聯(lián)合循環(huán)機組低真空循環(huán)水供熱節(jié)能分析

龐建鋒 李開創(chuàng)

聯(lián)合循環(huán)機組低真空循環(huán)水供熱節(jié)能分析

龐建鋒 李開創(chuàng)

為研究聯(lián)合循環(huán)機組實際運行負荷工況下低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)節(jié)能效果，進行性能試驗。從余熱量、機組背壓、對比抽汽供熱等多個方面進行分析和計算，試驗表明低真空循環(huán)水供熱技術(shù)節(jié)能效益顯著。

一般的聯(lián)合循環(huán)電廠機組冷凝熱通過涼水塔或空冷島直接排入大氣，這部分能量占一次能源總輸入熱量的30%以上，造成低品位余熱浪費嚴(yán)重。低真空循環(huán)水供熱技術(shù)作為一項節(jié)能技術(shù)近年來得到廣泛的普及，對于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組來說，機組本身為調(diào)峰機組，供暖季負荷達不到額定負荷（一般50%至60%），使得低真空循環(huán)水供熱潛力不能發(fā)揮至最大。

本文針對某型200MW聯(lián)合循環(huán)供熱機組為例進行試驗研究，對運行實際工況時低真空循環(huán)水供熱技術(shù)節(jié)能效果分析，并提出運行的指導(dǎo)意見。

低真空循環(huán)水供熱性能試驗

機組概況

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組等級為200MW，其中燃氣輪機為PG917E型機組，額定功率135MW；汽輪機為雙壓、沖動、單排汽、單軸、可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機，額定功率為65MW，額定抽汽量為120t/h；凝汽器排汽溫度不超過80℃，水側(cè)設(shè)計壓力為0.8MPa。低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運時，機組排汽溫度升高，背壓相應(yīng)增大，根據(jù)汽機廠家要求，運行時機組背壓最高為25kPa，即最高排汽溫度為65℃，因此對應(yīng)低真空循環(huán)水供熱工況凝汽器最高出口水溫為63℃，此時熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度不宜超過56℃。

低真空性能試驗簡介

為了對實際工況下低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)進行試驗分析，本次試驗?zāi)康挠幸韵聨c：1）考核工況下（背壓15.9kpa）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)回收的余熱量，2）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運時背壓的變化對機組發(fā)電的影響，3）比較低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)與常規(guī)抽汽供熱系統(tǒng)的優(yōu)劣。

本次試驗期間燃機的負荷在維持在50%（66MW）負荷，熱網(wǎng)水的流量維持在采暖季平均水平3740.5t/h ，試驗過程中控制乏汽的排氣溫度不高于63℃，所對應(yīng)的真空度為22.7KPa。試驗工況分8個工況進行，每個工況保持時間2h，其中低真空循環(huán)水供熱不同機組背壓的4個工況，退低真空投抽汽供熱3個工況，退低真空和抽汽的純凝1個工況，另外工況TO1、TO2下的供熱量分別與工況TO5、TO6下的供熱量相同，詳見表1。

表1　低真空熱力試驗內(nèi)容

考核工況下性能

考核工況主要是對機組背壓為15.9kPa的T02工況和純凝工況T08的試驗數(shù)據(jù)進行分析，主要計算結(jié)果見表2。

表2　低真空供熱機組試驗主要計算結(jié)果（考核工況）

由表2可知在T02工況下，機組背壓15.9KPa下的在低真空循環(huán)水供熱回收的乏汽余熱量為53.07MW，熱網(wǎng)水流量在3740.5t/h下的溫升為12.2℃。對比純凝工況T08，低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)導(dǎo)致機組背壓升高約4kPa，影響機組發(fā)電量約1.1MW，但是由于吸收了乏汽余熱量53.07MW，總體來說，低真空獲得較大的收益，并使機組熱效率從29.7%增加至63.7%。

表3　不同背壓下的低真空循環(huán)水供熱熱力性能試驗數(shù)據(jù)

背壓對機組的影響

在投運低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)時，分析不同背壓（工況T01、T02、T03、T04）情況下對機組的影響，具體數(shù)據(jù)見表3。

由表3可知在保持#4燃機負荷不變（66MW）的情況下，隨著#4汽機背壓的升高，背壓由13.4kPa升至22.7kPa，升高9.3 kPa；#4汽機發(fā)電量由T01的46.614MW降至T04的41.752MW，發(fā)電量下降4.862MW；供熱量由T01的38.873 MW升高至 T04的92.95 MW，供熱量增加54.22MW；機組背壓升高1kPa， 降低#4汽機發(fā)電量約0.523 MW，增加供熱量約5.83MW，按上網(wǎng)電價0.65元/kwh折算影響發(fā)電收益為340元/h，按熱價50元/GJ折算增加供熱收益為1049元/h；綜合來說，雖然背壓升高影響了部分的發(fā)電量和發(fā)電收益，但是增加供熱量和收益較為明顯。

圖1至4分析了不同背壓下低真空循環(huán)水供熱溫升和吸熱量、汽機的試驗熱效率、汽機的試驗熱耗、汽機的負荷等方面的趨勢分析。圖1中可以看出，在燃機負荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740.5t/h的情況下，汽機背壓越高，熱網(wǎng)水的溫升和吸熱量也越大，在機組背壓22.7KPa時回收的余熱量達到92.95MW；隨著汽機背壓的升高，實現(xiàn)提取循環(huán)水的余熱進行供熱的目的，這時汽機的熱效率隨著背壓的升高而顯著提高，相應(yīng)的熱耗下降也特別明顯，由圖2和圖3中可知，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8926.54 KJ/ KWh顯著下降至5127.327 KJ/KWh；在獲得好處的同時，相應(yīng)背壓的提高對汽機的發(fā)電會產(chǎn)生影響，圖4反映了不同背壓下汽機發(fā)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。

低真空技術(shù)對比常規(guī)抽汽供熱技術(shù)優(yōu)勢

圖1　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱的熱網(wǎng)水溫升和吸熱量（燃機負荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

圖2　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對汽機試驗熱效率的影響（燃機負荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

為了比較低真空循環(huán)水供熱技術(shù)與常規(guī)抽汽供熱技術(shù)的優(yōu)劣，試驗中增加在供熱量相同時，低真空循環(huán)水供熱工況TO1、TO2對比對應(yīng)的抽汽供熱工況TO5、TO6，具體結(jié)果見表4。

分析表4，可知在機組背壓13.4kPa低真空供熱時，可吸收余熱38.3MW用于供熱；當(dāng)采用抽汽供熱相同的供熱量38.3MW時，需要59.96t/h抽汽量，因此低真空相比抽汽供熱，由于節(jié)省抽汽而使得機組多發(fā)電6.308MW；同樣在機組背壓15.9kPa低真空供熱時，比抽汽供熱節(jié)約抽汽84.4t/h，可節(jié)約抽汽使機組多發(fā)電7.785MW。

表4　低真空供熱與抽汽供熱試驗數(shù)據(jù)對比

結(jié)語

通過對200MW燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組進行低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)性能試驗，從余熱量、背壓、抽汽供熱比較等多個方面進行分析，可以得出以下結(jié)論。

1）低真空循環(huán)水供熱系統(tǒng)投運時，背壓變化會影響發(fā)電量，在燃機負荷50%，熱網(wǎng)水流量3740.5t/h時，機組背壓升高1kPa， 降低#4汽機發(fā)電量約0.523 MW，同時增加供熱量約5.83MW，考慮價格因素增加供熱收益約為1049元/h，供熱收益顯著。

2）在供熱量相同時，低真空供熱系統(tǒng)相比抽汽供熱，可節(jié)約抽汽使得機組多發(fā)電，在考核工況即機組背壓15.9kPa下，可節(jié)約抽汽使機組多發(fā)電7.785MW。

通過以上實驗分析，低真空循環(huán)水供熱相對于常規(guī)供熱方式具有較大的優(yōu)勢，在能保證汽輪機安全運行的前提下，盡可能提高機組背壓，使得收益最大化。

圖3　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對汽輪機熱耗的影響（燃機負荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

圖4　不同背壓下低真空循環(huán)水供熱對#4汽機負荷的影響（燃機負荷66MW，熱網(wǎng)水流量3740t/h）

龐建鋒 李開創(chuàng)

華電電力學(xué)院研究院

龐建鋒，男，碩士，工程師，華電電力科學(xué)研究院，主要從事電廠供熱系統(tǒng)研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.002