采暖蒸汽凝結(jié)水的節(jié)能設計優(yōu)化

采暖蒸汽凝結(jié)水的節(jié)能設計優(yōu)化

0供熱帶來的機遇近年來，隨著城市人口的增加，人們的物質(zhì)生活需求日益增加。隨著城市中心村的改造和大型居住區(qū)的快速建設，中等村的改造為集中管理提供了機遇。且伴隨著國家節(jié)能減排的要求,300MW級純凝機組陸續(xù)改造供熱,同時新規(guī)劃了一批300MW級以上的大型熱電聯(lián)產(chǎn)項目。本文就以抽凝式、亞臨界330MW機組工程為例,對區(qū)別與純凝機組的供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)進行了研究,提出4種回收系統(tǒng)方案,并對其進行研究。1凝結(jié)水回水系統(tǒng)設計機組按2×330MW的雙抽凝式亞臨界機組進行研究,額定工業(yè)抽汽量為170t/h,抽汽壓力為1.0MPa(a),抽汽溫度為373.1℃,額定采暖抽汽量為300t/h,抽汽壓力為0.5MPa(a),抽汽溫度為296.6℃,供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水額定回水溫度為75℃。經(jīng)濟性指標是以哈爾濱汽輪機廠提供的熱平衡圖為依據(jù)進行計算的,工業(yè)抽汽的補充水補充至凝汽器。對于兩臺供熱機組來說,供熱首站的熱網(wǎng)蒸汽是采用切換母管制的,而汽輪發(fā)電機組是單元制的,故凝結(jié)水回水系統(tǒng)需要設置流量調(diào)節(jié)裝置,按“蒸汽從哪來,其凝結(jié)水回哪去”的原則進行系統(tǒng)設計。為盡量回收供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水至汽輪發(fā)電機的凝結(jié)水系統(tǒng)中,工程中經(jīng)常采用的凝結(jié)水回水位置方案有如下4種:方案一,根據(jù)回水溫度和汽機熱平衡圖,供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)回水泵回至與其溫度相匹配的6號低加出口的主凝結(jié)水管道上。方案二,供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)回水泵回至除氧器。方案三,供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水低壓自流回至本機組凝汽器。方案四,供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水低壓經(jīng)凝結(jié)水換熱器自流回至本機組凝汽器。2各凝結(jié)水回收方案的系統(tǒng)配置2.1凝汽器回水回水設置供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)設在熱網(wǎng)首站內(nèi)的熱網(wǎng)凝結(jié)水回水泵升壓后,引至6號低加出口的主凝結(jié)水管道上。管道上設有必需的泵出口逆止閥、關斷閥及兩機組流量分配調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)配置簡述:(1)采用該回水方案,供熱首站內(nèi)常規(guī)需設置4×100%容量、電壓6kV、功率為315kW供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水泵。泵的揚程235m,其容量按4×300t/h配置,每臺機均對應1臺泵運行,1臺做為備用,并配裝2臺高壓變頻裝置,“一拖二”控制。同時首站內(nèi)需增加兩臺22m3閉式凝結(jié)水回收罐,首站的建筑容量較大。供熱首站廠房的具體結(jié)構(gòu)尺寸為46.2m×15.5m×21m。(2)供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至6號低加出口時,從凝汽器流往主凝結(jié)水泵的凝結(jié)水量在530t/h左右,主凝結(jié)水泵的耗電功率降低。按此水量主凝結(jié)水泵按3×50%容量配置較為合理,但在以往相似工程的招標過程中,300MW級機組按3×50%容量選用凝泵,因其流量小揚程高,幾大凝泵商均反映無此參數(shù)設計和制造經(jīng)驗,因此本文凝泵仍按2×100%容量進行選型配置?？紤]到流量變化范圍大,并為了節(jié)能降耗,主凝結(jié)水泵考慮加裝變頻裝置,按“一拖二”方式考慮,兩泵共配1臺變頻裝置,來降低變工況時主凝結(jié)水泵的耗電量。(3)另外考慮到供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水水質(zhì)不能滿足要求時,系統(tǒng)另外還需設置一至凝汽器的旁路管道,利用主凝結(jié)水系統(tǒng)中的化學精處理裝置對水質(zhì)進行處理。2.2凝結(jié)水回水泵系統(tǒng)該方案與方案一不同之處在于,首站內(nèi)設電壓380V,功率180kW,4×100%的采暖凝結(jié)水回水泵;設2臺低壓變頻裝置,“一拖二”控制;另外與方案一相比,回水至除氧器,除氧器溫度相對供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水的溫度較高,需要增加回抽的抽氣量,造成發(fā)電量降低。2.3凝汽器回水回收方案供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水靠凝汽器真空低壓回流至凝汽器。熱網(wǎng)首站內(nèi)不需設置供熱凝結(jié)水回水升壓泵和熱網(wǎng)凝結(jié)水回收裝置,只需在回水管道上裝設必須的閥門。系統(tǒng)配置:(1)供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至凝汽器,凝結(jié)水的熱量被循環(huán)水帶走,造成一定程度的熱能浪費。由于供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水量較大,凝汽器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與常規(guī)純凝機組凝汽器也有所不同,需要在凝汽器中增設熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水處理裝置。對此,國內(nèi)各凝汽器廠家處理方式不盡相同,有的加噴淋裝置,有的加“鼓泡”裝置,其主目的都是使這部分蒸汽凝結(jié)水回水在凝汽器中達到背壓下的飽和狀態(tài),并達到一定的除氧效果,后與主凝結(jié)水充分混合進入主凝結(jié)水系統(tǒng)。(2)此方案可使各工況下流經(jīng)主凝結(jié)水泵的凝結(jié)水量相差很少,此時系統(tǒng)中配置用2×100%容量的主凝結(jié)水泵。此方案主凝結(jié)水泵相當于在滿負荷純凝工況下運行,耗電率大大提高。(3)此凝結(jié)水回收方案,利用汽輪機凝汽器的背壓,回水不經(jīng)任何動力設備可直接回到凝汽器,供熱首站內(nèi)不考慮設置供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水輸送泵。此時供熱首站比較緊湊,建筑容量較小,首站主廠房的特征尺寸可優(yōu)化為42.6m×12m×21m。(4)由于熱網(wǎng)采暖凝結(jié)水回水至凝汽器300t/h,而此時汽輪機排汽流量僅為350t/h,導致凝汽器的換熱量加大,造成凝汽器、真空泵、冷卻塔及循環(huán)水泵的容量加大,設備費用投資增加。以及循環(huán)水泵廠用電增加,另外還增加了全廠水耗。回水量的增加需凝汽器增設鼓泡或噴淋裝置,增加了這部分設備投資費用。2.4方案三:右排汽器+凝汽器此方案基本與方案三相類似,不同之處在于熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回凝汽器之前,先經(jīng)管式水水換熱器與凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水換熱后,減溫至45℃左右排至凝汽器。此方案雖然比方案三節(jié)能,但是增加了設備投資,且節(jié)能效果與方案一相比相差較大,主要原因在于此方案投運時,需要7號和8號低壓加熱器解列運行,造成了汽機排汽量加大,增加了汽機冷端損失,降低了汽機效率,雖然比方案三節(jié)能,但由于冷端的損失也加大了,造成總體節(jié)能效果不顯著。此方案比較適合供熱首站換熱器故障率高的機組,由于節(jié)能不顯著,且與方案三類似,在此不做詳細經(jīng)濟性比較。3比較方案3.1供熱單位設備造價(1)以方案一為基準,方案二、方案三投資及運行費用較方案一增加為“+”值,減少為“-”值。(2)上網(wǎng)電價按0.3974元/(kW·h),水費按1.2元/m3。(3)冬季運行小時數(shù)按2880h,全年設備利用時間按6138h計。(4)供熱首站單位容積建筑造價按305元/m3計。(5)未考慮因設備變化所引起的安裝及日常維護費用的改變。(6)比較結(jié)果以兩臺機組計。3.2不同的系統(tǒng)的經(jīng)濟比較各方案經(jīng)濟性比較見表1。3.3火炬氣回收利用方案比方案3:設備對于供熱初投資費用,電廠采暖期內(nèi)從表1不難看出,在建設初期,方案一(即供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水位置至6號低加出口)設備一次性投資費用較方案二高出230.4萬元,但每年的運行費用可以節(jié)省約438萬元,綜合計算,方案一所高出的設備及建設初投資費用在電廠投產(chǎn)后不到1個采暖期即可全部回收并有很大盈余。在建設初期,方案一(即供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水位置至6號低加出口)設備一次性投資費用較方案三高出259.6萬元,但每年的運行費用可以節(jié)省約547萬元。綜合計算,方案一所高出的設備及建設初投資費用在電廠投產(chǎn)后不到1個采暖期即可全部回收并有很大盈余。4進行配置時,基礎