文/李永生

矸石熱電廠汽輪機(jī)組發(fā)電的生產(chǎn)過程,實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，能量在轉(zhuǎn)換過程中存在著種種損失，特別是凝汽器的冷源損失最大，約占總損失的60%左右。如果能將循環(huán)冷卻水余熱用于供熱(采暖、生活熱水等)，不僅能夠減少電廠冷卻水散熱造成的水蒸發(fā)損失和環(huán)境的熱污染，而且能夠緩解采暖帶來燃?xì)夂碗娏Y源的緊張局面。同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，節(jié)約大量燃料，提高能源綜合利用率。

冀中能源股份有限公司下屬邢東矸石熱電廠在汽輪機(jī)循環(huán)水余熱供暖技術(shù)方面做了大膽嘗試，其總裝機(jī)容量24MW，即2Χ12MW抽氣機(jī)組配4Χ75t/h循環(huán)流化床鍋爐。技術(shù)改造后，循環(huán)水系統(tǒng)由原有開放式系統(tǒng)改為閉合式循環(huán)系統(tǒng)，既節(jié)約了電廠冷卻塔蒸發(fā)散失掉的水資源，又使余熱得到充分合理的利用?？蓪?shí)現(xiàn)在鍋爐蒸發(fā)量不變的工況下，提高汽輪機(jī)的供熱能力，大幅提高熱電廠的綜合熱效率。僅冬季，邢東矸石熱電廠向邢臺(tái)市區(qū)新增112萬平方米供熱面積，機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定，居民供暖效果良好，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排目的，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

一、循環(huán)水余熱供暖技術(shù)改造的注意事項(xiàng)

采用低真空運(yùn)行后，汽輪機(jī)排汽壓力將會(huì)提高，同等質(zhì)量和流量下，排汽比容將大幅降低，從而對(duì)末級(jí)，特別是最末級(jí)葉片造成危害。當(dāng)容積小于葉片最小流量值時(shí)，汽動(dòng)特性將急劇惡化，降低工作效率，產(chǎn)生渦流，并引起鼓風(fēng)及其他損失,從而使排汽缸溫度升高，影響軸承溫度，危及軸系的振動(dòng)安全性。同時(shí)，末級(jí)葉片在小容積流量下工作時(shí)，極易出現(xiàn)汽動(dòng)彈性失穩(wěn)，發(fā)生失速顫振，使葉片受力大幅增加，從而損壞葉片，發(fā)生斷裂。

因此，要求汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，末級(jí)葉片容積流量不得過小，排汽缸溫度不得大于機(jī)組真空所對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力下的飽和溫度，并保證推力瓦塊溫度在原機(jī)組規(guī)定安全數(shù)值以內(nèi)。此外，低壓缸流量屬于質(zhì)量流量，不等同于容積流量，對(duì)于不同的真空情況下的汽輪機(jī)，工作運(yùn)行人員還要嚴(yán)格執(zhí)行廠家低真空工況的計(jì)算數(shù)據(jù)。

1.確保機(jī)組在超出原設(shè)計(jì)工況下的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

將汽輪機(jī)組由抽凝運(yùn)行改為低真空運(yùn)行方式，真空將會(huì)下降，汽輪機(jī)軸向推力隨之增加。一般情況下,汽輪機(jī)真空不低于75kPa，排汽溫度不大于65℃，推力瓦塊溫度不超過廠家規(guī)定數(shù)值，即可滿足汽輪機(jī)循環(huán)水供熱系統(tǒng)低真空運(yùn)行工況的需求。同時(shí)，還要避免出現(xiàn)低壓缸流量過小而引起排汽溫度升高的狀況，防止損傷汽輪機(jī)末級(jí)葉片。當(dāng)軸向推力過大時(shí)，可將前汽封的高壓漏汽引到低壓加熱器上，以此平衡軸向推力。

2.解決供熱管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)與汽輪機(jī)安全運(yùn)行參數(shù)相匹配的問題

將居民采暖原設(shè)計(jì)的高水溫、大溫差、小流量、間歇式供暖變?yōu)榈退疁?、小溫差、大流量?4小時(shí)連續(xù)供暖，既解決居民室內(nèi)采暖溫度的要求，又滿足了汽輪機(jī)安全運(yùn)行的系統(tǒng)參數(shù)要求。在對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，要以滿足汽輪機(jī)安全運(yùn)行為原則，并要解決好供熱管網(wǎng)的近、遠(yuǎn)期規(guī)劃，廠內(nèi)熱源及機(jī)組供熱能力相互匹配等問題。

3.解決凝汽器在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中的安全運(yùn)行問題

汽輪機(jī)凝汽器的水泵揚(yáng)程為20~30m，改為循環(huán)水供熱低真空運(yùn)行后，水泵揚(yáng)程將達(dá)到100m左右，一旦水泵失電停運(yùn)，必將使凝汽器超壓爆裂，造成重大的安全事故，故需要對(duì)凝汽器進(jìn)行加固改造，適當(dāng)提高其抗壓能力，在供熱回水管道進(jìn)凝汽器之前加裝2個(gè)730型持壓泄壓安全閥，同時(shí)，完善運(yùn)行水泵電源的可靠性，加裝備用泵的自動(dòng)投入裝置，最大程度減輕凝汽器超壓、爆裂的安全隱患。

4.解決供暖水質(zhì)對(duì)凝汽器換熱管的影響

改造前循環(huán)冷卻水冬季水溫不超過20℃左右，而改造后凝汽器循環(huán)水水溫高達(dá)60℃，極易在換熱管內(nèi)產(chǎn)生結(jié)垢，增大端差，同時(shí)還要添加化學(xué)阻垢劑來減輕凝汽器結(jié)垢的可能。因此，生產(chǎn)運(yùn)行人員應(yīng)將端差控制在10℃左右，以達(dá)到安全運(yùn)行要求。

5.確保用戶系統(tǒng)及散熱器安全

為防止居民暖氣片爆片，應(yīng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的供熱管網(wǎng)，并在配水站供水管設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥和持壓泄壓安全閥，以及供水系統(tǒng)超參數(shù)報(bào)警系統(tǒng)等，從而保證用戶供暖系統(tǒng)和散熱器不超參數(shù)，在安全承壓狀態(tài)下運(yùn)行。

6.保證冷油器和空冷器的冷卻效果

汽輪機(jī)機(jī)組改為循環(huán)水供熱之后,循環(huán)水溫度將大幅提高,不可再作為冷油器和空冷器冷卻水使用。因此，為確保冷油器出口油溫和空冷器入口風(fēng)溫在運(yùn)行規(guī)范內(nèi),應(yīng)在原有循環(huán)水泵房新增2臺(tái)冷卻水泵，為空冷器和冷油器提供冷卻水，以確保其在規(guī)定溫度內(nèi)安全運(yùn)行。

7.增設(shè)尖峰加熱裝置

應(yīng)在調(diào)峰站增設(shè)一套調(diào)峰加熱器，其實(shí)質(zhì)就是將汽輪機(jī)一部分抽氣給供用戶的循環(huán)水進(jìn)一步加熱，達(dá)到提高供熱溫度的目的。當(dāng)機(jī)組停運(yùn)或極度嚴(yán)寒期，不能滿足用戶供暖溫度要求時(shí)，可投入調(diào)峰加熱器運(yùn)行供暖。

二、循環(huán)水余熱供暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

由于邢臺(tái)市區(qū)氣源緊張，邢東熱電廠循環(huán)水熱量全部得以利用。循環(huán)水余熱實(shí)際供暖面積為F=1120000平方米，每平方米供熱指標(biāo) g=330kj/m2h

1.循環(huán)水余熱供暖節(jié)煤

總供熱量 Q=F·g=1120000×330=369600000KJ/h

每小時(shí)節(jié)煤量為：B1=Qy/Qd(kg/h)

y—供熱中熱量利用系數(shù)，取0.9

Qd—煤的低位發(fā)熱量，為16720KJ/kg

B1=369600000×0.9/16720=19895kg/h

每個(gè)采暖期節(jié)煤量為：

h—每日供熱小時(shí)數(shù)，連續(xù)供熱取24小時(shí)

n—每個(gè)采暖期供熱天數(shù)，邢臺(tái)地區(qū)取120天

2.利用循環(huán)水供熱使機(jī)組發(fā)電量減少和供氣量增加

循環(huán)水余熱供暖后，汽輪機(jī)真空降低，排氣溫度適當(dāng)提高，相應(yīng)減少了機(jī)組發(fā)電量，增加了供氣量。但由于發(fā)電量減少而減少的耗煤量和因供氣量增加而增加的耗煤量基本相當(dāng)，故發(fā)電量和供氣量增減變化引起的耗煤量變化基本相互抵消。

3.利用循環(huán)水供熱電耗增加量

改造前二臺(tái)12MW機(jī)組運(yùn)行的循環(huán)水泵容量為3×185KW，改造后運(yùn)行的循環(huán)水泵容量為4×450KW。循環(huán)水供熱期間增加的功率為：

（4×450KW-3×185KW）×0.88=1096KW

一個(gè)采暖季增加電耗為：1096×24×120=3156480 KWh

即多耗煤2840噸

4.循環(huán)水余熱供暖后實(shí)際節(jié)煤

57298-2840=54458（噸）

按煤價(jià)210元/噸計(jì)算，年節(jié)約1144萬元

該項(xiàng)目實(shí)施后，一個(gè)采暖季（4個(gè)月）新增加利潤1100多萬元，節(jié)能效果十分明顯。既解決了市區(qū)部分居民冬季的采暖需求，彌補(bǔ)了冬季的供熱缺口，又取締了供熱范圍內(nèi)的小鍋爐50多臺(tái)，社會(huì)效益顯著，在中小型熱電機(jī)組中有著極高的推廣價(jià)值。