低真空循環(huán)水供熱原理及應(yīng)用

1、低真空循環(huán)水供熱原理及應(yīng)用循環(huán)水供暖在熱電廠中的實(shí)踐應(yīng)用王友峰 高永彬 劉清峰 張磊一、前言:2001年，國家經(jīng)貿(mào)委、國家發(fā)展計(jì)劃委、建設(shè)部發(fā)布的熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究科技規(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(jī)組低真空運(yùn)行， 循環(huán)水供熱采暖的方案，在非采暖期恢復(fù)常規(guī)運(yùn)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(guān)規(guī)定。由于采用循環(huán)水供熱可以提高汽輪機(jī)組的熱效率，能夠得到較好的節(jié)能效果。自20世紀(jì)70年代開始，我國北 方一些電廠陸續(xù)將部分裝機(jī)容量50 MW的汽輪機(jī)用于低 真空運(yùn)行,采用排汽加熱循環(huán)冷卻水直接供熱或作為一級(jí) 加熱器熱源，進(jìn)行冬季采暖供熱，經(jīng)過多家電廠運(yùn)行實(shí)踐 表

2、明，從技術(shù)角度講該技術(shù)可靠，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。二、進(jìn)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(jī)抽汽加熱水進(jìn)行供暖。隨著礦山建設(shè)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，用蒸汽加熱水的成本將會(huì)越 來越高。通過測算，在冬季120天的供暖期中，由于機(jī)組 帶有20t/h左右的采暖負(fù)荷（壓力：0. 8Mpa溫度：280）, 會(huì)造成機(jī)組在整個(gè)采暖期中小時(shí)發(fā)電量下降低約 2000kw.h/h左右，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益面臨嚴(yán)重考驗(yàn)，直接影 響了礦山的經(jīng)濟(jì)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(rèn)真分析和科學(xué)計(jì)算，我們于2007年5 月份進(jìn)行C6-4. 9/0. 981型汽輪

3、發(fā)電機(jī)組“低真空運(yùn)行循環(huán) 水供暖”改造工程。三、低真空循環(huán)水供熱的特點(diǎn)及工藝技術(shù)：2.特點(diǎn).輻射機(jī)組采用低真空循環(huán)水供熱時(shí)，汽輪機(jī)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(jī)運(yùn)行角度考慮，是一種變工況運(yùn) 行。是將冷凝器作為一級(jí)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(dāng)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)。為保證凝汽器低真空安全運(yùn) 行,正常情況下水側(cè)壓力不能超過0. 196 Mpa,因此,必須 加固凝汽器使其承壓達(dá)到0.4 Mp

4、a,其供、回溫度采用 60> 50為宜.由于低真空運(yùn)行只是汽輪機(jī)的特殊變工 況對(duì)汽輪機(jī)本體沒有改動(dòng),但凝汽器在低真空運(yùn)行期間， 汽輪機(jī)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(duì)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大.2. 2技術(shù)工藝：充分利用現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組原存在的冷源損失，對(duì)抽 凝機(jī)組本體及通流部分不進(jìn)行任何改變，只是對(duì)相關(guān)的設(shè) 備進(jìn)行加固改造、增加少量的設(shè)備或不改造設(shè)備進(jìn)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(dāng)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(yùn)行角度講，而只是惡化真空，提高排汽壓力，相應(yīng)的提 高

5、循環(huán)出口水溫，利用循環(huán)水進(jìn)行供熱。而汽輪機(jī)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(yīng)進(jìn)行的改造項(xiàng)目：4. 1凝汽器改造項(xiàng)目有： 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)可有閥門迅速切換，方便靈活；考慮到機(jī)組改為低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱后，凝汽器所承受 的壓力由0. 15Mpa上升到0.4Mpa左右，同時(shí)確保事故狀態(tài) 下凝汽器的安全，凝汽器端蓋需要進(jìn)行加固，增加加強(qiáng)筋 或?qū)⒍松w鋼板厚度增加，增加端蓋一側(cè)的加強(qiáng)桿個(gè)數(shù);為解決抽凝機(jī)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(jī)組改低真空運(yùn)行引起軸向推力增加的

6、問題，對(duì)原 汽封系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)靜間隙不變，機(jī)組振動(dòng)無 變化;為保證凝汽器低真空循環(huán)水供熱的運(yùn)行安全，要保證凝汽 器不失水，凝汽器一旦失水，凝汽器防爆門將動(dòng)作，汽輪 機(jī)將被迫停止運(yùn)行，因此，在技術(shù)角度考慮：a、在凝汽 器進(jìn)口壓力表加裝報(bào)警器，凝汽器進(jìn)水壓力降到0.2Mpa 報(bào)警器報(bào)警；b、凝汽器進(jìn)水壓力降到0.IMpa時(shí)應(yīng)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(shí)，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(yùn)行;4. 2廠內(nèi)換熱站的改造: 根據(jù)循環(huán)水流量和外網(wǎng)水力計(jì)算

7、，增設(shè)兩臺(tái)供熱循環(huán)泵或 利用原有泵組;廠內(nèi)換熱站進(jìn)行改造時(shí)，要考慮到設(shè)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(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化或故障時(shí)，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(tái)補(bǔ)水泵，其流量為100立方/h, 專門用于循環(huán)水補(bǔ)水，并補(bǔ)水泵采用變頻控制，以便控制 補(bǔ)水壓力保持穩(wěn)定，確保整個(gè)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;在回水母管上加裝兩臺(tái)回水過濾器，防止循環(huán)水系統(tǒng)中的 機(jī)械雜質(zhì)在凝汽器中沉淀，危及設(shè)備安全;4. 3供熱管網(wǎng):敷設(shè)DN400、DN500、DN350大直徑管網(wǎng)約400米左右。熱水管網(wǎng)的敷設(shè)采用無補(bǔ)償直埋敷設(shè)方式，除長距離或個(gè) 別應(yīng)力集中點(diǎn)采用措施外，原

8、則上不設(shè)補(bǔ)償器；五、采暖系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成：（1）冷凝器（2）熱循環(huán)泵（3）尖峰加熱器（4）管道補(bǔ)水泵（5）熱網(wǎng)管線六、循環(huán)水量及供暖面積的熱力計(jì)算:6. 1凝汽器循環(huán)水量的計(jì)算：根據(jù)凝汽器熱平衡方程得出；De(hc-hc")=Dw(hw2-hwl)其中：De：進(jìn)入凝汽器的蒸汽流量Kg/h Dw：進(jìn)入凝汽器 的冷卻水量Kg/hhe：排汽燃值Kj/Kg he"：飽和凝結(jié)水的熔值Kj/Kghw2：冷卻水出口熔值Kj/Kg hwl：冷卻水進(jìn)口熔值 Kj/Kg注：冷卻水hwl、hw2在數(shù)值上等于冷卻水溫度乘以4. 187Kj/Kg；排汽與凝結(jié)水燃差在汽輪機(jī)排汽壓力變化范 圍內(nèi)約為2177

9、Kj/Kg。低真空供熱后，按最大功率狀況進(jìn)汽量不變，凝汽量23. 52t/h,計(jì)算凝汽器冷卻水量:De(hc-hc")=Dw(hw2-hwl) Dw=Dc(hc-hc")/(hw2-hwl)Dw=23. 52X1000 (2646-340. 57) /4. 187 (70-60)=23. 52X2305. 43/41. 87 =23. 52X55. 06 =1295t/h6. 2循環(huán)水供熱量： G=DwXCp(Tw2-Twl)=1295X4. 187(70-60) =1295X41.87 =54221650 Kj6. 3循環(huán)水供熱面積：供熱指標(biāo)250Kj/ltf,熱網(wǎng)損失5

10、% A=GX (1-0. 05) /250 =54221650X0. 95/250=54221650 X0. 0038=206042. 27平方七、機(jī)組變工況前、后運(yùn)行參數(shù)的比較：根據(jù)C6-4. 9/0. 981型抽汽機(jī)組熱力工況圖，汽輪機(jī)在 純凝工況時(shí)，凝汽量為23. 52t/h。因此，在循環(huán)水供熱機(jī) 組進(jìn)汽量不變的情況下，經(jīng)上述計(jì)算表明，單臺(tái)機(jī)組供熱 能力為20. 6萬平方（按250Kj/平方.h）,現(xiàn)就單臺(tái)6MW機(jī) 組供熱20萬平方面積的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析如下： 改造的參數(shù)（表一）：項(xiàng)目m參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)汽機(jī)功 率kw3465汽機(jī)進(jìn)氣 量t/h34.9額定進(jìn) 汽壓力Mpa4.9額定進(jìn)氣 溫度47

11、0汽機(jī)抽 汽量t/h22. 98抽汽壓力Mpa0. 981汽機(jī)抽 氣溫度311汽機(jī)排氣 流量t/h11. 19額定排 氣壓力Mpa0. 005額定排汽 溫度32.9額定冷 凝水溫 度32額定循環(huán) 水進(jìn)度額定循 環(huán)水量t/h2200改造后的參數(shù)（表二）：項(xiàng)目m參數(shù)項(xiàng)目單位參數(shù)汽機(jī)功 率kw5342汽機(jī)進(jìn) 氣量t/h28.2進(jìn)汽壓 力Mpa4.9進(jìn)氣溫 度470汽機(jī)抽 汽量t/h抽汽壓 力Mpa汽機(jī)抽 氣溫度汽機(jī)排 氣而亶t/h23. 52汽機(jī)排 氣壓力Mpa0. 0415汽機(jī)排 汽溫度75冷凝水 溫度75循環(huán)水 進(jìn)度60循環(huán)水 量t/h1200注：表一機(jī)組在抽凝工況下，依據(jù)今冬采暖負(fù)荷抽汽量+機(jī)

12、組自用加熱蒸汽量等實(shí)際數(shù)據(jù)編制而成，它的抽汽負(fù)荷 是在犧牲電負(fù)荷的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的;表二根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽量為額定進(jìn)汽量28.2t/h,排汽壓力為0.0415Mpa計(jì)算得出;通過上列參數(shù)對(duì)造表所列，我們可以清楚發(fā)現(xiàn)：在實(shí)現(xiàn)低真空供熱后，汽輪機(jī)功率增加，進(jìn)氣量呈下降曲線, 這是因?yàn)樵糜诔槠臒嶝?fù)荷，現(xiàn)全部用于發(fā)電，在采用 這種運(yùn)行方式下，通過測算，C6-4. 9/0.981型機(jī)組改為低 真空運(yùn)行供暖后，在進(jìn)汽量為額定進(jìn)汽量的情況下，電負(fù) 荷為5342kwh,有54Gj/h余熱，相當(dāng)于17.936t/h抽汽，機(jī) 組效益增加值為1114.72元/h。八、經(jīng)濟(jì)效益分析: 上網(wǎng)電價(jià)0.5782元/kwh 鍋爐

13、熱效率86. 1% 煤氣計(jì)價(jià) 0. 03元/T 煤氣低位發(fā)熱量3320K j/Nm?蒸汽與煤氣的 產(chǎn)汽比為1： 1000 & 1冷源損失凈收益的計(jì)算: 8L 1原通過低壓缸最小流量的蒸汽改為低真空運(yùn)行時(shí), 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/3600=1000(2625-2567)0. 95/3600=1000X58X0.95/3600=55100/3600=15. 3kwh8. 1. 2原原通過低壓缸最小流量的蒸汽改為低真空運(yùn)行 時(shí)，噸汽能夠提供有效利用熱量：ik-is=2625-251=2374Kj/Kg8. 1. 3原冷

14、凝工況最小蒸汽流量改為低真空運(yùn)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=0. 03X (2. 625-0. 251)/0. 861/3. 321-0.5X15.3=0. 03X (2. 374/0. 861/3. 32) -7. 65 =0. 025-7. 65=-7. 625元/h8. 2抽汽改為低真空運(yùn)行多發(fā)電的收益：Do (ie-ik)u=3600PePe=Do (ie-ik)u/3600=1000 (30962625)0. 95/3600=1000X471X0.95/3600=447450/3600=124. 3kwh8. 3凈受益=124. 3X (0. 57824-1.17-0. 04) X17, 936-7. 625 X1L 19=51. 49 X 17, 936-85. 35=923. 44-85. 35=838. 12元/h8.4收益對(duì)照表:供暖時(shí)限供暖面積供暖成本供暖收益供暖凈受益10t/h熱水鍋爐供熱120天萬元280萬元抽汽供熱120天20萬m2300萬元 2020 萬 m2241.38 萬 20萬元 一22138萬元循環(huán)水供熱 120天 20萬n? 020 萬元 261