低真空循环水供热原理及应用

1、水供暖在热电厂中的实践应用王友峰高永彬刘清峰张磊一、前言：2001年，国家经贸委、国家发展计划委、建设部发布的热电联产项目可行性 研究科技规定167条规定：“在有条件的地区，在采暖期间可考虑抽凝机组低真 空运行，循环水供热采暖的方案，在非采暖期恢复常规运行”。现阶段采用低真空 循环水供热符合国家现行有关规定。由于采用循环水供热可以提高汽轮机组的热效率，能够得到较好的节能效果。 自20世纪70年代开始，我国北方一些电厂陆续将部分装机容量W50MW勺汽轮机用于低真空运行，采用排汽加热循环冷却水直接供热或作为一级加热器热源，进行冬季 采暖供热，经过多家电厂运行实践表明，从技术角度讲该技术可靠，机组运

2、行稳定。二、进行循环水供暖的必要性：矿区冬季生产、生活供暖是利用汽轮机抽汽加热水进行供暖。随着矿山建设和 人民群众生活水平的提高，生产、生活供热面积是不断的增加，用蒸汽加热水的成 本将会越来越高。通过测算，在冬季120天的供暖期中，由于机组带有20t/h左右的 采暖负荷（压力：0.8Mpa温度：280C），会造成机组在整个采暖期中小时发电量下 降低约2000kw.h/h左右，机组的经济效益面临严重考验，直接影响了矿山的经济效 益。为缓解局部利益和全局利益之间日趋紧张的矛盾，经认真分析和科学计算，我 们于2007年5月份进行C6-4.9/0.981型汽轮发电机组“低真空运行循环水供暖”改 造工程

3、。三、低真空循环水供热的特点及工艺技术：2.1特点：抽凝机组采用低真空循环水供热时，汽轮机组无需大规模改造，只需将凝汽器循 环冷却水的入口及出口管路接入供热系统.从汽轮机运行角度考虑，是一种变工况运 行。是将冷凝器作为一级加热器，利用排汽的汽化潜热加热循环水，用循环水代替 热网水供暖，从而将排汽汽化潜热加以利用；热网中的热用户就相当于循环冷却系 统中的凉水塔，循环水在凝汽器中吸收热量送至热用户散热后，在回到凝汽器重新 吸热循环。为保证凝汽器低真空安全运行，正常情况下水侧压力不能超过0.196Mpa, 因此，必须加固凝汽器使其承压达到0.4Mpa,其供、回温度采用60C、50C为宜.由于 低真空

4、运行只是汽轮机的特殊变工况对汽轮机本体没有改动，但凝汽器在低真空运 行期间,汽轮机组的发电量受供热量直接影响.因此,合理确定供热面积对汽轮机的 经济运行影响很大.2.2技术工艺：充分利用现有汽轮发电机组原存在的冷源损失，对抽凝机组本体及通流部分不 进行任何改变，只是对相关的设备进行加固改造、增加少量的设备或不改造设备进 行循环水供热。在这种供热方式下，热网中的热用户就相当于现有循环冷却系统中 的凉水塔，循环水在冷凝器中吸收热量直接送至热用户散热后，在回到冷凝器重新 吸热循环；从运行角度讲，而只是恶化真空，提高排汽压力，相应的提高循环出口 水温，利用循环水进行供热。而汽轮机乏气在凝汽器中的冷凝过

5、程和未改造前普通 冷凝过程程完全一样；四、供暖系统应进行的改造项目：4.1 凝汽器改造项目有：4.1.1 将凝汽器循环水流程由双路双流程改为单路四流程，两套系统可有阀门迅速切 换，方便灵活；4.1.2考虑到机组改为低真空运行循环水供热后，凝汽器所承受的压力由0.15Mpa上升到0.4M pa左右，同时确保事故状态下凝汽器的安全，凝汽器端盖需要进行加固， 增加加强筋或将端盖钢板厚度增加，增加端盖一侧的加强杆个数；4.1.3 为解决抽凝机组改低真空循环水供热，排汽温度过高的问题，要在凝汽器排汽 口加装两组除盐水喷水装置；4.1.4 为防止机组改低真空运行引起轴向推力增加的问题，对原汽封系统进行改造

6、， 将前汽封漏汽改至低加，平衡因工况变化造成轴向推力增加，确保动静间隙不变， 机组振动无变化；a、4.1.5 为保证凝汽器低真空循环水供热的运行安全，要保证凝汽器不失水，凝汽器一 旦失水，凝汽器防爆门将动作，汽轮机将被迫停止运行，因此，在技术角度考虑：c、在凝汽器进口压力表加装报警器，凝汽器进水压力降到 0.2 Mpa报警器报警；b凝汽 器进水压力降到0.1Mpa时应立即将系统切换到原有循环水至凉水塔系统中，保证凝 汽器不失水；C、如热网管路出现问题时，必须将系统切至循环水至凉水塔后，才允 许供热泵房将热网循环泵停止运行；4.2厂内换热站的改造：4.2.1 根据循环水流量和外网水力计算，增设两

7、台供热循环泵或利用原有泵组；4.2.2 厂内换热站进行改造时，要考虑到设备故障的可能性，充分利用原有换热器作 为循环水供暖系统中的尖峰加热器，在机组负荷发生变化或故障时，确保供热连续 性和供热效果；4.2.3循环水系统中要安装两台补水泵，其流量为100立方/h，专门用于循环水补水， 并补水泵采用变频控制，以便控制补水压力保持稳定，确保整个系统安全经济运行； 4.2.4 在回水母管上加装两台回水过滤器，防止循环水系统中的机械杂质在凝汽器中 沉淀，危及设备安全；4.3 供热管网 ：敷设DN4O0 DN5O0 DN35大直径管网约400米左右。热水管网的敷设采用无补 偿直埋敷设方式，除长距离或个别应

8、力集中点采用措施外，原则上不设补偿器；五、采暖系统设备构成：(1)冷凝器( 2)热循环泵( 3)尖峰加热器( 4)管道补水泵( 5)热网管线六、循环水量及供暖面积的热力计算：6.1 凝汽器循环水量的计算： 根据凝汽器热平衡方程得出； Dc(hc-hc")=Dw(hw2-hw1) 其中：De：进入凝汽器的蒸汽流量Kg/hDw进入凝汽器的冷却水量Kg/h he :排汽焓值Kj/Kghe":饱和凝结水的焓值Kj/Kghw2:冷却水出口焓值 Kj/Kghw1 :冷却水进口焓值Kj/Kg注：冷却水hw1、hw2在数值上等于冷却水温度乘以4.187Kj/Kg ;排汽与凝结水焓差 在汽轮

9、机排汽压力变化范围内约为 2177Kj/Kg 。低真空供热后，按最大功率状况进汽量不变，凝汽量 23.52t/h ，计算凝汽器冷却水 量:De(he-he")=Dw(hw2-hw1) Dw=De(he-he")/(hw2-hw1)Dw=23.52<1000(2646-340.57) /4.187 (70-60) =23.52<2305.43/41.87=23.52< 55.06 =1295t/h6.2 循环水供热量：G=Dw< Cp(Tw2-Tw1)=1295<4.187(70-60)=1295< 41.87Kj6.3 循环水供热面积：供

10、热指标250Kj/山2,热网损失5%A=G<( 1-0.05 ) /250X 0.95/250< 0.0038=206042.27平方七、机组变工况前、后运行参数的比较：根据C6-4.9/0.981型抽汽机组热力工况图，汽轮机在纯凝工况时，凝汽量为 23.52t/h。因此，在循环水供热机组进汽量不变的情况下，经上述计算表明，单台 机组供热能力为20.6万平方（按250Kj/平方.h ），现就单台6M枫组供热20万平方面 积的经济性进行分析如下：改造的参数（表一）：项目单位参数项目单位参数汽机功率kw3465汽机进气量t/h34.9额定进汽压力Mpa4.9额定进气温度C470汽机抽汽

11、量t/h22.98抽汽压力Mpa0.981汽机抽气温度C311汽机排气流量t/h11.19额定排气压力Mpa0.005额定排汽温度C32.9额定冷凝水温 度C32额定循环水进 度C额定循环水量t/h2200改造后的参数（表二）：项目单位参数项目单位参数汽机功率kw5342汽机进气量t/h28.2进汽压力Mpa4.9进气温度C470汽机抽汽量t/h抽汽压力Mpa汽机抽气温 度C汽机排气流量t/h23.52汽机排气压 力Mpa0.0415汽机排汽温 度C75冷凝水温度C75循环水进度C60循环水量t/h1200注：表一机组在抽凝工况下，依据今冬采暖负荷抽汽量+机组自用加热蒸汽量等实际数据编制而成，

12、它的抽汽负荷是在牺牲电负荷的基础上实现的；表二根据汽轮机进汽量为额定进汽量28.2t/h，排汽压力为0.0415Mpa计算锝出； 通过上列参数对造表所列，我们可以清楚发现：在实现低真空供热后，汽轮机功率 增加，进气量呈下降曲线，这是因为原用于抽汽的热负荷，现全部用于发电，在采 用这种运行方式下，通过测算，C6-4.9/0.981型机组改为低真空运行供暖后，在进 汽量为额定进汽量的情况下，电负荷为 5342kwh有54Gj/h余热，相当于17.936t/h 抽汽，机组效益增加值为1114.72元/h。八、经济效益分析 ：上网电价0.5782元/kwh锅炉热效率86.1%煤气计价0.03元/T煤气

13、低位发热量 3320Kj/Nm3蒸汽与煤气的产汽比为1： 10008.1 冷源损失净收益的计算：8.1.1 原通过低压缸最小流量的蒸汽改为低真空运行时，由于背压升高，吨汽发电量 的减少值：Do(ik-i)u=3600PePe=Do(ik-i)u/3600= 1000(2625-2567)0.95/3600=1000 X 58X 0.95/3600=55100/3600 =15.3kwh8.1.2 原原通过低压缸最小流量的蒸汽改为低真空运行时，吨汽能够提供有效利用热 量：ik-is=2625-251=2374Kj/Kg8.1.3 原冷凝工况最小蒸汽流量改为低真空运行后，冷源损失净收益 冷源损失净

14、收益 =冷源损失收益 -减少发电损失=0.03X(2.625-0.251 )/0.861/3.32-0.5 X15.3 =0.03X(2.374/0.861/3.32 )-7.65=0.025-7.65=-7.625 元/h8.2抽汽改为低真空运行多发电的收益：Do(ie-ik)u=3600PePe=Do(ie-ik)u/3600 =1000(3096-2625)0.95/3600=1000 X471X0.95/3600=447450/3600 =124.3kwh8.3 净受益=124.3 X( 0.5782 - 1.17-0.04 ) X 17.936-7.625 X11.19=51.49 X 17.936-85.35=923.44-85.35=838.12 元/h8.4 收益对照表 ： 项目供暖时限供暖面积供暖成本供暖收益供暖净受益10t/h热水锅炉供热120天20万m300万元20万元280万元抽汽供热120天20万01241.38万20万元一221.38万元循环水供热 120 天 20 万 m2020 万元 2