循環(huán)水供熱在分布式能源站的應用

能源技術(shù)T\能源鹵環(huán)境|. ISSN1672- 9064CN35-1272/TK循環(huán)水供熱在分布式能源站的應用秦淵李勇(中南電力設計院湖北武漢430071)摘要在分布式能源站中采用循環(huán)水供熱方案，將低品位的乏汽換成熱水供給用戶(hù),符合分布式能源系統“能源梯級利用"的原則，能極大的提高分布式能源站的熱效率。介紹了分布式能源系統中采用循環(huán)水供熱的理論分析.并對具體工程進(jìn)行計算,最后指出分布式能源站中使用循環(huán)水供熱的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。關(guān)鍵詞分布式能源 循環(huán)水供熱中圖分類(lèi)號:TM611.31文獻標識碼:B文章編號:1672-9064(2014)01-037- -C3分布式能源系統是指以小規模小容量模塊化的方式Qm +Qs + 3600P. + 3600P, =Q。+Q2 +Qu +3600P。(3)布置在用戶(hù)附近,以天然氣為燃料,集制冷.供熱(蒸汽和熱此時(shí),循環(huán)水對外供熱量為;QF=Q2-Qes4)水)及發(fā)電過(guò)程為--體的能源供應系統,是一種建立在能源熱電聯(lián)產(chǎn)機組的毛熱效率:梯級利用概念基礎上,將循環(huán)水供熱應用到分布式能源站n"=3600(p。+pi)+(0.2-Q2) +Qn(5)中,將低品位的乏汽換成熱水供給用戶(hù),符合分布式能源系Q...統“高能高用,低能低用,溫度對口,梯級利用"的原則。凈熱效率為:1循環(huán)水 供熱的理論基礎3600(p +p%)(1-n.)+(Q.2-Q.) +Q.區域型分布式能源站主機配置多為燃氣輪機、余熱鍋爐、抽凝式汽輪機等,按<分布式供能站技術(shù)規定>要求,分布=(η。+o*)(1-η,) +ηu3600P.(6)式能源站系統的效率大于70%,而在區域型分布式能源站系Qr.u統中最大的能量損失是凝汽器冷源損失?！稛犭娐?lián)產(chǎn)項目可其中ηH為供熱效率,包含循環(huán)水供熱和抽汽供熱。行性研究技術(shù)規定>中指出:“在有條件的地區,在采暖期可n= 9.-0a+0.. Qn+Qo(7)考慮抽凝機組低真空運行,循環(huán)水供熱采暖的方案,在非采Qr.om曖期恢復常規運行”。循環(huán)水供熱充分利用凝汽器內的冷源式中:Qm為燃料的低位發(fā)熱量,η為燃機燃燒室的效損失,將凝汽器作為熱網(wǎng)的一級加熱器,在供暖期為用戶(hù)提率,Q1為燃機排煙攜帶的熱能,Qa為余熱鍋爐排煙攜帶的供熱水。因此，將循環(huán)水供熱應用到分布式能源站中,是符合熱能.P?！愫蚉.。分別為燃機和汽機的軸端功率,Qa和Q。s分我國現行規定,而且也符合分布式能源站“能源梯級利用"的別為循環(huán)水供回水的熱量,n為聯(lián)合循環(huán)機組的廠(chǎng)用電耗理念,可以大大提高能源站的- -次能源效率。 循環(huán)水供熱與率,7w為聯(lián)合循環(huán)機組的熱效率。分布式能源站相結合的原則性熱力系統如圖1所示。2工程實(shí)例計算本文以山東某分布式能源站工程為實(shí)例，該能源站為某企業(yè)的擴建電廠(chǎng)， 主機為1臺PG6111B型燃機,按“一拖一”的方式配置抽凝式汽輪機,業(yè)主擴建該工程的目的是承擔企業(yè)的新增工業(yè)熱負荷。經(jīng)與業(yè)主溝通,建議業(yè)主將循環(huán)水系統改為低真空循環(huán)水供熱,按照分布式能源站“能源梯級利用"的原則，實(shí)現冷熱電3聯(lián)供的供能方式。該能源站的全到年運行時(shí)間可分為3個(gè)典型時(shí)期:采暖期.制冷期、過(guò)渡期rm-v-⑥u(共7200h),改造后的能源站可以供給企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)熱負荷、制冷負荷和附近小區居民的采暖負荷，其冷熱負荷分布如表1。根據表1中的冷、熱負荷,利用CTPRO軟件,分別計算點(diǎn)-JPG6581B型燃機在采暖期制冷期、過(guò)渡期3個(gè)典型時(shí)期內圈1原則性熱力系統圄的熱平衡圖。GTPRO是國際上通用的燃機性能分析軟件,其根據能量平衡和質(zhì)量平衡，可以推導出如下關(guān)系式:中,采暖期利用低真空循環(huán)水供熱計算界面如圖2所示。根據.上述GTPRO軟件計算的熱平衡圖，代入上述1-7Qw.mrIn =3600P。+Qx+Q(1)公式,分別計算采暖期、制冷期、過(guò)渡期內的各項指標,計算Q++Q2=Qo+Qe .(2)結果匯總見(jiàn)表2。作者簡(jiǎn)介:秦淵(1983-),男湖北孝感人,工程師,碩士,主要從事火力發(fā)電、新能源工作。|能源與環(huán)境能源技術(shù)CN35 1272/TK表1冷、熱負荷匯總采暖期(共150d)制冷期(共90d)過(guò)渡期(共120d)項目最小平均最大工業(yè)生產(chǎn)負荷/(Vh)47.140.8304234.295145.028冬季采暖負荷/MW26.23.515.7夏季制冷負荷/MW/18.2表2 PG6581B 經(jīng)濟指標匯總數據序號采暖期制冷期過(guò)渡期抽凝式汽輪機抽汽滿(mǎn)足王抽凝式汽輪機抽汽滿(mǎn)足工業(yè)抽凝式汽輪 機抽汽滿(mǎn)足機組運行方式/生產(chǎn)負荷和制冷負荷，凝汽器工業(yè)生產(chǎn)負荷，凝汽器切運行循環(huán)水供熱滿(mǎn)足采暖切換至正常運行工觀(guān)換至正常運行工況負荷燃機熱耗率/kJ/kWh114451170311548燃機功率/MW41.7239.033 .40. 946天然氣低位發(fā)熱量/kJ/Nm'32730聯(lián)合循環(huán)機組功率/MW53. 7251.1753.67工業(yè)負荷抽汽量/h4S制冷負荷抽氣量/h13.88制冷負荷/MW15.5(抽汽參數同工業(yè)抽汽)/采暖負荷供熱水量/Vh1350(65C 供水,50C回水)采暖負荷/MW年運行小時(shí)數/h30002400供冷、熱總量/GJ59. 59 x 10*24. 14x10433.05 x10*天然氣耗量/Nm2'41.3x10*24.8x 10633.1 x 10°平均熱效率/%83.0969. 1067.695年平均發(fā)電廠(chǎng)用電率/%2.2016年平均發(fā)電天然氣耗率/Nm'/kWh0.1743年平均供電天然氣耗率/ Nm/kWh0.1813年平均供冷熱天然氣耗率Nm'/GJ30.55 .1年平均熱效率/%20年平均熱電比/%89.09后,循環(huán)水供熱年收益267.3萬(wàn)元。3分布式能源站中循環(huán)水供熱方案改造眾所周知,聯(lián)合循環(huán)中的汽輪機不同于常規火電廠(chǎng)的汽輪機。燃氣輪機是定型產(chǎn)品,具有相對明確的排氣參數。因此聯(lián)合循環(huán)汽輪機與常規汽輪機相比，其主要區別如下:①為盡可能地利用燃氣輪機排氣能量，增加汽輪機的輸出功率,聯(lián)合循環(huán)中汽輪機一般不設回熱系統，僅設置汽封加熱器。給水加熱與除氧- -般 由余熱鍋爐來(lái)承擔;②汽輪機采用滑壓運行,不再設置調節級,即汽輪機的各級均采用全周進(jìn)汽的結構可保證鍋爐在變工況下生產(chǎn)相對多的蒸汽,并降低了變工況下汽機內部因溫度變化引起的熱應力;③由于沒(méi)有或很少抽汽回熱級，因而聯(lián)合循環(huán)汽輪機的排汽量一般比等功率圈2 CTPRO 計算頁(yè)面循環(huán)水供熱系統圖容量的常規火電汽輪機排汽量大30%左右。所以低壓級的通由表2可知，在過(guò)渡期和制冷期內,PG6581B型燃機的流面積應較同容量常規煤電機組增大約30%。平均熱效率達不到70%，其主要原因是PG6581B型燃機的循環(huán)水供熱方案,提高了汽輪機的背壓,改變了汽輪機熱耗率太高，但將聯(lián)合循環(huán)機組改造為低真空循環(huán)水供熱,原設計的額定工況,隨著(zhù)真空度的降低,排汽比容將降低,汽在采暖期內對外供熱水，減少了凝汽器的冷源損失,改造后輪機的排氣容積顯著(zhù)降低。末級葉片的設計有最小的容積流全年的平均熱效率為74.46%,符合分布式能源站熱效率高量的要求,當小于最小流量時(shí),會(huì )引起汽輪機的鼓風(fēng)損失,影于70%的的要求。根據當地采暖供熱價(jià)格10.5元/GJ,改造響軸承穩定,增大汽輪機的軸向推力,危及軸系的振動(dòng)安全(下轉第41頁(yè))能源技術(shù)\能源與環(huán)境|CN16720124求保持穩定并且參數基本保證在額定參數運行,有機熱載體復中,更加明確的指出:“按照國質(zhì)檢特函[2007]402號文的鍋爐可參照該規程采用。對于保證出力在允許波動(dòng)范圍之內規定,工業(yè)鍋爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力管道總長(cháng)不超過(guò)這條(7.4.a條),蒸汽鍋爐實(shí)現此條較容易，熱水鍋爐與有機200m時(shí),其安裝和使用管理按照鍋爐的相關(guān)規定進(jìn)行。原則熱載體鍋爐由于鍋爐供熱無(wú)法輸出，極難保證。有一些制造上,其設計可以由具有相應資質(zhì)的管道設計單位進(jìn)行。"顯廠(chǎng)做了一些測試平臺，負荷調節采用大量的冷卻水來(lái)完成，然,我可以這么理解:工業(yè)鍋爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力他們可以進(jìn)行定型產(chǎn)品測試。沒(méi)有建立測試平臺的制造廠(chǎng),管道總長(cháng)不超過(guò)200m時(shí),安裝和使用管理按照鍋爐范圍內無(wú)法將鍋爐輸出的熱量消耗掉，也就無(wú)法進(jìn)行定型產(chǎn)品測管道的規定進(jìn)行,管道設計原則上可以由具有相應資質(zhì)的管試,只好試制3臺,修改圖紙，繼續試制。使用單位拿到?jīng)]有道設計單位進(jìn)行,實(shí)在不行也可由其他設計單位如工程設計進(jìn)行過(guò)定型產(chǎn)品測試的鍋爐,就只好自己進(jìn)行測試，同樣由咨詢(xún)單位等來(lái)設計;總長(cháng)超過(guò)200m時(shí),其設計、安裝、驗收于無(wú)法保證出力的波動(dòng)在允許范圍之內，只好選擇進(jìn)行簡(jiǎn)單等均嚴格按照壓力管道要求。測試。所以對于有機熱載體鍋爐的安裝,我們看到的更多的4 結語(yǔ)是簡(jiǎn)單測試的報告。簡(jiǎn)單測試用于快速判斷鍋爐實(shí)際運行時(shí)有機熱載體鍋爐由于介質(zhì)的特殊性,安裝驗收時(shí)也與蒸的能效狀況,只能用于該臺鍋爐,可在鍋爐熱態(tài)驗收時(shí)進(jìn)行。汽鍋爐頗不相同，而關(guān)于鍋爐范圍內管道及供熱管道的依3關(guān)于200m管道要求的探討據、標準監檢要求等,更是仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智。文中觀(guān)點(diǎn)僅國質(zhì)檢特函[2007]402號文規定:為方便企業(yè),工業(yè)鍋是本人個(gè)人觀(guān)點(diǎn),希望各位專(zhuān)家多加指點(diǎn),共同探討。爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力管道總長(cháng)不超過(guò)200m時(shí),該參考文獻鍋爐及其相聯(lián)接的熱力管道可由取得鍋爐安裝許可證的單鍋爐安全技術(shù)監察規程.TSG C0001-2012位一并進(jìn)行安裝,并由鍋爐安裝監督檢驗機構一并實(shí)施安裝2有機熱 載體爐.CB/T 17410-2008監檢,納人鍋爐使用登記。如管道長(cháng)度超過(guò)上述范圍時(shí),與鍋3有機熱載體.CB23971-2009爐聯(lián)接的熱力管道必須由取得壓力管道安裝許可證的單位4 工業(yè)金屬管道工程施工規范.CB50235- 20105工業(yè)金屬管道 工程施工質(zhì)量驗收規范.GB50184- 2011進(jìn)行安裝,納人壓力管道使用登記。而在國家質(zhì)檢總局編號為20090401- -9215- 58547的回6鍋爐節能技術(shù)監督管理規程.TSG G0002- 2010(上接第38頁(yè))性。同時(shí),采用循環(huán)水供熱方案,由于排汽溫度的升高和循環(huán)供水的加熱器來(lái)使用，凝汽器的壓力升高到50~60kPa(相應水壓力的變化，對凝汽器的安全有一-定的影響 ,對于在燃氣-的飽和溫度為81.2-85.9C)。采暖供熱水溫度控制在65~蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組使用的汽輪機,其末級通流面積比同容量70C左右，供水溫度較低，因此供熱距離較小，- -般為1~常規煤電機組增大約30% ,因此,需要對汽輪機和凝汽器進(jìn)1.5km范圍之內。行改造才能實(shí)現循環(huán)水供熱的功能。采取的措施如下:①改(2)采用循環(huán)水供熱的方案,不適用于以航改型燃機機造汽輪機的汽封系統,平衡因工況變化造成的軸向推力增為原動(dòng)機的分布式能源站項目中,航改型燃機熱耗率低,機加;②汽輪機動(dòng)葉片采用特殊設計加固;③增加凝汽器水室組發(fā)電效率高,排出余熱量少,采用循環(huán)水供熱的代價(jià)是大壁厚,加強水室與簡(jiǎn)體的焊縫,更換前后水室拉桿等,以提高大降低發(fā)電量,在經(jīng)濟性上不劃算。凝汽器的耐壓強度;④凝汽器喉部設置凝結水噴淋,防止末(3)只適用于北方嚴寒采暖期長(cháng)的區域,采暖期越長(cháng),其級葉片超溫。收益越高。經(jīng)過(guò).上述改造后,可使本工程實(shí)現采暖期低真空循環(huán)水(4)采用循環(huán)水供熱必須對汽輪機和凝汽器進(jìn)行改造，供熱。并進(jìn)行安全校核。4結語(yǔ)本文以山東某具體分布式能源站項目為實(shí)例,將循環(huán)水1 羅健,余學(xué)海,張占鎖,廖海燕,趙華.燃氣分布式能源發(fā)展前景及供熱應用到分布式能源站項目中,消除了冷源損失,使能源經(jīng)濟性分析.燃氣輪機技術(shù),2012(3)站在采暖期的效率高達83% ,大幅度的提高能源綜合利用效2李巖,付林,張世鋼,狄洪發(fā),肖常磊.電廠(chǎng) 循環(huán)水余熱利用技術(shù)綜述,建筑科學(xué),2010(10)率,天然氣的化學(xué)能在燃氣輪機燃燒室中轉化為熱能.其中3張立輝.汽輪機低真空循環(huán)水供熱技術(shù)的應用和事故處理,河北煤高溫段熱能轉化為電能,中溫段熱能供給工業(yè)用蒸汽或供給炭,2012(5)空調制冷驅動(dòng)熱能,低溫段熱能供生活熱水,實(shí)現了能源的4吳星,付林,胡鵬.電廠(chǎng)循環(huán)水供熱技術(shù)的研究與應用析。區域供熱,梯級利用。該方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍如下:2008(4)(1)采 用低真空循環(huán)水供熱的方式,將凝汽器當做熱網(wǎng); 焦樹(shù)建編.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán).北京:機械工業(yè)出版社,2000