低真空循环水供热原理及应用

1、循环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J 167条规定：“在有条件的地区，在采暧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握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，我国北方些电厂陆续将部分装机容量W5() Mff的汽轮机用于低真空运行，采用扌卄汽加热 循环冷却水直接供热或作为一级加热器热源，进行冬季采暧供热，经过多家电厂运行实践衣明， 从技术角度讲该技术

2、可靠，机组运行稳定。二、进行循环水供暧的必要性：矿区冬季生产、生沾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汕水平 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2()t/h左右的采暖负荷(压力：0.8Mpa温度：280*0. 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质，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

3、水供暖” 改造工程。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，汽轮机组无需人规模改造，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-种变工况运行。是将冷凝器作为i级加 热器，利用捋汽的汽化潜热加热循环水，用循环水代替热网水供暧，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. 196 Mpa.因此，必须加固凝汽器使其承压达到0. 4Mpa,其供、回温度采用6(rC

4、、509为宜.由于低真空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启:接影响因此，介理确定供 热而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，捉高排汽压力，相应的提高循环出口水温， 利用循环水进行供热。而汽轮

5、机乏气在凝汽器中的冷凝过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. 4Mpa 左右，同吋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 耳度增加，增加端盖侧的加强杆个数：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

6、的问题，对原汽封系统进行改造，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：4. 1.5为保证凝汽器低真空循环水供热的运行安全，耍保证凝汽器不失水，凝汽器-旦失水，凝 汽器防爆门将动作，汽轮机将披迫停止运行，因此，在技术角度考虑：a、在凝汽器进口压力衣 加装报警器，凝汽器进水压力降到0.2Mpa报警器报警：b、凝汽器进水压力降到O.lMpa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吋， 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1：运行；4.2厂内换热站的改造：4. 2. 1根据循环水流

7、量和外网水力计算，增设两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在回水料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DN100,DN500.DX350大玄径管网约400米左右。热水管网的敷设采用无补偿宜埋敷设方

8、式， 除长距离或个别应力集中点采用措施外，原则上不设补偿器：五、采暧系统设备构成：(1)冷凝器(2)热循环泵(3)尖峰加热器(4)管道补水泵C5)热网管线六、循环水量及供暧而积的热力计算：凝汽器循坏水量的计算：6.1.根据凝汽器热平衡方程得出：De(hc-hc)=Dw(hw2-hwl)其中：De：进入凝汽器的蒸汽流量Kg/h Dw：进入凝汽器的冷却水量Kg/hhe：扌Ik汽熔值?爆?捨：饱和凝结水的熔值Kj/Kghw2：冷却水出口熔值Kj/Kg hwl：冷却水进口熔值Kj/Kg注：冷却水hwl. hw2在数值上等于冷却水温度乘以4. 187Kj/Kg；扌1#汽与凝结水焰差在汽轮 机排汽压力变化

9、范圉内约为2177Kj/Kgo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(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循环水供热量：G=DwXCp(Tw2-Twl)=1295X4. 187(70-60)=1295X41.87=54221650 Kj6. 3循环水供热面积：供热指标250Kj/m热网损失5%A=GX (1-0. 05

10、) /250=54221650X0. 95/250=54221650X0. 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，经上述计算衣明，单台机组供热能力为20.6万平 方(按250Kj/平方.h),现就单台6W机组供热20万平方Ifri积的经济性进行分析如下： 改造的参数(农一)：.数参位单目项数参位单目项.汽机功kw3165汽机进气t/h34. 9 470Mpa4. 9额定进气温额定进汽压0. 981汽机抽汽t/hMp

11、a22. 98抽汽压11. 19t/h311汽机排气流汽机抽气温32. 9Mpa额定排汽温0. 005额定排气压额定循环水进度32额定冷凝水温度CC额定循环水量t/h2200改造后的参数(表二：.单 项目位参数项目单位参数28. 2 t/h汽机进气1： 5342 kw汽机功率470 C4.9 Mpa进汽压力进气温度 汽机抽汽量Mpa t/h抽汽压力23. 52 t/h 汽机抽气温度C汽机排气流量75 9汽机排汽温度0. 0415 Mpa汽机排气压力60循环水进度 冷凝水温度75 T 循 环水量1200t/h注：衣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.扌債汽压力为0. 0415Mpa计算铮出：通过上列参数对造衣所列，我们可以淸楚发现：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，现全部用于发迫，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：蒸汽与煤3320Kj/Nm元/T 煤气低位发热量86. 1% 0

13、. 5782上网电价元/Iwh 锅炉热效率煤 气计价0. 031000: 1气的产汽比为 冷源损失净收益的计算：& 1 & 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：ik-i)u=3600Pe(Doik-i)u/3600(Pe=Do=1000(2625-2567)0, 95,/3600=1000X 58X0. 95/3600=55100/3600=15. 3kwh& 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/Kg& 1. 3原冷凝工况最

14、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收益=冷源损失收益-减少发电损失=0. 03 x (2. 625-0. 251) /0. 861/3. 32-0.5X15.3=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=1000X471X0. 95/3600=447450/3600=124. 3kwh& 3 净受益= 124. 3X CO. 5782-rL 17-0. 04) X17. 936-7. 625X IL 19=5L49X17. 936-85. 35=923. 44-85. 35=838. 12 元/h8.4收益对照表：供暖时限 供暖而积 供暖成本供暖收益供暧净受益20万元 一天lOuh热水锅炉供热12020万m280万元20m万元 一221.38万元 天 抽汽供热12020万20循环水供热 120 20m 261.38项目2300万元202241.3