汽輪發電循環水供熱技術在干熄焦中的可行性分析

于守立 王莉

1 前言

凝汽式汽輪機改低真空運行供熱，在我國北方采暖地區火電廠應用較廣泛。但在干熄焦余熱發電項目中還未得到廣泛應用（據了解，目前全國只有山東某單位運行）。

凝汽式汽輪機改低真空運行供熱，基本上消除了電廠的冷源損失，可使凝汽式汽輪機的熱效率由原來的接近40%提高到90%以上。同時，由于低真空運行只是汽輪機的特殊變工況，因此，對汽輪機本體改動不大，在低真空運行和正常額定純凝汽工況運行之間，可以很方便的轉換。但是，凝汽機組在低真空運行期間，其發電量受供熱量大小的直接影響。同時，在干熄焦余熱發電項目中因汽機低真空運行，凝結水溫度升高，造成進入熱管換熱器（或副省煤器）的凝結水由正常的40℃上升至70℃以上。所以，冬季采暖期間需要加大氣料比來保證熱管換熱器（或副省煤器）出口循環氣體溫度。

汽輪機循環水冬季供暖扣除發電量的損失、維修費用以及供熱時的熱損耗，其經濟效益仍非常可觀。

2 火電廠循環水供熱原理及應用

凝汽式汽輪機改低真空運行供熱，簡而言之就是把熱用戶的暖氣片當作冷卻設備使用。機組本體無大的改造，只是將凝汽器入口管和出口管接入循環水供熱系統。循環水經凝汽器加熱后，由熱網泵將升溫后的熱水注入熱網。為加大供熱能力，可在凝汽器出口之后加裝尖峰熱網加熱器，利用新蒸汽或其它熱源加熱熱網水。為保證機組低真空的安全運行，在熱用戶處要采取適當的措施，使熱網回水溫度一般低于50℃。

現以沈陽電廠N25-3.43型汽輪機（中溫中壓機組）低真空運行實踐為例，對低真空運行機組的系統和結果做如下介紹：

表1 N25-3.43型汽輪機設備概況

沈陽某電廠兩臺N25-3.43型汽輪機，冬季改低真空運行，其機組的循環水系統勿需做大的改動，只是在凝汽器入口管和出口管上接入循環水供熱系統。二臺機的循環水經凝汽器加熱后，引至聯絡管進入熱網水泵升壓。

升壓后的循環水，既可直接輸送至熱用戶，也可通過尖峰熱網加熱器加熱后輸送至熱用戶。

熱網水泵出入口之間裝了再循環管，作啟動試運行時再循環使用。

循環水泵出口門未加堵板，機組低真空運行利用循環水向外供熱時，只需切換閥門，不必停機。

熱網水泵裝在凝汽器出口管路側（布置在汽機房0m標高位置）使凝汽器不承受較高的壓力，凝汽器所承受的是0.1MPa左右的采暖回水壓力，它和凝氣發電時承受的循環水泵出口壓力基本相當。

為防止熱用戶暖氣片和凝汽器銅管結垢，影響傳熱效果，補充水應采用化學軟化水。

補充水按供水量的3%考慮。另外還接入了工業水，作事故緊急補水，其水量為總供水量的3%。所有補充水（化學軟化水、工業水）都接到凝汽器入口側。

改機的冷油器和空氣冷卻器所用的冷卻水，當一臺機組供熱時，由另一臺機組的循環水供給；當兩臺機組供熱時，單獨為此設置三臺離心泵，其中一臺備用，供冷油器、空氣冷卻器用；原有的冷卻塔水池作為循環水的涼水池。

回水壓力：需考慮凝汽器的阻力損失，凝汽器循環水出口頂高度，熱網水泵的入口阻力損失，回水壓力必須保證熱網水泵的正常供水的壓力。

表2 N25-3.43型機組技術經濟指標比較詳見表

N25-3.43型汽輪機改循環水供熱后，使熱電廠的燃料利用系數由凝氣發電時的26%，提高到87%。

3 干熄焦系統采用循環水供熱技術的可行性分析

干熄焦系統中因其蒸汽產量的不穩定性以及汽機凝結水還需冷卻循環氣體的特殊性，所以相對于火電廠來說增加了一定的操作難度，與火電廠汽機循環水供熱的原理是一致的。

現就河北某單位160t/h干熄焦工程中C25-8.83/0.981型汽輪機作如下分析：

本工程建設汽輪發電站一座與160t/h干熄焦相配套，根據建設方要求，正常情況下干熄焦鍋爐所產蒸汽全部用于發電，當廠區管網供汽故障時，汽機需抽P=0.981MPa蒸汽50t/h，故汽機選型為抽凝式，但一般正常情況下汽機按純凝工況運行。為此，汽輪發電站內設1臺C25-8.83/0.981抽凝汽式汽輪發電機組，N=25000kW，相應地配置了1臺QFW-25-2型發電機，其額定功率N=25000kW，額定電壓U=10.5kV。

根據當地供熱緊張的情況，汽輪機凝汽器的循環水按供暖設計，供水溫度按70℃設計、回水溫度按60℃設計。各經濟參數計算如下：

（1）非采暖期間，純凝運行發電量為：84000/3.6=23333kW/h

（2）采暖期間發電量為：23333kW/h-84×[1000×（ik-i）/3600]×1.05

=23333-84×[（2635.391-2561.591）/3.600]×1.05

=21525kW/h

其中ik-75℃時（壓力0.0385MPa）飽和蒸汽焓值；i-壓力0.005MPa時（溫度為33℃）飽和蒸汽焓值。

（3）循環水量計算

DC（hc-hc1）=Dw（hw2-hw1）則 Dw=84000 ×2321.455/41.87=4657325kg=4657.325t

其中 DC：蒸汽流量 kg/h；Dw：冷卻水量、hc：排氣焓值；hc1飽和凝結水焓值；hw2：冷卻水出口焓值；hw1：冷卻水進口焓值。

（4）供熱量計算

G=Dw×41.87=195002220kJ

（5）供熱面積計算

A=G×（1-0.05）/75W×3.6kJ/W=722230m2（居民建筑物，如給工業建筑物供熱則面積減半）；

本站汽輪發電機組的檢修與對應干熄焦鍋爐同步，即每臺汽輪發電機組年運行時間為8280h，檢修時間為480h。

圖1 循環水供熱原則性系統圖

4 結論

綜上汽輪機循環水冬季供暖經濟效益非常可觀，扣除發電量的損失、維修費用以及供熱時的熱損耗，每個冬季都可盈利過千萬元。

根據相應帶來的影響建議如下：

（1）供熱循環水溫度不要太高，最好運行時控制在60℃供熱，50℃回水。

（2）采暖期過后汽輪機需要大修時最好安排與干熄焦大修同步進行。