范增社,屠 珊,杜 洋,唐玉麟,杜海濱
(1.陜西電力設計院,陜西 西安 710054;2.西安交通大學,陜西 西安 710049)
凝汽式高溫高壓機組的效率30%~40%,占機組總損失60%的熱量以冷源損失被白白浪費。為減少這一損失,汽輪機的發(fā)展經(jīng)歷了回熱抽汽、背壓式、高背壓供熱、熱泵技術(shù)四個階段。高背壓供熱是通過提高汽輪機的排汽壓力,從而提高排汽溫度,最終提高循環(huán)水的出水溫度實現(xiàn)向熱用戶供熱,提高機組的經(jīng)濟效益。此外,采用高背壓供熱替代供暖小鍋爐,可減少大氣污染,具有一定的節(jié)能和環(huán)保意義。
高背壓使得機組長期處于變工況運行,會對其功率、效率和推力產(chǎn)生影響。當背壓不高于47kPa,對應的排汽溫度不大于80℃時,高背壓運行的軸向推力可以滿足汽輪機的要求。
高背壓循環(huán)水供熱系統(tǒng)見圖1。
圖1 循環(huán)水供熱系統(tǒng)
通常建筑物的采暖熱媒按供/回水溫度95℃/70℃設計。高背壓供熱的運行方式根據(jù)熱負荷曲線特性,采用調(diào)質(zhì)方式滿足不同階段的用熱需求。在供暖初期及末期,熱源采用循環(huán)水向熱用戶直接供熱,供/回水溫度65℃/55℃,不能滿足時投入尖峰加熱器加熱循環(huán)水向熱用戶供熱,供/回水溫度80℃/55℃。
額定工況采用回熱系統(tǒng)熱平衡法。當冷卻水溫為20℃時,背壓值0.0046MPa,經(jīng)計算的熱力特性數(shù)據(jù)詳見表1。
表1 熱力特性數(shù)據(jù)
續(xù)表1
變工況采用簡便的近似熱力計算法。當背壓升高到0.032MPa時,經(jīng)計算的熱力特性數(shù)據(jù)詳見表1。
當背壓從0.0046MPa升高到0.047MPa時,根據(jù)計算結(jié)果繪制的背壓-流量、背壓-熱耗率和背壓-煤耗率等曲線,見圖2~圖4。
圖2 背壓-流量曲線
由圖2可以得出,當背壓值升高時機組的給水量和排汽量也隨之升高,假定排汽溫度保持不變的話,通過凝汽器進入熱網(wǎng)的熱量增加。也就是說,提高機組背壓,供熱能力增大。
圖3 背壓-熱耗率曲線
圖4 背壓-煤耗率曲線
由圖3和圖4圖可以得出,當背壓值升高時機組的熱耗和煤耗也都隨之升高。也就是說,在電功率不變的情況下,提高機組背壓,機組的熱效率降低。
對于N50-8.82/535機組,結(jié)合某高背壓供熱工程,涉及到工藝系統(tǒng)設備購置費、安裝費和土建費(包括廠內(nèi)管網(wǎng)敷設)等,初投資組成詳見表2。
表2 投資組成 (單位:萬元)
以西安為例,采暖期120天。高背壓供熱改造后,年供熱量846720GJ,新增供熱面積1.82×106m2,熱價按25元/m2,年收入4550萬元;電價按0.35元/kWh,年多耗電費60萬元;水價按2.5元/t,年節(jié)約水費80萬元。在機組發(fā)電量不變的情況下,年多耗標煤9874t,含稅標煤價按800元/t,年凈利潤為3780萬元。
投資回收期約1.5年。
高背壓運行與鍋爐效率75%的供暖小鍋爐相比較,在相同供熱量的前提下,可減少標耗煤30877t,二氧化碳排放13585t,二氧化硫排放618t,煙塵排放463t,灰渣8028t。
通過以上分析,N50-8.82/535機組高背壓供熱方案后,可得出如下結(jié)論:
(1)當機組背壓從0.0046MP增大到0.047MPa時,給水量、排汽量以及熱耗率和煤耗率值都之增大。
(2) 取背壓值為0.032MPa,循環(huán)水進/出口水溫為55℃和65℃,年供熱量846720GJ,新增供熱面積1.82×106m2。
(3) 高背壓供熱改造初投資5604萬元,年凈利潤3780萬元,投資回收期約1.5年,經(jīng)濟效益明顯。
(4)與相同供熱量的供暖小鍋爐相比較,高背壓供熱可減少標煤耗30877t,減少二氧化碳、二氧化硫、煙塵和灰渣的排放量分別為:13585t、618t、463t和8028t,環(huán)保效益顯著。
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