小型電廠余熱資源的有效利用分析

【摘要】本文以某熱電廠設計改造為例，通過對汽輪機熱力系統技術改造，調整汽輪機冷卻循環水運行參數，用于礦區職工家屬冬季建筑物采暖熱媒有效利用，提高了電廠整體熱循環效率，產生明顯的節能效益。

【關鍵詞】汽輪機；供熱系統；循環水供熱；余熱資源；熱能梯級利用

中小型熱電廠廠內的綜合熱效率僅為30%～40%，其中最大的就是汽輪機凝汽器的冷源損失，約占總損失的60%。如何降低冷源損失，提高全廠熱效率、達到節能挖潛的目的，是目前亟待解決的問題。我在承擔井陘礦務局新晶電廠設計改造工程工作中，提出采用汽輪機低真空循環水供熱改造的設計方案，該工程對汽輪機凝汽器及供熱系統的改造實施竣工完成后，新增供熱面積14.5萬米2，達到了設計預期的供熱效果和節能目的。

1. 循環水供熱的可行性分析

井陘礦務局新晶熱電廠的機組配置為2爐2機，總產汽能力為50t/h，發電能力為6 MW。利用循環水供熱，需在抽凝機組中進行。該廠2臺汽輪機均為抽凝機組，機組采用3臺玻璃鋼冷卻塔進行冷卻，由于當時設計位置的原因，積水池和冷卻面積偏小，冷卻效果本身就達不到設計要求，并且該廠所處的地區水質硬度非常大，必須用3臺風機進行連續不斷的強制通風，耗用大量的電能。盡管如此，通常循環水進出口溫差也只有3～5℃。另外，由于積水池有限，周圍環境條件又差，塔內沉積的泥土、雜質等來不及沉淀就回到循環水中，這些泥垢在凝汽器銅管內壁附著，致使銅管結垢，換熱效果差，排汽溫度升高（嚴重時高達60 ℃以上），形成換熱的惡性循環。為解決此問題，該廠每年必須對凝汽器銅管和冷卻塔填料進行清理，生產成本提高。如果使該機組利用循環水供熱，一是可以解決冷卻塔冷卻效果不良的問題；二是循環水采用較為潔凈的軟化水，防止了在凝汽器銅管內壁結垢的問題；三是有效地利用了電廠循環水的余熱，拆除原有的供熱鍋爐房。因此，在該電廠兩臺3 MW抽凝機組上實施改造是必要的。

1.13MW抽凝機組的技術參數。

型號：CN3-25/5 型；設計排汽溫度：36 ℃；設計排汽壓力：0.0059 MPa；設計真空值：-0.094 MPa；循環水流量：1 400t/h；熱網供水溫度：tg≈60℃；供水焓值：hg=251.5KJ/Kg；熱網回水溫度：th≈50℃；回水焓值：hh=209.3KJ/Kg；循環泵電機：30 KW2臺；冷卻塔風機：功率20KW，共2臺。

1.2計算數據。

（1）降低凝汽器真空，提高循環水溫度后的計算數據見表1。

（2）可以看出，如果將機組排汽溫度提高到70 ℃，機組的發電功率下降8.0%，就可將循環水溫加熱到60 ℃以上，盡管供水溫度不高，但采用低溫度大流量的方法，可滿足冬季采暖的需求。

1.3循環水供熱可帶采暖面積計算。

根據有關資料統計，該地區單位采暖面積所需熱量按60 W/m2；計算循環水放出熱量為8700KW；可供采暖面積為14.5萬m2。

根據理論計算，此方案是可行的。

2. 機組及管網的安全性分析

由于機組提高排汽溫度，降低凝汽器真空，改變了機組的設計運行參數，勢必對機組造成一定的影響，為保障機組安全，解決了以下問題。

2.1凝汽器承壓問題。

該電廠所處位置和所帶熱用戶高差較大，二者相差約20m，在保證采暖系統正常循環運行的情況下，回水壓力達0.3 MPa。而凝汽器的承壓能力只有0.2MPa，回水壓力超過了凝汽器承壓能力，是不能允許的，同時也為預防熱網突然解列等特殊情況的發生，為此設計改造采取了以下措施。

（1）熱水循環泵設在凝汽器出口管路側，以降低進入凝汽器的水壓力。

（2）在熱用戶回水管路上加裝減壓閥，保證回水壓力不超過0.2MPa。

（3）供熱循環水回路上安裝逆止閥，以防止突然停電和熱網解列對凝汽器的水擊發生。

從實際運行效果來看，這些措施的運用是成功有效的。

2.2銅管結垢問題。

雖然排汽溫度升高易引起銅管的結垢，但熱網循環水采用化學處理過的軟化水，硬

度降低且回水管路有除污器，水的品質有很大提高。相對于以前該機的循環水狀況來說，情況大大改善，結垢問題比以前減少。另外還定期用膠球清洗裝置對凝汽器進行清洗。

2.3供熱循環水補充水問題。

供熱循環水采用軟化水，在熱水循環泵站內安裝一套軟化水處理裝置、1臺凝結水箱和2臺補水泵，專門用于循環水補水，補水泵采用變頻控制，以便控制補水壓力恒定。

3. 采暖區域的選擇及改造

該工程改造比較簡便，供熱距離較短，壓損小，運行管理也比較方便。熱網切換由電廠人員直接負責，并且還可以保留此熱交換站做為緊急情況下的熱源補充。

綜上所述，此次循環水采暖面積達到14.5萬m2。

4. 循環水供熱系統故障的補救措施

采用凝汽機組的循環水供暖，需要機組穩定運行。如果機組由于種種原因造成停運，則循環水供熱所需的排汽熱源消失，循環水供熱達不到采暖要求，因此必須有循環水供熱系統故障時的補救措施。

（1）將原有換熱站供熱設備改造后，循環水供熱與交換站供熱設備并聯，可互為備用，互相切換；將循環水泵流量加大，功率由37KW增大到90KW，揚程提高到50m。

（2）機組啟停過程中，為保證供熱的穩定性，需要進行2個系統的切換。機組啟動前，采用交換站供熱系統進行供熱；機組正常帶負荷運行后，再逐漸切換到循環水供暖系統中。

（3）機組在低負荷運行時循環水溫升減小，不能保證供暖需求時，需要利用交換站內熱交換設備對系統進行二次補充加熱，以達到采暖水網的溫度要求。

（4）外界氣溫升高，回水溫度升高，不能滿足機組冷凝需要時，采用備用熱用戶切換的方法，將原換熱站供暖的用戶切換到循環水供熱系統中來；氣溫下降后再將這部分用戶切換回原換熱站，以保證機組出力。同時保留原冷卻塔系統，部分循環水還可以進入冷卻塔循環回路進行冷卻。

5. 經濟效益測算

5.1每年可多收熱費4.3 元/（m2·月）×4 月/a×25萬m2=199.4萬元/a。

5.2由于采用循環水供熱每年對電量產生的影響。

（1）每個采暖期少發電量為0.6KW·h×8.0×24×120=138.24萬KW·h。

（2）停用原2臺循環水泵及2臺冷卻塔風機少消耗電量為（30×2+20×2）×24×120=28.8 萬KW·h。

（3）新增循環泵電機多消耗電量為180×24×120=5.1 萬KW·h。

合計每年共損失電量=138.24-28.8.9+5.1=115.1萬KW·h，每KW·h電按0.45元計算，折合人民幣141.64×0.365=51.7萬元。

5.3汽機循環水補水量的差別。

原系統補水量1400×5%=70t/h，新系統補水量為22t/h，每小時節水48t，每個采暖期運行120d，水價按3元/t計算，每年可節約資金48×24×120×1=13.8萬元。

5.4綜合各項因素每年可多增加效益199.4-51.7+13.8=161.5萬元。

5.5此改造工程概算投資315萬元，工程的回收期2a。

6. 總結

綜上所述，汽輪機低真空循環水供暖技術可以實現能源的梯級利用，明顯提高電廠能源的綜合利用效率。實施對該電廠的設計技術改造， 通過降低凝汽機組真空，提高排汽溫度，利用循環水供熱來降低冷源損失，使小型熱電廠余熱資源得到最大限度利用，改造比較簡單，設備可以實現安全穩定運行，特別是節能效果顯著，經濟效益非常可觀，具有良好的推廣應用價值和發展前景，特別適用于現有煤礦運行的小型煤矸石電廠的供熱改造。