常规热电厂综合热效率仅为30%~40%, 其余半数以上热量排放损失掉了, 尤其凝汽器的冷源损失较大, 大致占总损失的60%。
国内已有凝汽器循环水供热改造实例, 文献[1]、[2]分别介绍了机组循环水供热改造方法与安全性影响, 并对其产生的低真空现象给予论述。对于新建项目, 机组选型阶段同时考虑凝汽器循环水供热的较少, 本文结合实际项目给出其特点。
白俄罗明斯克市热电厂改造项目, 中国公司参与总包投标, 并委托白俄罗斯国家设计院设计, 电厂新增一台115MW超高压无再热机组, 带两级工业抽汽。汽轮机选型重视节能技术方案, 对比了总热量导向与总汽量导向两种方案, 通过选比过程了解中外汽轮机厂各自技术特点。
1 机组选型特点
汽轮机基本要求:两段抽汽凝汽式机组, 设计额定抽汽工况功率115MW, 主汽压力13MPa, 温度555℃, 高压抽汽70t/h, 参数为1.3MPa/240℃, 供工业用汽;低压抽汽220t/h, 参数为0.25MPa/127℃, 供取暖用汽。
汽轮机备选厂家包括德国西门子、俄罗斯列宁格勒金属动力机械公司、中国汽轮机厂家 (T公司) 。下表列出三家汽轮机厂在工业抽汽与供热供汽全投入工况比较表:
西门子汽轮机方案单缸六段抽汽式, 额定抽汽工况热平衡示意图如下:
冬季循环水热量完全供取暖用热, 并且取暖总热分两段抽出, 逐级加热热网水, 供暖方案设计注重热量导向, 而非单纯抽汽量主导。图中最后二段抽汽对应换热器DEH1与DEH2, 完成循环水逐级加热过程, DEH1换热器设计压力范围54.2kpa (g) ~-91 kpa (g) , DEH2换热器设计压力范围0.18Mpa (g) ~-66.3 kpa (g) , 额定抽汽工况末级换热器压力高于大气压, 处于背压机状态。在夏季工况, 供热停止, 循环水转为闭式循环, 凝汽器闭式水经换热器冷却降温后循环使用, 末级换热器处于真空凝汽状态运行。
列宁格勒金属动力机械公司汽轮机三缸七段抽汽式, 采暖热源同样采用两段抽出, 逐级加热管网水, 凝汽器在工业抽汽与采暖供汽投入工况下, 凝汽器通正常冷却水系统, 凝汽器在高真空状态运行;在工业抽汽不投入, 采暖供热量较大时低压缸进汽控制阀关小, 此时进入凝汽器汽量较小, 凝汽器切换为闭式管网水运行, 凝汽器维持低真空状态运行。图如下:
中国T汽轮机厂为国内较常见双缸六段抽汽方案, 与国内再热135MW机组设计类似。由于第二段采暖抽汽量较大, 抽汽点后蒸汽流量降低, 为降低鼓风摩擦损失并控制最小冷却流量, 采用分缸布局方案。凝汽器内乏汽热量完全被冷却水吸收后排放, 未回收利用。各级换热器未配置蒸汽或疏水冷却段, 疏水回收完全采用疏水自流方式, 稳定性较好, 但经济性不如上述两方案。
2 循环水供热设备特点及节能估算
两国外汽轮机厂家方案, 均涉及到循环水供暖, 但方案各自存在特点。
西门子汽轮机排汽及相邻抽汽分别进入两卧式管式换热器, 其功能相当于凝汽器, 排汽背压跨大气压, 工业抽汽投入运行时末级换热器内表压为54kpa (g) , 而纯凝汽工况时, 末级换热器内表压为-86kpa (g) 。换热器预留不凝结气体抽出口, 配置抽气设备。
列宁格勒金属动力机械公司汽轮机排汽进入凝汽器, 该凝汽器由三部分组成, 两侧各一组管式换热器通循环冷却水, 中间一组换热器通闭式管网水, 额定抽汽工况, 凝汽器两侧通循环水运行, 中间一组换热器停运;在高压工业抽汽停运, 管网水最大热负荷状态下, 两侧循环水停运, 投运中间组管网水换热器, 作为两级热网换热器的前置换热器, 此时采暖供热方案与西门子系统类似, 无循环水热损失。该组合式凝汽器额定抽汽工况条件下工作表压为-52kpa (g) , 为低真空运行环境。该复合式凝汽换热器设计, 对凝汽与供热换热器采用分离独立式布局, 切换互不干扰, 但稍显笨重, 较为符合俄罗斯设备特点。简图如下,
中国T汽轮机设备厂家虽未直接给出配套循环水供热解决方案, 但根据国内项目改造经验, 在管网水系统流程上接近西门子做法, 但调控方面需维持低真空运行, 类似俄罗斯机组特点, 需注重长期低背压环境末级叶片结构改进。
以额定抽汽工况为依据, 折算为标准煤, 列宁格勒金属动力机械公司损失标煤182kg/d, 中国T汽轮机厂损失标煤209t/d, 西门子汽轮机余热全部利用。
3 结语
通过国外项目汽轮机选型, 初步了解循环水余热利用型汽轮机特点, 尤其西门子汽轮机设计排汽压力跨大气压, 国内不常见。国内循环水供热改造项目有范例, 但均是低真空运行, 汽轮机本身结构没有针对性设计, 尤其对于新建项目结合设备选型考虑的循环水供热例子较少。
另外, 国内汽轮机设计选型往往注重汽轮机抽汽量满足要求要求, 而国外则注重总热量满足, 存在方向性差异。从综合乏余热利用角度看, 国外厂家具备明显技术优势。
摘要：降低抽凝机组循环水热损失是热电厂提高效率的有效方法。针对新建项目, 从汽轮机选型开始, 考虑循环水供热方案, 降低运行成本。对中外汽轮机方案比选, 注重采暖供汽的热量输出导向, 而非定参数汽量输出, 是循环水供热余热回收的有效途径。
关键词：汽轮机选型,循环水供热,余热回收
参考文献
[1] 张秀琨, 郑刚, 刘传威, 高安国, 抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用[J]上海电力学院学报2009, (12) :543-546.
[2] 郑杰, 汽轮机低真空运行循环水供热技术应用[J]节能技术2006, (7) , 第4期:380-382.