王 勇
(遼寧沈煤紅陽熱電有限公司,遼寧 遼陽111000)
節(jié)能和環(huán)保是當(dāng)今社會(huì)的兩大主題,節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境是我們當(dāng)代人義不容辭的責(zé)任。目前,各行各業(yè)都在積極響應(yīng)黨和國家的號(hào)召,努力使本行業(yè)的技術(shù)向更節(jié)能、更環(huán)保的方向發(fā)展,國家也大力提倡各行各業(yè)尋求節(jié)能的有效途徑。對(duì)于熱電行業(yè),許多工程技術(shù)人員孜孜不倦地研究探索,發(fā)現(xiàn)了很多能源浪費(fèi)的地方,也做了很大的改進(jìn),為國家節(jié)約了寶貴的能源,也有效地保護(hù)了環(huán)境,比如熱電廠利用循環(huán)水供暖就是一項(xiàng)顯著的節(jié)能措施。
熱電廠循環(huán)水每天散失在大氣中的熱量是一個(gè)龐大的數(shù)字,它不僅浪費(fèi)能源,也對(duì)周邊環(huán)境造成了熱污染。本文僅以一臺(tái)單缸中溫中壓沖動(dòng)冷凝單抽式C6-35/10/6 000kW 汽輪機(jī)為例計(jì)算循環(huán)水散失的熱量,已知循環(huán)水溫差為12℃,流量為1 660t/h。Q散=C×m(t2-t1)=84GJ/h。我國新建的節(jié)能型住宅冬季供暖的平均熱指標(biāo)為45~50W/m2,按此標(biāo)準(zhǔn),循環(huán)水散到大氣中的熱量就相當(dāng)于33萬m2的民宅冬季采暖所需的熱量,如果將這部分能量加以回收,對(duì)電廠的節(jié)能將是一項(xiàng)重大成果。
為了利用循環(huán)水熱量,低真空循環(huán)水供暖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。從經(jīng)濟(jì)效果上看,一般凝汽式電廠的循環(huán)熱效率只能達(dá)到25%~35%,而60%以上的熱量被循環(huán)水帶走,變?yōu)槔湓磽p失[1],低真空運(yùn)行時(shí),凝汽器作為熱網(wǎng)的一級(jí)換熱器直接提高循環(huán)水溫度,供往熱用戶,大大提高了循環(huán)熱效率(圖1),消除了熱污染,對(duì)保護(hù)環(huán)境是有利的[2]。
圖1 利用循環(huán)水的低真空運(yùn)行
凝汽式汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)低真空運(yùn)行,必然要提高背壓,這樣就改變了汽輪機(jī)的熱力工況,使汽輪機(jī)長期在變工況下運(yùn)行,偏離了出廠的原設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù),對(duì)汽輪機(jī)的主要指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。主要表現(xiàn):(1)背壓升高使理想焓降減少,在進(jìn)汽量和效率不變的情況下,將使發(fā)電機(jī)功率降低。(2)排汽溫度升高汽缸內(nèi)的蒸汽平均溫度提高,汽缸膨脹量比設(shè)計(jì)值增大,從而改變了各級(jí)動(dòng)靜葉片之間通流部分的間隙。(3)排汽溫度明顯提高致使凝汽器的膨脹量增加,由于凝汽器的外殼與管束非同一種材質(zhì),所以膨脹量不同,會(huì)造成管束與管板的膨脹接口密封性因膨脹量不同而遭到破壞,嚴(yán)重時(shí)可能使汽輪機(jī)后軸承升高,從而使汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)值增大[3]。凝汽器變?yōu)闊峋W(wǎng)一級(jí)加熱器,要求提高水室承受能力,對(duì)凝汽器結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度作適當(dāng)改造和加固。(4)凝汽器作為熱網(wǎng)一級(jí)加熱器加熱循環(huán)水直接供熱到熱用戶,為保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)行,熱用戶必須足夠大,以便使循環(huán)水的回水溫度降到汽輪機(jī)的要求溫度,否則會(huì)對(duì)汽輪機(jī)造成損壞,也保證不了正常供暖。
熱泵是現(xiàn)今發(fā)展比較快的朝陽產(chǎn)業(yè),它以節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠等優(yōu)點(diǎn)逐漸被大家所認(rèn)可。但目前熱泵在城市現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用熱源多為地下水等低位熱能,換熱后的供暖水溫在50℃左右,對(duì)于寒冷地區(qū)很難保證供暖。另外,由于水源熱泵要大量提取地下水資源,對(duì)地下水不豐富的地區(qū)也有局限性,同時(shí)水源熱泵對(duì)地下水含沙量也有較高要求,所以在推廣時(shí)受到一定的限制。但是如果以凝汽器出口循環(huán)水作為熱泵的熱源,問題就全部解決了。
(1)可消除熱泵的技術(shù)局限:1)熱泵不用吸地下水,避免了受地下水資源和含沙量的影響,同時(shí)不需要為管路和熱泵的安置打很深的豎井,節(jié)省了初始投資。2)由于循環(huán)水具有非常好的品質(zhì)和連續(xù)性,閉式循環(huán)運(yùn)行穩(wěn)定。3)由于循環(huán)水比較清潔,無腐蝕問題,不易導(dǎo)致傳熱效果惡化;熱泵如果需要清潔,也比較容易做到。
(2)可解決低真空運(yùn)行存在的問題:1)利用循環(huán)水中的余熱,降低了電廠向大氣排放的熱量,減小了溫室效應(yīng)。2)汽輪機(jī)不需在變工況下運(yùn)行,能降低凝汽器循環(huán)水進(jìn)水溫度,提高汽輪機(jī)凝汽器的真空度,使汽輪機(jī)功率增加,這一點(diǎn)要明顯強(qiáng)于低真空供暖。3)汽輪機(jī)可以在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行,不會(huì)改變運(yùn)行參數(shù),使得運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì),同時(shí)在變工況下產(chǎn)生的問題都會(huì)迎刃而解。
如圖2所示,循環(huán)水經(jīng)凝汽器加熱后,經(jīng)過切換閥到熱泵系統(tǒng),通過熱泵的蒸發(fā)器將循環(huán)水內(nèi)的熱量提取出來,輸送到冷凝器,在冷凝器內(nèi)把熱量傳遞給供暖熱網(wǎng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵技術(shù)相結(jié)合的供暖方式。
圖2 循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵相結(jié)合
我們還是以單缸中溫中壓沖動(dòng)冷凝單抽式C6-35/10/6 000kW汽輪機(jī)為例,已知設(shè)計(jì)參數(shù)為:循環(huán)水溫度45~27℃;供暖供回水溫度65~40℃;循環(huán)水流量1 660t/h;加熱面積560m2。在假設(shè)汽輪機(jī)進(jìn)汽量和循環(huán)水量等參數(shù)不變前提下作以下比較:
4.3.1 低真空循環(huán)水供暖的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
汽輪機(jī)背壓散熱量Q=C×m(t2-t1)=174GJ/h;比正常設(shè)計(jì)工況(84GJ/h)多90GJ/h。根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行工況原理,多排熱量應(yīng)是汽輪機(jī)降低真空、減小焓降、降低發(fā)電功率得來的。經(jīng)過這一得一失,真正被利用的是冷源損失84GJ/h的熱量,相當(dāng)于33萬m2的供暖熱量。
4.3.2 循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
汽輪機(jī)凝結(jié)熱Q=C×m(t2-t1)=125GJ/h;熱泵利用系數(shù)16.9(T為熱源溫1度,T為冷源溫度)。帶動(dòng)熱泵每小時(shí)所需凈功為27.4GJ/h;功率P=7.4×106÷3 600=2 055kW。通過上面的計(jì)算,我們可以得出汽輪機(jī)凝結(jié)熱減去熱泵耗電量即供熱量117.6GJ/h,相當(dāng)于46萬m2的供暖熱量。
4.3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)論
循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖方式比低真空循環(huán)水供暖方式更節(jié)能。對(duì)于6 000kW汽輪發(fā)電機(jī)組,節(jié)省能源為117.6-84=33.6GJ/h,相當(dāng)于13萬 m2的供暖熱量。
利用熱泵技術(shù)進(jìn)行循環(huán)水供暖,可以使循環(huán)水熱量得到充分利用,不僅提高了熱源的供熱能力,還能降低冷卻水的蒸發(fā)量,節(jié)省水資源,并減少向外界環(huán)境排放的熱量和水汽,既有經(jīng)濟(jì)效益,又符合節(jié)能環(huán)保理念。
[1]鄭杰.汽輪機(jī)低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱技術(shù)應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù),2006(4).
[2]李巖,付林,張世鋼,等.電廠循環(huán)水余熱利用技術(shù)綜述[J].建筑科學(xué),2010(10).
[3]張學(xué)鐳,陳海平.回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013(8).