠低真空循環水供熱改造及節能分析

摘 要

摘要：結合工程實例，探討了熱電廠低真空循環水供熱的改造方案。比較了改造前后的能耗，改造后能耗明顯降低，節能效益顯著。關鍵詞：熱電廠；汽輪機；低真空循環水供熱Low-vacuum Circula
摘要：結合工程實例，探討了熱電廠低真空循環水供熱的改造方案。比較了改造前后的能耗，改造后能耗明顯降低，節能效益顯著。
關鍵詞：熱電廠；汽輪機；低真空循環水供熱
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有裝機容量為2×12MW、1×24MW抽凝式汽輪發電機組，為保證末端工業用戶的用汽壓力，汽輪機設計抽汽參數為1.27MPa、320℃。為保證供汽安全穩定，安裝了兩臺由蒸汽母管到供熱管網的減溫減壓器。近年來，由于城區供暖熱負荷增長較快，導致熱電廠的供熱能力不足，若完全滿足供熱需求，供暖期需停運一臺發電機組，采用減溫減壓器進行供熱，這給企業帶來嚴重的經濟損失。因此，我公司在2006年對2×12MW、1×24MW汽輪發電機組進行了低真空循環水供熱改造，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到200×104m2。本文對熱電廠低真空循環水供熱改造及節能進行分析。
1 低真空循環水供熱改造方案
    汽輪機低真空運行，利用凝汽器循環水供熱，將汽輪發電機組排汽壓力提高到0.059～0.078MPa，凝汽器循環水出口溫度可達到60～65℃，直接采用循環水對外供熱，減少了循環水熱損失，顯著提高了經濟效益。
    實際運行表明，低真空循環水供熱改變了汽輪機熱力工況，使汽輪機在變工況下運行，對汽輪機的功率、效率、推力、輔機等有一定影響[1]。但通過實踐檢驗，以上參數的變化對發電機組及供熱系統安全穩定運行沒有影響，發電機組整體經濟效益顯著，證明該項技術已經比較成熟。
   ① 改造方案
   12MW、24MW汽輪發電機組、凝汽器的主要技術參數見表1～3。供暖期，采用低真空循環水供熱運行，凝汽器作為熱源使用，利用汽輪機排汽加熱熱網循環水。非供暖期，汽輪機真空運行，循環水由冷卻塔冷卻。
   ② 系統流程
   低真空循環水供熱流程見圖1。在供暖期，進行低真空循環水供熱時，緩慢打開電動調節閥9、10，并緩慢關閉電動調節閥7、8，直至閥9、10全部打開，閥7、8全部關閉。在實際運行中，可根據供熱面積和室外溫度的變化調整凝汽器的運行數量。
表1 12MW汽輪發電機組的主要技術參數
汽輪機進汽壓力/MPa
4.9
汽輪機進汽溫度/℃
470
汽輪機額定功率/MW
12
汽輪機最大功率/MW
15
汽輪機額定抽汽壓力/MPa
1.27
汽輪機抽汽壓力變化范圍/MPa
0.981～1.471
汽輪機額定抽汽量/(t·h-1)
50
汽輪機最大抽汽量/(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汽量/(t·h-1)
117.65
純凝汽工況額定進汽量/(t·h-1)
50
表2 24MW汽輪發電機組的主要技術參數
汽輪機進汽壓力/MPa
4.9
汽輪機進汽溫度/℃
470
汽輪機額定功率/MW
25
汽輪機最大功率/MW
30
汽輪機額定抽汽壓力/MPa
1.27
汽輪機抽汽壓力變化范圍/MPa
0.981～1.471
汽輪機額定抽汽量/(t·h-1)
80
汽輪機最大抽汽量/(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汽量/(t·h-1)
216
純凝汽工況額定進汽量/(t·h-1)
108
表3 12MW、24MW汽輪發電機組凝汽器技術參數
12MW汽輪發電機組凝汽器
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汽輪發電機組凝汽器
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
    低真空循環水供熱是人為地提高循環水溫度，從而提高汽輪機排汽壓力，保持汽輪機在低真空下運行，使汽輪機排汽溫度隨之升高。當循環水出口溫度由原運行的30～35℃提高到60～65℃時，保持穩定的真空，循環水吸收的熱量不再通過冷卻塔冷卻釋放，而是通過熱網向居民熱用戶供熱。循環水經熱力站換熱后，重新回到熱電廠凝汽器吸收汽輪機排汽熱量。
 

2 項目的實施
   ① 廠內部分
   3臺汽輪機已經運行6年，部分凝汽器銅管已經發生泄漏，并存在比較嚴重的結垢問題。考慮實現低真空循環水供熱后，回水壓力增加，并為了提高換熱效率，將凝汽器內原有銅管全部更換為不銹鋼管，增強了凝汽器的承壓能力和換熱效果。進行冷卻循環水系統改造，實現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管道結垢，熱網循環水采用熱電廠內經過反滲透處理的除鹽水作為補充水，并在供暖期內定期加藥。
   ② 換熱首站
   換熱首站安裝了4臺熱網循環泵。安裝了2臺尖峰加熱器(圖1中只表示出1臺)，在汽輪機事故狀態和嚴寒期啟動。
   ③ 熱網和熱力站
   考慮施工環境和造價，供熱管道采用無補償冷安裝敷設方式，考慮今后輸送高溫水的可能性，保溫管道的設計溫度按照120℃考慮。
    到2010年共建設供熱管道逾40km，熱力站45座。對所有熱力站實現熱計量，并在線監控供回水流量、溫度、壓力、失水量等，熱網運行狀況良好。
   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和新建建筑。
3 低真空循環水供熱的經濟性分析
   ① 參數監測和計算
   該項目涉及的能源主要為電和載能工質(水、蒸汽)，生產過程中采用電能表對生產用電進行監測，水和蒸汽運行參數采用DF(DFD)25型流量測量裝置進行測量，熱網供回水溫度采用鉑熱電阻進行測量，在得到熱網供回水溫度及流量后，計算出供熱量。
   2×12MW汽輪發電機組低真空排汽量為51.7t/h，排汽溫度為67℃，排汽比焓為2621.8kJ/kg，凝結水比焓為289.6kJ/kg。熱網供水溫度為62℃，質量流量為4320t/h，回水溫度為50℃。經計算得，供熱量為60289.7kW。低真空循環水供熱改造前單位發電量耗汽量為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汽輪發電機組低真空排汽量為81.8t/h，排汽溫度為67℃，排汽比焓為2621.8kJ/kg，凝結水比焓為289.6kJ/kg。熱網供水溫度為62℃，質量流量為3420t/h，回水溫度為50℃。經計算得，供熱量為47729.4kW。低真空循環水供熱改造前單位發電量耗汽量為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 節煤量計算
   若不采用低真空循環水供熱，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——燃煤的低位發熱量，kJ/kg，取29308kJ/kg
    η——鍋爐熱效率
    若采用低真空循環水供熱，改造后熱電機組增加的耗煤量的計算式為：
 
式中mc,L——采用低真空循環水供熱，改造后熱電機組增加的耗煤量，t
    P——發電機組的發電功率，kW
    mL——改造后，單位發電量耗汽量，kg/(kW·h)
    m——改造前，單位發電量耗汽量，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汽輪發電機組，由式(1)、(2)計算得，mc=23631t，mc,L=4950t，節煤量為18681t。對于1×24MW汽輪發電機組，由式(1)、(2)計算得，mc=18708t，mc,L=4150t，節煤量為14558t。由計算結果可知，在當前煤價日益上漲的形勢下，低真空循環水供熱改造項目可為企業帶來很好的經濟效益。
參考文獻：
[1] 馬曉紅，安威霞.低真空循環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)