潘宏剛,張益寧,孟昭發(fā),季愛宇,張春利

(1.沈陽工程學(xué)院 能源與動(dòng)力學(xué)院,沈陽 110164;2.高捷航空機(jī)械(沈陽)有限公司,沈陽 110164;3.遼寧長鑫工程技術(shù)有限公司,遼寧 開原 112300;4.沈陽玄科建筑工程有限公司,沈陽 110000)

0 引言

1 供熱方案設(shè)計(jì)

1.1 供回水溫度

當(dāng)?shù)厮趨^(qū)域氣候類型屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年溫適中,四季分明,光照充足,雨熱同季,在我國同緯度帶屬于氣候條件良好的地區(qū)。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁貫?13.0 ℃,極端最高氣溫為31.6 ℃,極端最低氣溫為-9.7 ℃。全年平均氣壓為0.1 MPa。根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 34—2010)中規(guī)定:回水溫度不應(yīng)高于 70 ℃,為確保二級(jí)換熱站及用戶換熱站的換熱溫差,確定回水溫度為60 ℃。當(dāng)采用以熱電廠或大型區(qū)域鍋爐房為熱源時(shí),設(shè)計(jì)供水溫度可取 110～150 ℃。經(jīng)驗(yàn)表明50～60 ℃供、回水溫差能明顯節(jié)省投資,確定供水溫度為110 ℃。供回水溫差為60 ℃。供熱管網(wǎng)示意圖如圖1所示。

圖1 供熱管網(wǎng)示意圖

1.2 供熱熱負(fù)荷計(jì)算

我國采用核能進(jìn)行供熱處于起步階段,利用核能進(jìn)行供熱,供熱面積為104 000 m2,供熱系統(tǒng)僅在采暖季投運(yùn),年運(yùn)行時(shí)間 136 d。在綜合考慮機(jī)組運(yùn)行的便捷性、廠區(qū)布置的統(tǒng)一性等因素下,采用機(jī)組汽機(jī)房外 7.5 m 層設(shè)置一個(gè)毗屋和除鹽水廠房南側(cè)設(shè)置一個(gè)供熱首站的布置方案,選取的供熱面積為廠區(qū)內(nèi)建筑進(jìn)行供熱,設(shè)計(jì)采用每平方米供熱負(fù)荷為5 W,廠區(qū)生活區(qū)供熱每平方米供熱負(fù)荷為9.42 W進(jìn)行計(jì)算,廠區(qū)內(nèi)熱負(fù)荷情況如表1所示。

表1 廠區(qū)供熱負(fù)荷情況

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736—2012)規(guī)定,當(dāng)?shù)厝掌骄鶞囟刃∮诘扔?5 ℃的天數(shù)超過 90 d,屬于集中采暖區(qū)。采暖期室外平均溫度ta為0.7 ℃,室外采暖設(shè)計(jì)溫度toh為-5.8 ℃,室內(nèi)計(jì)算溫度ti取為18 ℃。供熱天數(shù)136 d,機(jī)組年供熱小時(shí)數(shù)計(jì)算按3 264 h設(shè)計(jì)。計(jì)算得出:

采暖期最大熱負(fù)荷為:

Qmax=5 200+10.4×942=15 MW

即54 000 MJ/h;設(shè)計(jì)熱負(fù)荷采用Qs表示。

采暖期平均熱負(fù)荷為:

Qs×[(ti-ta)/(ti-toh)]=

54 000×[(18-0.7)÷(18-(-5.8))]=

39 250 MJ/h

采暖期最小熱負(fù)荷為:

Qs×[(ti-5)/(ti-toh)]=

5 400×[(18-5)÷(18-(-5.8))]=

29 500 MJ/h

采暖期全部供熱量為:

Classroom scenario design is the creation of impromptu scenarios in the classroom,which can be divided into the following aspects:

Q=39 250×136×24=1.28×108MJ

采暖期設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為10.72 MW,即38 600 MJ/h。

采暖期平均熱負(fù)荷為:

Qs×[(ti-ta)/(ti-toh)]=

38 600×[(18-0.7)÷(18-(-5.8))]=

28 100 MJ/h

采暖期最小熱負(fù)荷為:

Qs×[(ti-5)/(ti-toh)]=

38 600×[(18-5)÷(18-(-5.8))]=

21 100 MJ/h

采暖期全部供熱量為:

Q=28 100×136×24=9.16×107MJ

2 建模分析

熱網(wǎng)加熱器采用汽-水換熱器,采用高溫水作為采暖熱負(fù)荷的供熱介質(zhì);為隔絕核電站蒸汽與供熱水的接觸,設(shè)計(jì)采用兩級(jí)換熱器,防止因?yàn)檎羝l(fā)生器泄露,污染二回路蒸汽,對(duì)居民造成輻射,產(chǎn)生傷害。對(duì)于104 000 m2廠區(qū)供熱,采用最大熱負(fù)荷,比較使用輔助蒸汽、主蒸汽和汽輪機(jī)抽汽進(jìn)行供熱,并研究不同供熱方式對(duì)于核電站發(fā)電量的影響情況。其中供熱前廠區(qū)THA工況下主蒸汽流量為6 799 t/h,發(fā)電量為1 158.023 MW。采用仿真軟件對(duì)于核電進(jìn)行供熱前仿真建模,如圖2所示。

圖2 供熱前建模示意圖

2.1 輔助蒸汽抽汽供熱

按照AP1000機(jī)組設(shè)計(jì)工況從輔助蒸汽管道上抽取蒸汽,輔助蒸汽參數(shù)為1.23 MPa,194 ℃,將輔助蒸汽引入到一級(jí)換熱泵中,熱網(wǎng)循環(huán)水回水先經(jīng)熱網(wǎng)除污器排污,通過熱網(wǎng)循環(huán)水泵加壓,然后進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器升溫至 110 ℃,送到廠外,再由廠外市政循環(huán)水供水母管將此高溫水送至城市二級(jí)換熱站,隨后送至居民家中進(jìn)行供熱。采用輔助蒸汽進(jìn)行供熱的建模如圖3所示。

圖3 輔助蒸汽供熱建模示意圖

采用輔助蒸汽進(jìn)行抽汽供熱,供熱參數(shù)如表2所示。

表2 輔助蒸汽供熱參數(shù)

2.2 主蒸汽抽汽供熱

從主蒸汽管道上抽汽,其蒸氣參數(shù)為5.38 MPa,268.6 ℃。采用主蒸汽抽汽蒸汽品質(zhì)好,利用系數(shù)高,適用于進(jìn)行大面積居民供熱的情況。采用主蒸汽抽汽供熱,蒸汽具有品質(zhì)好,焓值高的優(yōu)點(diǎn)。主蒸汽抽汽供熱建模如圖4所示。

圖4 主蒸汽抽汽供熱建模示意圖

使用主蒸汽抽汽供熱,供熱蒸汽熱參數(shù)如表3所示。

表3 主蒸汽供熱參數(shù)

2.3 汽輪機(jī)抽汽供熱

采用汽輪機(jī)抽汽供熱,將供回水引入到凝汽器中,根據(jù)供熱面積選擇汽輪機(jī)第一級(jí)進(jìn)行抽汽,汽輪機(jī)第一級(jí)抽汽進(jìn)行供熱改造時(shí)對(duì)于汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)影響較小,同時(shí)相比于高壓缸其他位置進(jìn)行抽汽,采用第一級(jí)抽汽高壓缸末級(jí)機(jī)械效率更高。抽汽建模如圖5所示。

采用汽輪機(jī)高壓缸抽汽供熱,供熱蒸汽熱參數(shù)如表4所示。

表4 汽輪機(jī)供熱蒸汽熱參數(shù)

3 仿真結(jié)果分析

3.1 輔助蒸汽廠區(qū)供熱

由輔助蒸汽提供采暖加熱蒸汽,由主蒸汽進(jìn)行減溫減壓,供熱面積為104 000 m2時(shí)抽汽量為25.453 t/h。在蒸汽發(fā)生器出口主蒸汽量不變的條件下,進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸主汽流量由供熱前的 6 603.872 t/h減少為6 578.418 t/h,采暖供熱會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽流量減少,進(jìn)而使得汽輪機(jī)出力減小。汽輪發(fā)電機(jī)的功率減少2.222 MW,減少的發(fā)電量為原一臺(tái)機(jī)額定發(fā)電量的 0.19%。

3.2 主蒸汽廠區(qū)供熱

在蒸汽發(fā)生器出口主蒸汽量不變的條件下,采用主蒸汽抽汽供熱104 000 m2時(shí),單臺(tái)機(jī)組承擔(dān) 100%熱負(fù)荷時(shí),需從主蒸汽排汽管道上抽取 33.982 t/h 的汽量,根據(jù)仿真模擬,在蒸汽發(fā)生器出口主蒸汽量不變的條件下,進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸主汽流量由供熱前的6 603.872 t/h減少為6 569.890 t/h,采暖供熱會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入汽輪機(jī)做功蒸汽流量減少,進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)出力降低。發(fā)電機(jī)出力與供熱前相比降低4.22 MW,此抽汽量下因供熱減少的發(fā)電出力為原額定發(fā)電出力的 0.36%。

3.3 高壓缸抽汽廠區(qū)供熱

采用汽輪機(jī)高壓缸抽汽供熱,供熱面積為104 000 m2,從高壓缸第一級(jí)抽汽量為31.893 t/h。根據(jù)仿真模擬,進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸主汽流量保持不變,從高壓缸第一級(jí)進(jìn)行抽汽導(dǎo)致進(jìn)入低壓缸的蒸汽量和焓值分別降低了5.749 t/h、10.317 kJ/kg,汽輪機(jī)低壓缸做功蒸汽流量、焓值減少,進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)出力降低。發(fā)電機(jī)出力降低13.558 MW,此抽汽量下因供熱減少的發(fā)電出力為原額定發(fā)電出力的 1.17%。

綜上所述分別采用輔助蒸汽、主蒸汽和汽輪機(jī)抽汽進(jìn)行廠區(qū)供熱對(duì)于核電站發(fā)電量和因?yàn)楣釡p少的發(fā)電量占原本發(fā)電量的變化率曲線如圖6所示。

圖6 供熱對(duì)于發(fā)電量影響曲線

4 結(jié)論

若機(jī)組一直處于滿功率發(fā)電,為104 000 m2的廠區(qū)內(nèi)部供熱,通過仿真建模結(jié)果比較分析得出:采用輔助蒸汽抽汽供熱減少的發(fā)電量最少,為2.222 MW,減少的發(fā)電量為原一臺(tái)機(jī)額定發(fā)電量的 0.19%。若機(jī)組一直處于滿功率發(fā)電,不參與調(diào)峰的狀態(tài)下,在供熱期間將減少發(fā)電量7.25×106kW·h;采用主蒸汽供熱,根據(jù)仿真模擬,機(jī)組出力降低4.22 MW,此抽汽量下因供熱減少的發(fā)電出力為原額定發(fā)電出力的 0.36%。若機(jī)組一直處于滿功率發(fā)電,不參與調(diào)峰,采暖季將減少發(fā)電量1.377×107kW·h。根據(jù)仿真模擬,采用高壓缸抽汽機(jī)組出力降低13.558 MW,此抽汽量下因供熱減少的發(fā)電出力為原額定發(fā)電出力的 1.17%。若機(jī)組一直處于滿功率發(fā)電,不參與調(diào)峰,采暖季將減少發(fā)電量4.43×107kW·h。綜上所述,采用AP1000機(jī)組進(jìn)行廠區(qū)供熱時(shí),采用輔助蒸汽進(jìn)行供熱對(duì)供熱期間的發(fā)電量影響最小。