200MW聯合循環機組低真空循環水供熱性能試驗研究

李開創，龐建鋒，趙明德

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

200MW聯合循環機組低真空循環水供熱性能試驗研究

李開創，龐建鋒，趙明德

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

針對200MW聯合循環機組利用低真空循環水供熱進行性能試驗，并分析其經濟性。試驗結果表明當機組背壓15.9kPa時的低真空供熱和抽汽供熱提供相同的供熱量53MW，低真空循環水供熱相對于抽汽供熱增加機組發電量8.849MW。不同背壓下的低真空循環水供熱對機組的影響進行了試驗，分析了機組不同背壓對熱網水溫升、熱網水吸熱量、汽輪機熱效率、汽輪機熱耗和影響汽輪機發電量的影響。

機組背壓；低真空循環水供熱；余熱回收；性能試驗

0　引言

目前，熱電聯產企業普遍存在的一個現象，汽輪機運行過程中產生的熱量和汽輪機排汽中的熱量靠循環水帶到冷卻塔排掉，大量余熱白白浪費[1]，其中凝汽器的冷源損失最大，約占總損失的60%[2]。在熱電廠中，利用凝汽式供熱機組排汽的汽化潛熱加熱熱網循環水直接供熱，既能在現有設備的基礎上增加熱電廠的供熱能力，又能減少汽輪機組的冷源損失，實現了能的梯級利用，是一項節約能源、改善環境、深化熱電聯產的有力措施[2]。我國在多個省份先后進行了此類低品位余熱利用工程改造，并取得了顯著的節能效果[3～5]。本文針對某200MW聯合循環機組低真空循環水供熱進行了性能試驗，根據試驗數據分析計算了不同機組背壓對循環水供熱的影響以及分析了低真空循環水供熱的經濟性，進一步說明低真空循環水供熱的節能效益。

1　系統簡介

某2×200MW級燃氣—蒸汽聯合循環供熱機組的系統見圖1，燃氣輪機為PG9171E型燃機，汽輪機組為次高壓無再熱抽凝式型號為LCZ60-5.8/0.98/0.58，余熱鍋爐為雙壓無補燃臥式鍋爐型號為QFJ-60-2-10.5。

低真空循環水供熱是采用熱網供熱循環水作為凝汽器的循環冷卻水來冷卻汽輪機排汽，充分有效的利用汽輪機排汽汽化潛熱，而熱用戶的采暖散熱器代替了電廠冷卻塔作冷卻設備。聯合循環機組汽輪機低真空改造之后的最高運行背壓為25kPa，即最高排汽溫度為65℃。相應的，低真空循環水供熱工況凝汽器最高出口水溫為63℃，此時熱網循環水回水溫度不宜超過56℃。

圖1　聯合循環機組系統圖

圖2　低真空循環水供熱的系統圖

低真空循環水供熱的系統如圖2所示，2套聯合循環機組的2臺汽輪機組都進行了低真空改造。機組運行時，根據熱網循環水的流量選擇是流經凝汽器的單側還是雙側。本實驗為了研究低真空循環水供熱對機組的影響，選擇2號聯合循環機組2號汽輪機作為試驗對象進行研究，試驗中受制于熱網循環水的流量較低，2號凝汽器的一側流經熱網循環冷卻水，另一側流經冷卻循環水。由于2套聯合機組循環冷卻水是連通的，在試驗過程中也需要研究1號聯合循環機組的相關運行數據。

2　試驗說明

2.1試驗標準

GB6422－2009《用能設備能量測試導則》

GB2587－2009《用能設備能量平衡通則》

GB/T8117.2－2008汽輪機熱力性能驗收試驗規程。

2.2試驗基準說明

試驗期間受到負荷調度的影響，1號燃機負荷維持在63.4MW，2號燃機的負荷在維持在50%（約66MW），熱網水的流量以采暖季的熱網水量3740.5t/h為基準維持不變。

2.3試驗測點

主要試驗測點為凝汽器入口熱網水母管壓力和溫度，凝汽器出口熱網水母管壓力和溫度，熱網水的流量，凝汽器真空度，主汽、補汽、抽汽和凝結水的壓力、溫度和流量。熱網水流量測量采用便攜式超聲波流量計PORTAFLOW測量，主汽、補汽、抽汽和凝結水流量采用現場安裝的標準孔板流量計測量。壓力測量采用精度為0.075級的ROSEMOUNT3051型絕對壓力變送器或表壓變送器測量。溫度測量采用ROSEMOUNT或NANMAC精密級E型熱電偶。熱電偶補償導線為精密級導線，冷端在數據采集系統中進行自動補償。

數據采集采用英國施倫伯杰公司生產的IMP分散式數據采集系統，配備高性能便攜式計算機，自動記錄壓力、差壓、溫度等測量值，并進行相應數據的修正處理。

2.4試驗工況

根據現場條件試驗共完成試驗工況6個，其中低真空循環水供熱不同機組背壓的4個工況，退低真空投抽汽供熱1個工況，退低真空和抽汽的純凝1個工況，見表1。

表1　低真空熱力試驗內容

2.5計算公式

2.5.1熱網水熱量計算公式

式中Qa—熱網水的總熱量，MW；

m1—熱網水總流量，kg/s；

h2，h1—熱網水供回水焓值，由對應的壓力和溫

度查表出，kJ/kg。

2.5.2汽輪機試驗熱效率計算公式

式中η—汽輪機熱效率，%；

Qg—抽汽供熱熱量，MW；

Qd—低真空循環水供熱熱量，MW；

P—汽輪機發電量功率，MW；

QZ—進入汽輪機的總熱量，MW。

2.5.3汽輪機試驗熱耗率計算公式

式中Gms，Ims—主汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Glh，Ilh—低壓補汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gfw，Ifw—最終給水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gch，Ich—給泵前流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gss，Iss—過熱器減溫水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Grs，Irs—凝結水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gx—熱網循環水流量（kg/h）；

Ix1，Ix0—熱網循環水出水焓（kJ/kg），熱網循環水進水焓（kJ/kg）；

Gchou，Ichou—采暖抽汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gb，Ib—凝汽器補水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Pe—發電機輸出功率，kW。

3　結果分析

3.1不同背壓下低真空循環水供熱熱力性能分析

通過對不同背壓（T01工況、T02工況、T03工況、T04工況）下低真空循環水供熱對對機組影響的試驗，分析結果如圖3～圖5所示。

不同背壓低真空循環水供熱對熱網水溫升和吸熱量的影響如圖3所示。汽輪機背壓越高，熱網水的溫升和吸熱量也越大，在機組背壓22.7kPa時可回收的余熱量達到92.95MW。機組背壓每增加1kPa，熱網水的溫升增加1.37℃，熱網水的吸熱量增加5.97MW。

圖3　不同背壓低真空循環水供熱對熱網水溫升和吸熱量的影響

圖4　不同背壓低真空循環水供熱對汽輪機熱效率和熱耗的影響

圖5　不同背壓低真空循環水供熱對汽輪機負荷的影響

不同背壓低真空循環水供熱對汽輪機熱效率和熱耗的影響如圖4所示。隨著汽輪機背壓的升高，實現提取循環水的余熱進行供熱的目的，這時汽輪機的熱效率隨著背壓的升高而顯著提高，相應的汽輪機熱耗下降也特別明顯，在背壓由13.4kPa提升至22.7kPa過程中，汽機試驗熱效率由55.3%提高至88.3%，試驗熱耗由8926.54kJ/kWh顯著下降至5127.327kJ/kWh。通過對試驗數據的擬合，機組背壓每增加1kPa，汽輪機熱效率增加3.63%，汽輪機的熱耗降低418kJ/kW。

低真空循環水供熱獲得好處的同時，相應背壓的提高對汽輪機的發電會產生影響，圖5反應了不同背壓下2號汽輪機發電負荷的變化，圖中可知背壓由13.4kPa提升至22.7kPa時，汽機負荷46.614MW下降至41.752MW，機組背壓每增加1kPa，汽機負荷降低0.534MW。

3.2不同運行方式對比工況的性能分

對比試驗的工況為T02、T05和T06，通這三種工況的試驗結果分析見表2。在T02工況下，機組背壓15. 9kPa低真空循環水供熱回收的乏汽余熱量為53.07MW。T05工況為退低真空投抽汽供熱，熱網水所獲得熱量與T02工況相同，所需要的抽汽量為84.4t/h。T02對比T05工況，2號汽機低真空供熱較抽汽供熱背壓提高影響發電量，但同時減少相應的抽汽量實現多發電，這兩部分發電量之和7.822MW；對1號汽輪機來說，由于這兩個工況下循環水流量的不同造成1號汽輪機的背壓降低，使得1號汽輪機的發電量增加1.027 MW。綜合1號和2號汽輪機的影響發電量增加為8.849 MW。

由表2中可以知道，T02工況下的汽輪機的熱效率為63.7%，T05工況下的汽輪機的熱效率為58.1%，T06工況下的汽輪機的熱效率為29.7%，說明低真空循環水供熱下的汽機熱率相對于抽汽工況和純凝工況有大幅度的提高。T02、T05和T06時的汽機熱耗分別為8045.141kJ/kWh、9890.867kJ/kWh和12104.419 kJ/kWh，說明低真空循環水供熱可以使汽輪機的熱耗大幅度的降低。上述情況的主要原因是低真空循環水供熱回收了部分汽輪機的排汽損失，大大減少了排汽損失。

表2　對比性能試驗主要結果

3.3經濟性分析

低真空供熱系統投運替代了部分抽汽，節約的抽汽在汽輪機繼續做功，按機組考核工況背壓為15.9kPa工況測算（見表3），在供熱量相同的情況下，低真空循環水供熱較抽汽供熱工況增加發電量8.849MW，每天實現收益13.80444萬元，若按低真空供熱運行120d計算，一個采暖季可實現收益1656.533萬元。

4　結語

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。通過對200MW聯合循環機組的低真空循環水供熱試驗可以知道，相對于相同供熱量的抽汽工況增加了機組發電量，實現年收益的增加。同時提高汽輪機熱效率，降低汽輪機熱耗。

低真空供熱技改項目系統改造比較簡單，設備安全穩定運行，改造后對機組減少冷源損失、提高供熱能力，提高電廠總效率非常有益。實施后達到預期的節能減排效果，利國利民。

表3　低真空循環水供熱投運經濟效益分析

[1]考芳.小型凝汽式汽輪機低真空運行循環水供熱改造[J].山東電力技術，2013，174（3）：46～48.

[2]張秀琨，鄭剛，等.抽凝機組低真空循環水供熱技術分析與應用[J].上海電力學院學報，2009，25（6）：543～546.

[3]徐金源，張新隆，艾保國.汽輪機排汽余熱的回收利用[J].黑龍江電力，2010，32（3）：237～238.

[4]王方明，李雪松，王磊.小型凝汽式汽輪發電機組低真供熱技術研究[J].包鋼科技，2012，38（1）：46-48.

[5]張勝華，張勝強.雙抽汽輪機低真空供熱改造[J].電站系統工程，2014，30（2）：52，53.

Experimental Study on Low Vacuum Circulating Water Heating Performance of 200MW Combined Cycle Unit

LI Kai-chuang，PANG Jian-feng，ZHAO Ming-de

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The performance test of low vacuum circulating water heating for 200MW combined cycle unit is carried out，and its economic performance is analyzed.The experimental results show that provide the same heating load amount of 53MW by low vacuum circulating water heating for 15.9KPa of unit backpressure and steam heating，low vacuum circulating water heating relative to the pumping steam heating to increase the generating capacity of 8.849MW.Experiment of low vacuum circulating water heating under different backpressure，analysis of the different backpressure on the heating water temperature rise，heat absorption of heat water，steam turbine thermal efficiency，heat consumption of steam turbine and the influence of the influence of steam turbine power generation.

back pressure of steam turbine；low vacuum circulating water heating；waste heat recovery；performance test

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.003

T621.4

B

2095-3429（2015）05-0011-04

李開創（1987-），男，安徽宿州人，碩士研究生，工程師，從事電廠余熱回收利用技術研究工作。

2015-08-18

2015-09-23