熱電廠循環(huán)水供熱的設計

熱電廠循環(huán)水供熱的設計熱電廠循環(huán)水供熱的設計青島開源熱力設計院劉欣摘要：本文闡述了熱電廠循環(huán)水供熱節(jié)能原理、最優(yōu)方案的確定，及設計、運行的基本方法。關鍵詞：熱電廠節(jié)能循環(huán)水作者在主持某熱電廠循環(huán)水供熱建設方案設計及經濟分析過程中，對小型熱電廠利用冷卻塔循環(huán)水供熱進行了研究。在本文中對循環(huán)水供熱方案進行了探討，以期在同行中進行討論。一、循環(huán)水供熱對于節(jié)能的意義根據國家發(fā)改委預測，到2020年我國GDP將翻兩番。如果按照現(xiàn)有的社會經濟發(fā)展模式推算，屆時我國每年的能源消耗量將從現(xiàn)在的14億噸標煤，增大到56億噸。這一巨大的能源消耗量成為制約我國社會經濟發(fā)展的瓶頸。鑒于我國目前高投入、高能耗、低產出的現(xiàn)狀，推進提高能效、節(jié)約資源的工作，已到了刻不容緩的時刻。聯(lián)系到我們所從事的行業(yè)，建筑能耗約占全國總能耗的1/4-1/3；而供熱、空調、制冷能耗又占到建筑能耗的1/3。特別是供熱行業(yè)，至今仍處于粗放經營階段，因此節(jié)能降耗存在著巨大的潛力。國內熱電廠純凝機組或抽凝發(fā)電機組在其安全發(fā)電的同時，存在著能耗高、經濟性差的問題。主要原因是機組中作完功的乏汽排入凝汽器后，熱量被循環(huán)水帶走，通過冷卻塔排入大氣，造成較大的冷源損失。在文獻資料中，一般凝汽式電廠的循環(huán)熱效率只能達到30～40%，其它熱量白白損失掉了，而其中最大的就是凝汽器的冷源損失，約占總損失的60%。為提高能源利用率，降低小型汽輪機組的冷源損失，提高熱經濟性，冬季采暖期可以將汽輪機組的冷源損失加以利用，即循環(huán)水所攜帶的熱量不是被排入

大氣，而被輸送到供熱用戶取暖用。這樣對電廠而言，既節(jié)能、又經濟，還環(huán)保，符合國家大力提倡的節(jié)能降耗政策。二、循環(huán)水供熱節(jié)能原理汽輪機低真空循環(huán)水供熱是為了滿足節(jié)能和環(huán)保要求而發(fā)展起來的一項節(jié)能技術。其基本原理是在發(fā)電過程中，將凝汽器真空度降低，相應的排汽壓力和排汽溫度隨之升高，同時減少冷卻汽輪機乏汽的循環(huán)水量，將凝汽器循環(huán)水出口溫度提高到70℃左右，循環(huán)水直接作為采暖用水為熱用戶供熱，實現(xiàn)汽輪機低真空循環(huán)水供暖的目的。圖1為汽輪機低真空循環(huán)水供暖系統(tǒng)示意圖。圖2為凝汽運行和低真空運行時的溫熵圖。其效益可從圖中看得更為清楚。汽輪機發(fā)電機循環(huán)泵去除氧器熱用戶圖1汽輪機低真空循環(huán)水供暖系統(tǒng)示意圖由圖1可以看出，汽輪機改為低真空供熱后，熱用戶實際上就成為熱電廠的“冷卻塔”，汽輪機的排汽余熱可以得到有效利用，避免了冷源損失，大大提高了熱電廠能源的綜合利用率。尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環(huán)水進行二次加熱，以滿足尖峰供熱負荷的要求；當需要較低的供熱水溫時，可以減少汽輪機的電負荷，從而減少汽輪機的排汽量，真空相應升高；當循環(huán)水達到一定溫度要求而保持不變時，保持電負荷不變，排真空亦不變。四、循環(huán)水供熱方案的確定由于各供熱企業(yè)供熱負荷的發(fā)展并不是一步到位，另外考慮建設投資等情況，在循環(huán)水供熱方案的確定上應根據實際工程情況確定合理的供熱方案。以筆者主持設計的某熱電廠循環(huán)水供熱方案為例：某企業(yè)熱電廠內設置一臺C25-4.9/0.981型汽輪機、凝汽器機組(相關設計參數(shù)詳見表1)進行技改后，冬季供暖期間投入循環(huán)水供居民采暖，采暖期間，機組主要技術參數(shù)見表2。表1汽輪機組相關設計參數(shù)表2汽輪機組循環(huán)水供暖運行時主要技術參數(shù)根據該凝汽機組最小~最大排汽量（約20~120t/h）、循環(huán)水采暖經濟性的分析，以及管網敷設條件、走向等，確定若采用低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)最小供熱面積為70萬m，最大供熱面積約為140萬m。但通過負荷統(tǒng)計，在供熱范圍內近期負荷只有約90萬m，且各負荷分散分布于供熱范圍內，而遠期供熱總負荷共約300多萬m。由于低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)無法滿足遠期供熱負荷發(fā)展的需要，若采用其它抽汽供熱方式相結合的模式，又會造成該區(qū)域供熱管道重復設置，增加管道敷設難度以及投資增大的弊端。因此確定根據負荷發(fā)展的不同階段，采用不同的循環(huán)水供熱方式：負荷發(fā)展初期采用低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)，當供熱負荷超過140萬m時，采用高溫循環(huán)水混水供熱系統(tǒng)。該方案采用低溫循環(huán)水系統(tǒng)供熱時設計供熱面積為140萬m。設計溫度確定采用65℃/50℃熱水（凝汽器出口/進口），循環(huán)設計溫差15℃，循環(huán)流量4521.6t/h?？蓾M足冬季大部分時間采暖的需求。當室外溫度較低時，為了滿足尖峰供熱負荷的需要，本方案在系統(tǒng)中設置尖峰加熱器，在尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環(huán)水進行二次加熱，以滿足尖峰供熱負荷的要求。采用高溫循環(huán)水混水系統(tǒng)供熱時設計供熱面積為304.2萬m。當供熱負荷超過140萬m時，在各供熱小區(qū)設置混水站，混水后采暖供回水溫度同低溫循環(huán)水供熱系統(tǒng)參數(shù)。通過計算，高溫循環(huán)水供回水設計溫度采用79℃/50℃熱水（供熱面積為304.2萬m時電廠循環(huán)水出/進口），循環(huán)設計溫差29℃，循環(huán)流量4961.4t/h。凝汽器出口/進口溫度為65℃/50℃。由于該凝汽器循環(huán)流量要求保持在一定流量范圍（4500~5500t/h）方可正常運行，因此該系統(tǒng)主要采用質調節(jié)，也就是保持回水溫度不變，采用調節(jié)供水溫度來滿足供熱負荷的變化。若負荷發(fā)展超過304.2萬m，可通過增加尖峰換熱器，提高抽汽量、循環(huán)水供水溫度，增大循環(huán)溫差來滿足供熱負荷的需要。五、循環(huán)水供熱系統(tǒng)簡介循環(huán)水供熱系統(tǒng)工藝流程如下圖所示。從上圖可知，汽輪機-凝汽機組的原有冷卻循環(huán)水系統(tǒng)不用做大的改動（非采暖工況運行），只是在凝汽器入口及出口管道上接入循環(huán)水供熱系統(tǒng)。循環(huán)水供暖系統(tǒng)包括熱網循環(huán)水泵、尖峰加熱器、凝汽器、除污器，以及補水系統(tǒng)和軟化水系統(tǒng)（或加藥系統(tǒng)）。供熱時將冷卻系統(tǒng)切斷，開啟供熱循環(huán)泵。經過熱用戶放熱后的采暖循環(huán)回水經過除污器除污，進入凝汽器吸收蒸汽凝結汽化潛熱后，由熱網循環(huán)水泵升壓，輸送至熱用戶，也可通過尖峰加熱器加熱后再輸送至熱用戶。循環(huán)水泵設置在凝汽器出口管側是為了防止凝汽器超壓。使凝汽器不承受較高的壓力，凝汽器所承受的是0.25Mpa左右的回水壓力，它和機組按額定工況運行時凝汽器所承受的循環(huán)水泵出口壓力基本相同。為了進一步保證系統(tǒng)安全，防止凝汽器超壓，在循環(huán)水泵入口母管上裝設重鍾式安全閥。同時，取自回水母管上的壓力信號自動開啟通往水塔的電動閥門，向水塔放泄。為保證凝汽器安全，通往水塔泄壓管可根據回水壓力和冷卻塔進水管高度采用敞開式，這也是最原始最可靠的安全措施，此時可不設安全閥。循環(huán)水泵出入口之間裝設了止回閥聯(lián)通管路，以防止發(fā)生事故時產生水錘。系統(tǒng)采用工業(yè)水作為補水定壓，定壓點為凝汽器入口循環(huán)水回水管道，靜壓定為0.25Mpa。或者采用旁通管定壓方式。為了防止熱用戶暖氣片和凝汽器鋼管結垢，影響傳熱效果。系統(tǒng)應設置水處理裝置。水處理方式可根據當?shù)厮|等具體情況，采用加藥水處理或設置全自動軟化水系統(tǒng)等方式。六、結論：循環(huán)