文 _ 冷春光 煙臺市節(jié)能監(jiān)察支隊(duì)

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高，煙臺市某熱電廠的供熱用戶不斷增加，工業(yè)用汽量和集中供熱面積不斷增大，現(xiàn)有機(jī)組的供熱能力已接近極限。特別是冬季采暖期用汽量劇增，在保民生的前提要求下，原運(yùn)行模式已無力保證工業(yè)用汽參數(shù)，直接影響了用熱企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)居民供暖效果也大打折扣。這就要求采暖季背壓機(jī)組和抽凝機(jī)組需同時(shí)運(yùn)行。而抽凝機(jī)組運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)排汽潛熱的凝汽損失被循環(huán)水帶走散發(fā)到大氣中，這部分冷源損失占總熱量的60%左右，是造成熱電廠熱效率低的一個(gè)主要原因。

解決熱電廠供熱能力不足問題，主要通過兩種方式：一是添置設(shè)備、擴(kuò)大規(guī)模；二是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行節(jié)能技改。第一種方式投資大、建設(shè)周期長、增加消耗、加大生產(chǎn)成本、設(shè)備利用率低，可能導(dǎo)致企業(yè)微利甚至虧損；第二種方式，通過對抽凝機(jī)組進(jìn)行余熱回收利用，不但不增加消耗，而且投資少、見效快、利潤大。經(jīng)過反復(fù)論證，該熱電廠于2012年對抽凝機(jī)組進(jìn)行了低真空循環(huán)水供熱改造，既提高了機(jī)組的熱效率，滿足部分供熱市場需求，又達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱原理

汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱就是將凝汽器的循環(huán)冷卻水直接作為采暖用水為用戶供熱，即把熱用戶的散熱器當(dāng)作冷卻設(shè)備使用。抽凝機(jī)組無需進(jìn)行大的改造，只是將凝汽器循環(huán)水入口管和出口管接入供熱系統(tǒng)，循環(huán)水經(jīng)凝汽器加熱后，由泵將升溫后的熱水注入熱網(wǎng)。為增強(qiáng)供熱能力，可以在凝汽器出口之后加裝尖峰熱網(wǎng)加熱器，利用減壓減溫后的新蒸汽或其它汽源加熱熱網(wǎng)水。

目前，汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱改造技術(shù)已經(jīng)比較成熟。需要指出的是，低真空循環(huán)水供熱改變了汽輪機(jī)熱力工況，使汽輪機(jī)在變工況下運(yùn)行，對汽輪機(jī)的功率、效率、推力、輔機(jī)等有一定影響，實(shí)施該項(xiàng)技改時(shí)，要通過相關(guān)計(jì)算確定合理的改造方案，并經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，確保以上參數(shù)的變化對發(fā)電機(jī)組及供熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行沒有影響。

2 汽輪機(jī)低真空改造工程實(shí)施

2.1 工程概況

該熱電廠現(xiàn)有3臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐、1臺12MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組和1臺12MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，城區(qū)內(nèi)供暖熱負(fù)荷主要為辦公和居民采暖，2011年供暖面積達(dá)230萬m2，采暖熱用戶均采用高溫水進(jìn)行供熱。通過對抽凝機(jī)組進(jìn)行低真空循環(huán)水供熱改造，將城區(qū)部分采暖熱用戶改為低溫循環(huán)水供熱，以替代部分蒸汽熱負(fù)荷，在提高電廠熱效率、降低燃料消耗的同時(shí)，增加了供熱能力，取得了顯著成效，達(dá)到了預(yù)期目的。

2.2 抽凝式汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

低溫循環(huán)水供熱熱源為12MW抽凝式汽輪機(jī)凝汽器。汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1；汽輪機(jī)所配凝汽器主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 凝汽器主要技術(shù)參數(shù)

2.3 熱負(fù)荷分析

根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2010）要求，結(jié)合煙臺市城區(qū)建設(shè)發(fā)展實(shí)際情況，并參照《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》及國家三步節(jié)能指標(biāo)等，確定煙臺市現(xiàn)狀采暖綜合熱指標(biāo)為52W/m2。實(shí)施供熱改造后，擬滿足周邊30萬m2采暖用戶的用熱需求，最大熱負(fù)荷為15.6MW。

2.4 供熱改造方案

將現(xiàn)有熱網(wǎng)回水（一級網(wǎng)）通過管道直接引入汽輪機(jī)凝汽器入口。此時(shí)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)降低真空度提高排汽溫度，汽輪機(jī)凝汽通過凝汽器將循環(huán)水加熱到一定溫度后，再回到熱網(wǎng)循環(huán)泵入口。進(jìn)入熱網(wǎng)首站換熱器繼續(xù)加熱至所需溫度，進(jìn)入熱網(wǎng)供熱，從而將汽機(jī)的凝汽損失全部收回。

2.4.1 改造前后參數(shù)對比（表3）

表3 參數(shù)對比表

2.4.2 工程設(shè)計(jì)參數(shù)

凝汽器排汽真空：0.03～0.06MPa；排汽溫度：70～80℃；排汽量：額定工況25.54t/h；最大循環(huán)水量：＜1600t/h；熱網(wǎng)回水溫度：50～60℃；凝汽器出口水溫：60～70℃；熱網(wǎng)回水壓力：0.3～0.5MPa。

2.4.3 運(yùn)行方式

采用循環(huán)水直供方式將熱網(wǎng)回水全部引入凝汽器運(yùn)行。按汽機(jī)運(yùn)行不同排汽量將循環(huán)水加熱到不同溫度，汽機(jī)保持相對穩(wěn)定的負(fù)荷及運(yùn)行參數(shù)。維持熱網(wǎng)首站循環(huán)泵運(yùn)行，電廠循環(huán)泵停用，電廠冷卻塔停用，電廠空冷器、油汽器及其他冷卻用水單獨(dú)設(shè)1臺小循環(huán)泵運(yùn)行滿足需要。機(jī)組低真空運(yùn)行切換采用熱態(tài)切換，即在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，把循環(huán)水至冷卻塔的閉絡(luò)循環(huán)系統(tǒng)切換至外網(wǎng)供熱系統(tǒng)。

2.4.4 供熱首站設(shè)備

在廠區(qū)內(nèi)新建循環(huán)水供熱首站1座。循環(huán)水供熱首站熱力系統(tǒng)由熱網(wǎng)加熱器、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、疏水泵、除污器等設(shè)備組成。

2.5 安全性分析及措施

由于汽輪機(jī)采用低真空運(yùn)行方式，排汽溫度提高，使機(jī)組偏離了設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，會導(dǎo)致真空降低、功率下降、軸向推力增加、熱網(wǎng)回水壓力升高、凝汽器承壓增加等問題，因此必須認(rèn)真分析對待，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

（1）汽輪機(jī)排汽溫度提高到70℃，機(jī)組發(fā)電功率下降8%左右，節(jié)能分析要考慮少發(fā)電造成的損失。

（2）根據(jù)熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，一級管網(wǎng)回水壓力最高將達(dá)到0.5MPa，而汽機(jī)凝汽器承壓是0.294MPa，必須對凝汽器進(jìn)行加固改造，更換銅管及凝汽器封頭等，使其能承壓力不低于0.9MPa。

（3）為防止設(shè)備及管道超壓，在凝汽器入口管道上安裝安全閥和自動泄水閥。在凝汽器出口循環(huán)水管道上加裝逆止閥。為確保系統(tǒng)切換時(shí)的嚴(yán)密性，管道上的閥門采用球形閥，更換管道相關(guān)附件閥門、法蘭、補(bǔ)償器等提高耐壓等級。

（4）軸向推力的變化。汽機(jī)低真空運(yùn)行時(shí)，由于排汽量減少，排到低壓缸的蒸汽流量增加，機(jī)組的軸向推力增大。經(jīng)查詢有關(guān)技術(shù)資料并根據(jù)各廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，推力最大值僅可能出現(xiàn)在純凝工況運(yùn)行時(shí)，在低真空工況情況下，機(jī)組推力基本保持不變，因此軸向推力不會對機(jī)組安全構(gòu)成威脅。

（5）對熱膨脹的影響。機(jī)組低真空運(yùn)行時(shí)，由于排汽壓力提高，排汽溫度升高，后氣缸膨脹量增大，從而改變了通流部分的動靜間隙，甚至使機(jī)組產(chǎn)生振動，但由于排汽溫度比較設(shè)計(jì)值變化不大，從已知的運(yùn)行機(jī)組來看，氣缸膨脹量影響不大。

（6）凝汽器銅管結(jié)垢問題。熱網(wǎng)回水溫度提高會引起凝汽器銅管結(jié)垢，但熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)過化學(xué)處理達(dá)可以到水質(zhì)要求，并在回水管路上加裝除污器，可以有效地解決結(jié)垢問題，另外可以用原有的膠球清洗裝置定期進(jìn)行清洗，防止結(jié)垢發(fā)生。

2.6 節(jié)能措施

供熱改造后主要存在三個(gè)方面能耗：供暖循環(huán)水泵的耗電量；供暖管道的沿程散熱損失；室外氣候變化，采暖用戶用熱量減少，供熱單位又不能及時(shí)減少供熱量與之平衡而造成的熱量損失。因此，主要采取了以下節(jié)能措施：

（1）循環(huán)水泵設(shè)置變頻裝置，遠(yuǎn)距離供暖管網(wǎng)采用加壓中繼泵，以調(diào)節(jié)循環(huán)水泵揚(yáng)程，降低循環(huán)水泵耗電量。

（2）沿程供暖管線采用：鋼管+聚氨脂保溫材料+聚已烯塑料管的保溫防護(hù)方案，以減少管道的沿程散熱損失。

（3）供熱網(wǎng)監(jiān)控采用SCADA數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心SCC和遠(yuǎn)程終端站RTU通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)首站、熱量分配站、熱量交換站的自動化運(yùn)行和無人職守，根據(jù)室外氣象參數(shù)的變化及用戶室內(nèi)溫度的要求，自動調(diào)節(jié)供熱量，減少不必要的能量損失。

3 工程節(jié)能分析

3.1 節(jié)能量測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3.1.1 抽凝機(jī)組基本參數(shù)

額定進(jìn)汽參數(shù)：P0＝4.90MPa，T0＝470℃，h0＝3364kJ/kg；抽汽參數(shù)：PCI＝0.981MPa，TCI＝305℃，hCI＝3062kJ/kg；額定排汽參數(shù)：PP＝0.0055MPa，TP＝45℃，hP＝2584kJ/kg；改造后排汽參數(shù)：PP低＝0.03MPa，PP低＝80℃，hP低＝2646kJ/kg；凝結(jié)水：TC＝60℃，hC＝251kJ/kg；凝汽器循環(huán)水出口溫度：TSC＝60℃；凝汽器循環(huán)水入口溫度：TSC＝50℃；額定排汽量：LP＝25.54t/h。

3.1.2 機(jī)組可提供給循環(huán)水的熱量為

3.1.3 機(jī)組少發(fā)電量折合熱量為

3.1.4 循環(huán)水最大供熱面積

煙臺市萊山區(qū)的現(xiàn)狀采暖綜合熱指標(biāo)為52W/m2，循環(huán)水最大供熱面積為：A=G/q= 17.0×100÷52 = 32.7萬m2。

3.2 節(jié)能量測算過程及結(jié)果

改造后機(jī)組可提供熱量61.2GJ/h，減少發(fā)電量折合熱量1.58GJ/h，機(jī)組可節(jié)約的總熱量為59.62GJ/h，折合標(biāo)煤2.03tce/h。每個(gè)采暖期供熱機(jī)組運(yùn)行140d，則采暖季可節(jié)約標(biāo)煤6820.8t。

熱電廠內(nèi)新建的循環(huán)水供熱站房，采用低溫循環(huán)水供熱時(shí)，每小時(shí)最大用電負(fù)荷將增加527.5kW，每個(gè)采暖季用電負(fù)荷將增加177.24萬kWh，折合標(biāo)煤217.8t。循環(huán)水供熱站房每小時(shí)補(bǔ)水量為循環(huán)水量的2%左右，項(xiàng)目循環(huán)水量為1408t/h，則站房補(bǔ)水量為28.16t/h，每個(gè)采暖季補(bǔ)水總量為9.46萬t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤46.0t。

改造后節(jié)約的總標(biāo)準(zhǔn)煤=低真空循環(huán)水供暖節(jié)約的標(biāo)煤-供熱首站消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤=6820.8-217.8-46.0=6557t。

12MW抽凝式汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱改造項(xiàng)目實(shí)施后，年可節(jié)約標(biāo)煤6557t，折合原煤9180t，相當(dāng)于減少排放煙塵160t、SO2101.2t、CO21.6萬t，灰、渣量約2800t，節(jié)能減排成效顯著。

4 結(jié)語

汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供熱改造是一項(xiàng)技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，有利于節(jié)能環(huán)保的技術(shù)改造措施。這項(xiàng)技術(shù)投入產(chǎn)出比高，比較簡單易行，設(shè)備可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，在提高熱電廠能源利用效率的同時(shí)，增加采暖供熱能力，改善周邊環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益突出，社會效益顯著。