高溫高壓機組高背壓供熱的效益分析

范增社，屠 珊，杜 洋，唐玉麟，杜海濱

(1.陜西電力設計院，陜西 西安 710054；2.西安交通大學，陜西 西安 710049)

凝汽式高溫高壓機組的效率30%～40%，占機組總損失60%的熱量以冷源損失被白白浪費。為減少這一損失，汽輪機的發展經歷了回熱抽汽、背壓式、高背壓供熱、熱泵技術四個階段。高背壓供熱是通過提高汽輪機的排汽壓力，從而提高排汽溫度，最終提高循環水的出水溫度實現向熱用戶供熱，提高機組的經濟效益。此外，采用高背壓供熱替代供暖小鍋爐，可減少大氣污染，具有一定的節能和環保意義。

高背壓使得機組長期處于變工況運行，會對其功率、效率和推力產生影響。當背壓不高于47kPa，對應的排汽溫度不大于80℃時，高背壓運行的軸向推力可以滿足汽輪機的要求。

1 供熱方案

高背壓循環水供熱系統見圖1。

圖1 循環水供熱系統

通常建筑物的采暖熱媒按供/回水溫度95℃/70℃設計。高背壓供熱的運行方式根據熱負荷曲線特性，采用調質方式滿足不同階段的用熱需求。在供暖初期及末期，熱源采用循環水向熱用戶直接供熱，供/回水溫度65℃/55℃，不能滿足時投入尖峰加熱器加熱循環水向熱用戶供熱，供/回水溫度80℃/55℃。

2 50MW機組各工況熱力計算

2.1 額定工況

額定工況采用回熱系統熱平衡法。當冷卻水溫為20℃時，背壓值0.0046MPa，經計算的熱力特性數據詳見表1。

表1 熱力特性數據

續表1

2.2 變工況

變工況采用簡便的近似熱力計算法。當背壓升高到0.032MPa時，經計算的熱力特性數據詳見表1。

當背壓從0.0046MPa升高到0.047MPa時，根據計算結果繪制的背壓－流量、背壓－熱耗率和背壓－煤耗率等曲線，見圖2～圖4。

圖2 背壓－流量曲線

由圖2可以得出，當背壓值升高時機組的給水量和排汽量也隨之升高，假定排汽溫度保持不變的話，通過凝汽器進入熱網的熱量增加。也就是說，提高機組背壓，供熱能力增大。

圖3 背壓－熱耗率曲線

圖4 背壓－煤耗率曲線

由圖3和圖4圖可以得出，當背壓值升高時機組的熱耗和煤耗也都隨之升高。也就是說，在電功率不變的情況下，提高機組背壓，機組的熱效率降低。

3 50MW機組高背壓供熱的經濟性和環保性分析

3.1 經濟性分析

對于N50－8.82/535機組，結合某高背壓供熱工程，涉及到工藝系統設備購置費、安裝費和土建費(包括廠內管網敷設)等，初投資組成詳見表2。

表2 投資組成 (單位：萬元)

以西安為例，采暖期120天。高背壓供熱改造后，年供熱量846720GJ，新增供熱面積1.82×106m2，熱價按25元/m2，年收入4550萬元；電價按0.35元/kWh，年多耗電費60萬元；水價按2.5元/t，年節約水費80萬元。在機組發電量不變的情況下，年多耗標煤9874t，含稅標煤價按800元/t，年凈利潤為3780萬元。

投資回收期約1.5年。

3.2 環保性分析

高背壓運行與鍋爐效率75%的供暖小鍋爐相比較，在相同供熱量的前提下，可減少標耗煤30877t，二氧化碳排放13585t，二氧化硫排放618t，煙塵排放463t，灰渣8028t。

4 結論

通過以上分析，N50－8.82/535機組高背壓供熱方案后，可得出如下結論：

(1)當機組背壓從0.0046MP增大到0.047MPa時，給水量、排汽量以及熱耗率和煤耗率值都之增大。

(2) 取背壓值為0.032MPa，循環水進/出口水溫為55℃和65℃，年供熱量846720GJ，新增供熱面積1.82×106m2。

(3) 高背壓供熱改造初投資5604萬元，年凈利潤3780萬元，投資回收期約1.5年，經濟效益明顯。

(4)與相同供熱量的供暖小鍋爐相比較，高背壓供熱可減少標煤耗30877t，減少二氧化碳、二氧化硫、煙塵和灰渣的排放量分別為：13585t、618t、463t和8028t，環保效益顯著。

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