龐建鋒 李開(kāi)創(chuàng)

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低真空循環(huán)水供熱節(jié)能分析

龐建鋒 李開(kāi)創(chuàng)

為研究聯(lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷工況下低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)節(jié)能效果，進(jìn)行性能試驗(yàn)。從余熱量、機(jī)組背壓、對(duì)比抽汽供熱等多個(gè)方面進(jìn)行分析和計(jì)算，試驗(yàn)表明低真空循環(huán)水供熱技術(shù)節(jié)能效益顯著。

一般的聯(lián)合循環(huán)電廠機(jī)組冷凝熱通過(guò)涼水塔或空冷島直接排入大氣，這部分能量占一次能源總輸入熱量的30%以上，造成低品位余熱浪費(fèi)嚴(yán)重。低真空循環(huán)水供熱技術(shù)作為一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)近年來(lái)得到廣泛的普及，對(duì)于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組來(lái)說(shuō)，機(jī)組本身為調(diào)峰機(jī)組，供暖季負(fù)荷達(dá)不到額定負(fù)荷（一般50%至60%），使得低真空循環(huán)水供熱潛力不能發(fā)揮至最大。

本文針對(duì)某型200MW聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組為例進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)運(yùn)行實(shí)際工況時(shí)低真空循環(huán)水供熱技術(shù)節(jié)能效果分析，并提出運(yùn)行的指導(dǎo)意見(jiàn)。

低真空循環(huán)水供熱性能試驗(yàn)

機(jī)組概況

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組等級(jí)為200MW，其中燃?xì)廨啓C(jī)為PG917E型機(jī)組，額定功率135MW；汽輪機(jī)為雙壓、沖動(dòng)、單排汽、單軸、可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)，額定功率為65MW，額定抽汽量為120t/h；凝汽器排汽溫度不超過(guò)80℃，水側(cè)設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa。低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，機(jī)組排汽溫度升高，背壓相應(yīng)增大，根據(jù)汽機(jī)廠家要求，運(yùn)行時(shí)機(jī)組背壓最高為25kPa，即最高排汽溫度為65℃，因此對(duì)應(yīng)低真空循環(huán)水供熱工況凝汽器最高出口水溫為63℃，此時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度不宜超過(guò)56℃。

低真空性能試驗(yàn)簡(jiǎn)介

為了對(duì)實(shí)際工況下低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)分析，本次試驗(yàn)?zāi)康挠幸韵聨c(diǎn)：1）考核工況下（背壓15.9kpa）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)回收的余熱量，2）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)背壓的變化對(duì)機(jī)組發(fā)電的影響，3）比較低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)與常規(guī)抽汽供熱系統(tǒng)的優(yōu)劣。

本次試驗(yàn)期間燃機(jī)的負(fù)荷在維持在50%（66MW）負(fù)荷，熱網(wǎng)水的流量維持在采暖季平均水平3740.5t/h ，試驗(yàn)過(guò)程中控制乏汽的排氣溫度不高于63℃，所對(duì)應(yīng)的真空度為22.7KPa。試驗(yàn)工況分8個(gè)工況進(jìn)行，每個(gè)工況保持時(shí)間2h，其中低真空循環(huán)水供熱不同機(jī)組背壓的4個(gè)工況，退低真空投抽汽供熱3個(gè)工況，退低真空和抽汽的純凝1個(gè)工況，另外工況TO1、TO2下的供熱量分別與工況TO5、TO6下的供熱量相同，詳見(jiàn)表1。

表1　低真空熱力試驗(yàn)內(nèi)容

考核工況下性能

考核工況主要是對(duì)機(jī)組背壓為15.9kPa的T02工況和純凝工況T08的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　低真空供熱機(jī)組試驗(yàn)主要計(jì)算結(jié)果（考核工況）

由表2可知在T02工況下，機(jī)組背壓15.9KPa下的在低真空循環(huán)水供熱回收的乏汽余熱量為53.07MW，熱網(wǎng)水流量在3740.5t/h下的溫升為12.2℃。對(duì)比純凝工況T08，低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)導(dǎo)致機(jī)組背壓升高約4kPa，影響機(jī)組發(fā)電量約1.1MW，但是由于吸收了乏汽余熱量53.07MW，總體來(lái)說(shuō)，低真空獲得較大的收益，并使機(jī)組熱效率從29.7%增加至63.7%。

表3　不同背壓下的低真空循環(huán)水供熱熱力性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

背壓對(duì)機(jī)組的影響

在投運(yùn)低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)時(shí)，分析不同背壓（工況T01、T02、T03、T04）情況下對(duì)機(jī)組的影響，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3可知在保持#4燃機(jī)負(fù)荷不變（66MW）的情況下，隨著#4汽機(jī)背壓的升高，背壓由13.4kPa升至22.7kPa，升高9.3 kPa；#4汽機(jī)發(fā)電量由T01的46.614MW降至T04的41.752MW，發(fā)電量下降4.862MW；供熱量由T01的38.873 MW升高至 T04的92.95 MW，供熱量增加54.22MW；機(jī)組背壓升高1kPa， 降低#4汽機(jī)發(fā)電量約0.523 MW，增加供熱量約5.83MW，按上網(wǎng)電價(jià)0.65元/kwh折算影響發(fā)電收益為340元/h，按熱價(jià)50元/GJ折算增加供熱收益為1049元/h；綜合來(lái)說(shuō)，雖然背壓升高影響了部分的發(fā)電量和發(fā)電收益，但是增加供熱量和收益較為明顯。

圖1至4分析了不同背壓下低真空循環(huán)水供熱溫升和吸熱量、汽機(jī)的試驗(yàn)熱效率、汽機(jī)的試驗(yàn)熱耗、汽機(jī)的負(fù)荷等方面的趨勢(shì)分析。圖1中可以看出，在燃機(jī)負(fù)荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740.5t/h的情況下，汽機(jī)背壓越高，熱網(wǎng)水的溫升和吸熱量也越大，在機(jī)組背壓22.7KPa時(shí)回收的余熱量達(dá)到92.95MW；隨著汽機(jī)背壓的升高，實(shí)現(xiàn)提取循環(huán)水的余熱進(jìn)行供熱的目的，這時(shí)汽機(jī)的熱效率隨著背壓的升高而顯著提高，相應(yīng)的熱耗下降也特別明顯，由圖2和圖3中可知，在背壓由13.4KPa提升至22.7KPa過(guò)程中，汽機(jī)試驗(yàn)熱效率由55.3%提高至88.3%，試驗(yàn)熱耗由8926.54 KJ/ KWh顯著下降至5127.327 KJ/KWh；在獲得好處的同時(shí)，相應(yīng)背壓的提高對(duì)汽機(jī)的發(fā)電會(huì)產(chǎn)生影響，圖4反映了不同背壓下汽機(jī)發(fā)電負(fù)荷的變化，圖中可知背壓由13.4KPa提升至22.7KPa時(shí)，汽機(jī)負(fù)荷46.614MW下降至41.752MW。

低真空技術(shù)對(duì)比常規(guī)抽汽供熱技術(shù)優(yōu)勢(shì)

圖1　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱的熱網(wǎng)水溫升和吸熱量（燃機(jī)負(fù)荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

圖2　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對(duì)汽機(jī)試驗(yàn)熱效率的影響（燃機(jī)負(fù)荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

為了比較低真空循環(huán)水供熱技術(shù)與常規(guī)抽汽供熱技術(shù)的優(yōu)劣，試驗(yàn)中增加在供熱量相同時(shí)，低真空循環(huán)水供熱工況TO1、TO2對(duì)比對(duì)應(yīng)的抽汽供熱工況TO5、TO6，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

分析表4，可知在機(jī)組背壓13.4kPa低真空供熱時(shí)，可吸收余熱38.3MW用于供熱；當(dāng)采用抽汽供熱相同的供熱量38.3MW時(shí)，需要59.96t/h抽汽量，因此低真空相比抽汽供熱，由于節(jié)省抽汽而使得機(jī)組多發(fā)電6.308MW；同樣在機(jī)組背壓15.9kPa低真空供熱時(shí)，比抽汽供熱節(jié)約抽汽84.4t/h，可節(jié)約抽汽使機(jī)組多發(fā)電7.785MW。

表4　低真空供熱與抽汽供熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)200MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)性能試驗(yàn)，從余熱量、背壓、抽汽供熱比較等多個(gè)方面進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論。

1）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，背壓變化會(huì)影響發(fā)電量，在燃機(jī)負(fù)荷50%，熱網(wǎng)水流量3740.5t/h時(shí)，機(jī)組背壓升高1kPa， 降低#4汽機(jī)發(fā)電量約0.523 MW，同時(shí)增加供熱量約5.83MW，考慮價(jià)格因素增加供熱收益約為1049元/h，供熱收益顯著。

2）在供熱量相同時(shí)，低真空供熱系統(tǒng)相比抽汽供熱，可節(jié)約抽汽使得機(jī)組多發(fā)電，在考核工況即機(jī)組背壓15.9kPa下，可節(jié)約抽汽使機(jī)組多發(fā)電7.785MW。

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)分析，低真空循環(huán)水供熱相對(duì)于常規(guī)供熱方式具有較大的優(yōu)勢(shì)，在能保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的前提下，盡可能提高機(jī)組背壓，使得收益最大化。

圖3　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對(duì)汽輪機(jī)熱耗的影響（燃機(jī)負(fù)荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

圖4　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對(duì)#4汽機(jī)負(fù)荷的影響（燃機(jī)負(fù)荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

龐建鋒 李開(kāi)創(chuàng)

華電電力學(xué)院研究院

龐建鋒，男，碩士，工程師，華電電力科學(xué)研究院，主要從事電廠供熱系統(tǒng)研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.002