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(guó)家經(jīng)貿(mào)委、國(guó)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》1.6.7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(guó)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(kāi)始，我國(guó)北方一些電廠陸續(xù)將部分裝機(jī)容量≤50MW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(guò)多家電廠運(yùn)行實(shí)踐表明，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(lái)越高。通過(guò)測(cè)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)：2.1特點(diǎn)：抽凝機(jī)組采用低真空循環(huán)水供熱時(shí),汽輪機(jī)組無(wú)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(guò)0.196Mpa,因此,必須加固凝汽器使其承壓達(dá)到0.4Mpa,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(méi)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℃470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)目單位參數(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)排氣流量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)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)算锝出；通過(guò)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(guò)測(cè)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鍋爐熱效率86.1%煤氣計(jì)價(jià)0.03元/T煤氣低位發(fā)熱量3320Kj/Nm3蒸汽與煤氣的產(chǎn)汽比為1：10008.1冷源損失凈收益的計(jì)算：8.1Do（ik-i)u=3600PePe=Do（ik-i)u/3600=1000(2625-2567)0.95/3600=1000×58×0.95/3600=55100/3600=15.3kwh8.1.2ik-is=2625-251=2374Kj/Kg8.1.3冷源損失凈收益=冷源損失收益-減少發(fā)電損失=0.03×[（2.625-0.251）/0.861/3.32]-0.5×15.3=0.03×（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(3096-2625)0.95/3600=1000×471×0.95/3600=447450/3600=124.3kwh8.3凈受益＝124.3×（0.5782÷1.17-0.04）×17.936-7.625×11.19=51.49×17.936-85.35=923.44-85.35=838.12元/h8.4收益對(duì)照表：項(xiàng)目供暖時(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20萬(wàn)m2300萬(wàn)元20萬(wàn)元－280萬(wàn)元抽汽供熱120天20萬(wàn)m2241.38萬(wàn)20萬(wàn)元—221.38萬(wàn)元循環(huán)水供熱120天20萬(wàn)m2020萬(wàn)元261.38注：表內(nèi)為三種供暖方式的比較。九、結(jié)論：綜上所述，通過(guò)將汽機(jī)組改造成低真空采暖供熱機(jī)組，可以大幅度提高汽輪機(jī)組的總循環(huán)熱效率，是一種行之有效的節(jié)能技術(shù)。在現(xiàn)