矸石熱電廠循環水余熱供暖改造技術及效益分析

文/李永生

矸石熱電廠汽輪機組發電的生產過程,實際上是一個能量轉換過程，能量在轉換過程中存在著種種損失，特別是凝汽器的冷源損失最大，約占總損失的60%左右。如果能將循環冷卻水余熱用于供熱(采暖、生活熱水等)，不僅能夠減少電廠冷卻水散熱造成的水蒸發損失和環境的熱污染，而且能夠緩解采暖帶來燃氣和電力資源的緊張局面。同時，還可實現能源的梯級利用，節約大量燃料，提高能源綜合利用率。

冀中能源股份有限公司下屬邢東矸石熱電廠在汽輪機循環水余熱供暖技術方面做了大膽嘗試，其總裝機容量24MW，即2Χ12MW抽氣機組配4Χ75t/h循環流化床鍋爐。技術改造后，循環水系統由原有開放式系統改為閉合式循環系統，既節約了電廠冷卻塔蒸發散失掉的水資源，又使余熱得到充分合理的利用。可實現在鍋爐蒸發量不變的工況下，提高汽輪機的供熱能力，大幅提高熱電廠的綜合熱效率。僅冬季，邢東矸石熱電廠向邢臺市區新增112萬平方米供熱面積，機組運行安全穩定，居民供暖效果良好，實現了企業節能減排目的，社會經濟效益十分顯著。

一、循環水余熱供暖技術改造的注意事項

采用低真空運行后，汽輪機排汽壓力將會提高，同等質量和流量下，排汽比容將大幅降低，從而對末級，特別是最末級葉片造成危害。當容積小于葉片最小流量值時，汽動特性將急劇惡化，降低工作效率，產生渦流，并引起鼓風及其他損失,從而使排汽缸溫度升高，影響軸承溫度，危及軸系的振動安全性。同時，末級葉片在小容積流量下工作時，極易出現汽動彈性失穩，發生失速顫振，使葉片受力大幅增加，從而損壞葉片，發生斷裂。

因此，要求汽輪機組運行過程中，末級葉片容積流量不得過小，排汽缸溫度不得大于機組真空所對應的蒸汽壓力下的飽和溫度，并保證推力瓦塊溫度在原機組規定安全數值以內。此外，低壓缸流量屬于質量流量，不等同于容積流量，對于不同的真空情況下的汽輪機，工作運行人員還要嚴格執行廠家低真空工況的計算數據。

1.確保機組在超出原設計工況下的安全、經濟運行

將汽輪機組由抽凝運行改為低真空運行方式，真空將會下降，汽輪機軸向推力隨之增加。一般情況下,汽輪機真空不低于75kPa，排汽溫度不大于65℃，推力瓦塊溫度不超過廠家規定數值，即可滿足汽輪機循環水供熱系統低真空運行工況的需求。同時，還要避免出現低壓缸流量過小而引起排汽溫度升高的狀況，防止損傷汽輪機末級葉片。當軸向推力過大時，可將前汽封的高壓漏汽引到低壓加熱器上，以此平衡軸向推力。

2.解決供熱管網運行參數與汽輪機安全運行參數相匹配的問題

將居民采暖原設計的高水溫、大溫差、小流量、間歇式供暖變為低水溫、小溫差、大流量、24小時連續供暖，既解決居民室內采暖溫度的要求，又滿足了汽輪機安全運行的系統參數要求。在對供熱管網進行改擴建時，要以滿足汽輪機安全運行為原則，并要解決好供熱管網的近、遠期規劃，廠內熱源及機組供熱能力相互匹配等問題。

3.解決凝汽器在供熱管網系統中的安全運行問題

汽輪機凝汽器的水泵揚程為20~30m，改為循環水供熱低真空運行后，水泵揚程將達到100m左右，一旦水泵失電停運，必將使凝汽器超壓爆裂，造成重大的安全事故，故需要對凝汽器進行加固改造，適當提高其抗壓能力，在供熱回水管道進凝汽器之前加裝2個730型持壓泄壓安全閥，同時，完善運行水泵電源的可靠性，加裝備用泵的自動投入裝置，最大程度減輕凝汽器超壓、爆裂的安全隱患。

4.解決供暖水質對凝汽器換熱管的影響

改造前循環冷卻水冬季水溫不超過20℃左右，而改造后凝汽器循環水水溫高達60℃，極易在換熱管內產生結垢，增大端差，同時還要添加化學阻垢劑來減輕凝汽器結垢的可能。因此，生產運行人員應將端差控制在10℃左右，以達到安全運行要求。

5.確保用戶系統及散熱器安全

為防止居民暖氣片爆片，應設計科學合理的供熱管網，并在配水站供水管設置壓力調節閥和持壓泄壓安全閥，以及供水系統超參數報警系統等，從而保證用戶供暖系統和散熱器不超參數，在安全承壓狀態下運行。

6.保證冷油器和空冷器的冷卻效果

汽輪機機組改為循環水供熱之后,循環水溫度將大幅提高,不可再作為冷油器和空冷器冷卻水使用。因此，為確保冷油器出口油溫和空冷器入口風溫在運行規范內,應在原有循環水泵房新增2臺冷卻水泵，為空冷器和冷油器提供冷卻水，以確保其在規定溫度內安全運行。

7.增設尖峰加熱裝置

應在調峰站增設一套調峰加熱器，其實質就是將汽輪機一部分抽氣給供用戶的循環水進一步加熱，達到提高供熱溫度的目的。當機組停運或極度嚴寒期，不能滿足用戶供暖溫度要求時，可投入調峰加熱器運行供暖。

二、循環水余熱供暖技術經濟效益分析

由于邢臺市區氣源緊張，邢東熱電廠循環水熱量全部得以利用。循環水余熱實際供暖面積為F=1120000平方米，每平方米供熱指標 g=330kj/m2h

1.循環水余熱供暖節煤

總供熱量 Q=F·g=1120000×330=369600000KJ/h

每小時節煤量為：B1=Qy/Qd(kg/h)

y—供熱中熱量利用系數，取0.9

Qd—煤的低位發熱量，為16720KJ/kg

B1=369600000×0.9/16720=19895kg/h

每個采暖期節煤量為：

h—每日供熱小時數，連續供熱取24小時

n—每個采暖期供熱天數，邢臺地區取120天

2.利用循環水供熱使機組發電量減少和供氣量增加

循環水余熱供暖后，汽輪機真空降低，排氣溫度適當提高，相應減少了機組發電量，增加了供氣量。但由于發電量減少而減少的耗煤量和因供氣量增加而增加的耗煤量基本相當，故發電量和供氣量增減變化引起的耗煤量變化基本相互抵消。

3.利用循環水供熱電耗增加量

改造前二臺12MW機組運行的循環水泵容量為3×185KW，改造后運行的循環水泵容量為4×450KW。循環水供熱期間增加的功率為：

（4×450KW-3×185KW）×0.88=1096KW

一個采暖季增加電耗為：1096×24×120=3156480 KWh

即多耗煤2840噸

4.循環水余熱供暖后實際節煤

57298-2840=54458（噸）

按煤價210元/噸計算，年節約1144萬元

該項目實施后，一個采暖季（4個月）新增加利潤1100多萬元，節能效果十分明顯。既解決了市區部分居民冬季的采暖需求，彌補了冬季的供熱缺口，又取締了供熱范圍內的小鍋爐50多臺，社會效益顯著，在中小型熱電機組中有著極高的推廣價值。