熱電廠低真空循環水供熱技術的分析與應用

周艷鈞　張　寒

（上海大屯能源股份有限公司發電廠，江蘇　徐州　221611）

熱電廠低真空循環水供熱技術的分析與應用

周艷鈞張寒

（上海大屯能源股份有限公司發電廠，江蘇徐州221611）

降低汽輪機冷源損失，提高企業經濟效益，是當前小型熱電機組亟待解決的問題。低真空循環水供熱，是提高熱電廠能源利用率和經濟效益的途徑。基于此，針對大屯熱電廠供熱發電機組進行低真空循環水供熱改造案例進行分析，發現投入應用取得了較好的經濟效益和環境效益。

熱電廠；低真空循環水供熱；改造方案

大屯熱電廠自2000年10月投產開始熱電聯產以來，其供熱范圍主要是公司中心區的采暖，但由于中心區的供熱負荷偏小，耗汽量較低，熱電廠不能按額定工況或產生最大效益的供汽量向外供熱，使全年平均熱電比和熱效率都低于國家標準數值，按照國家節能減排政策及有關規定，“以熱定電”，文件規定50MW以下的供熱是汽輪機組必須符合總熱效率年平均大于45%和熱電聯產的熱電比平均大于100%折兩項指標。熱效率或熱電比不達標的熱電機組即定性為小機組，不予發電量指標或給予關停。為增大企業效益，維持熱電廠的小機組能繼續運行，必須擴大對外供熱規模，實現或通過熱電聯產認定［1］。

大屯熱電廠承擔著公司建材廠、選煤廠、鐵路管理處生產生活用熱，同時擔負著大屯礦區中心區居民的冬季采暖。采用的是傳統抽凝蒸汽經熱網輸送至相關熱交換站，供熱用戶使用。隨著新城嘉苑、研發中心等新建建筑的相繼建成，熱電廠的4臺抽凝式汽輪機已經不能滿足新增建筑的集中供熱需求。為既能滿足企業新增建筑的集中供熱需求，又能達到企業節能挖潛的目的，降低冷源損失，經充分調研論證后，提出采用低真空循環水供熱技術實施。

1　低真空循環水供熱原理

熱力發電廠生產在完成能量轉換的過程中，有各種熱損失，其中汽輪機冷源熱損失最大，約占40%。汽輪機做功后，將乏汽排入凝汽器。汽輪機冷源熱損失主要產生于凝汽器中排汽凝結為水的過程，這部分熱量被循環水帶走，排入大氣，造成能量浪費。

低真空循環水供熱原理：適當調整汽輪機運行工作參數，降低汽輪機的真空度，提高汽機凝汽器的壓力和溫度，把汽機凝汽器作為表面換熱器，使循環水被加熱到能夠滿足熱用戶供熱的溫度（約60℃）后對外供熱。

發電廠采用循環水低真空供熱后，就將排入凝汽器的這部分低品位能量利用起來，給用戶供熱，大大減少直接用汽輪機抽汽給用戶供暖的高品位能量（蒸汽）的用量。

2　機組改造情況

2.1原汽輪機冷凝器參數

冷卻面積為1 400m2，水流道為雙流道雙流程，冷卻水入口設計溫度及允許最高進水溫度分別為20、33℃，循環水設計及允許最高溫升為8℃。

汽輪機型式為冷凝式，型號為C15-4.9/0.98。

2.2改造后設備要求達到的參數

冷卻面積為1 400 m2；水流道在供暖時為單道四流程流程，非供暖時為雙道雙流程；冷卻水入口設計溫度為46℃；冷卻水出口設計溫度為65℃。

汽輪機型式為冷凝式，型號為C15-4.9/0.98。

2.3設計方案

2.3.1原工況與供暖工況切換方式。沒有采暖要求時，關閉截止閥2、4，其余的打開，采用雙流道雙流程；當冬季有采暖要求時，去凝汽器的冷卻水不經過冷卻塔，關閉截止閥3、4、5，其余的打開，采用單流道四流程，以便提高冷卻水溫升，達到采暖要求。當汽機檢修時可打開4號閥排空管路內的積水（見圖1）。

2.3.2設計技術要求。為了滿足以上要求，需對汽輪機做相應檢查并更換以下部套。

圖1　供暖期和非供暖期循環水切換圖

①冷凝器（1 400m2）更換（管子選用316L型不銹鋼管）。冷凝管束材料的選擇一直存在著矛盾的兩方面。傳統的銅質材料導熱系數高，傳熱效果好，同等冷卻水條件下，冷凝器體積稍小。相比之下，光管不銹鋼材質，傳熱系數要小很多，傳熱效果稍差。但銅材質對冷卻水的水質要求高，含鹽含堿的冷卻水經常會銹蝕銅質管束，造成冷凝管束穿孔，破壞汽輪機組的真空度，對汽輪機的安全運行存有隱患。而隨著工業加工能力以及加工工藝的改進，將光滑不銹鋼管束做成帶有螺旋的“不銹鋼波紋管”，將冷卻水的層流狀態變為紊流，也即增加了總的傳熱系數。同時，不銹鋼材質的耐腐蝕性更優秀，并且相同壁厚情況下強度更好。故將不銹鋼（316L）波紋管應用于此次升級改造中。②增加膨脹節。冷凝器筒體上增加“波紋膨脹節”，因為材料延展性及線性膨脹系數方面，銅材質要大于不銹鋼材質。故若采用不銹鋼波紋管管束時，要選用增加波紋膨脹節來吸收材料受熱、冷卻時的熱脹冷縮量。排汽管處的膨脹節作用也亦然。另有做法是在冷凝器支座上增加彈簧結構。③增加旁通不銹鋼管（DN500，壁厚10mm，總長大約10m，具體視現場情況而定），增加2個電動閥門（該項由用戶自行采購）。④冬季供暖采用低真空運行，在機組能承受的情況下，增加排汽溫度。多余的熱量由循環水帶走，再在用戶端（熱用戶）放熱到環境中（室內），循環水冷卻后再流回冷凝器參與換熱，形成循環。

2.4額定工況設計

2.4.1夏季。進汽壓力為4.9Mpa（A），進汽溫度為435℃，抽汽壓力為0.98Mpa（A），調整抽汽量為50t/H，排汽壓力為0.008Mpa（A）。

2.4.2冬季。進汽壓力為4.9Mpa（A），進汽溫度為435℃，抽汽壓力為0.98Mpa（A），調整抽汽量為50t/H，排汽壓力為低真空運行。

3　低真空循環水供熱運行效果

2015-2016年供暖季節的試運，效果顯著。機組供熱平均溫度達58℃以上，向用戶供暖平均溫度可達55℃以上，比原來由加熱器加熱供暖節省蒸汽35t/h，同時避免了機組的排汽熱損失，提高了機組整體的熱利用率。機組可維持正常的負荷運轉，保持了發電量。一個供暖季供熱熱水折合蒸汽量20萬t（壓力0.25MPa、溫度250℃），直接創效益約3 000萬元左右。除減少熱量排放污染外，減少CO2、SO2排放帶來的環境污染，其社會效益不可估量。

據計算，低真空循環水供熱后，供熱標準煤耗率不變，發電標準煤耗率降低，供熱能力增加。熱電廠改造機組供熱標準煤耗率為39kg/GJ，2015年一季度發電標準煤耗率365g/kW·h，2016年一季度發電標準煤耗率為275g/kW·h，2016年發電量為2 489萬kW·h，這樣節約標煤2 240t，且2016年一季度供熱能力比2015年一季度供熱能力增加，凸顯了低真空循環水供熱系統的優勢。

4　結語

熱電廠低真空循環水供熱技術回收了大量的余熱，減少了燃料的消耗。低真空循環水供熱對提高熱電廠的能源綜合利用水平、改善環境、降低生產成本有著重要的意義。小型抽汽式汽輪機改造為低真空循環水供熱，不僅經濟效益、社會效益和環保效益十分明顯，更是小型熱電廠得以繼續生存和發展的重要途徑。

Analysis and Application of Low Vacuum Circulating Water Heating Technology in Thermal Power Plant

Zhou YanjunZhang Han
（Shanghai Datun Energy Co.Ltd.Power Plant，Xuzhou Jiangsu 221611）

It has become one of the key questions to be solved how to reduce the loss of steam turbine heat and improve the enterprise’s efficiency of economic efficiency.The low vacuum circulating water heating technology of the thermal power plant is a way to improve energy efficiency and economic efficiency. Based on this，low vacuum circulating water heating transformation case of heating units in Datun power plant was analyzed，it was found that the input application had achieved good economic benefit and environmental benefit.

thermal power plant；low vacuum circulating water heating technology；transformation scheme

TM621

A

1003-5168（2016）05-0134-02

2016-04-21

周艷鈞（1984-），女，碩士，工程師，研究方向：科技管理，發電廠節能研究。

［1］鄭體寬.熱力發電廠［M］.北京：中國電力出版社，1999.