循環(huán)水供熱在分布式能源站的應用

能源技術(shù)Ⅱ候源點(diǎn)環(huán)境循環(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,能極大的提髙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:TM61131文獻標識碼:B文章編號:1672-90642014)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Qo+Q,+3604+3600,=Qm+Q,2+Q+3600.(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:Q=Qx-0a(4)水)及發(fā)電過(guò)程為一體的能源供應系統,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3600g4+p)+(Q2-Q)+Q(5)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360(0+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7Q爐抽凝式汽輪機等按《分布式供能站技術(shù)規定要求,分布3600P式能源站系統的效率大于70%,而在區域型分布式能源站系Q7)+7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m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Qn2 -Q3+Q4 QH+Q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QQ(7)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,n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,Q為燃機排煙攜帶的熱能,口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和P分別為燃機和汽機的軸端功率,Q和Q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一次能源效率。循環(huán)水供熱與率,m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PC6IB型燃機,按“一拖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)渡期或是誰(shuí)(共720x),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 GTPRO軟件,分別計算PC6581B型燃機在采暖期、制冷期、過(guò)渡期3個(gè)典型時(shí)期內1原則性熱力系統圖的熱平衡圖。 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鹽件計的執亞圖,代入上述1-~7Qmm7=3600P+Q+Q1(1)公式,分別計算中國煤化工各項指標,計算Qc+.=0o+qa(2)結果匯總見(jiàn)表CNMHG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。2014.NO.1候源點(diǎn)環(huán)統數木表1冷、熱負荷匯總制冷期(共90d)過(guò)渡期(共120d)項目采暖期(共150d)最小平均最小平均最小最大平均工業(yè)生產(chǎn)負荷/(Uh)47.145.0冬季采暖負荷/MW夏季制冷負荷/MW18.2表2PC6581B經(jīng)濟指標匯總數據序號項目采暖期制冷期過(guò)渡期抽凝式汽輪機抽汽滿(mǎn)足工1機組運行方式業(yè)生產(chǎn)負荷,凝汽器低真空機抽汽滿(mǎn)足工業(yè)抽凝式汽輪機抽汽滿(mǎn)足循環(huán)水供熱滿(mǎn)足采暖制冷負荷,凝汽器工業(yè)生產(chǎn)負荷凝汽器切換至正常運行工況2燃機熱耗率/kJ/kWh1144511703115483燃機功率/MW39.03340.9464天然氣低位發(fā)熱量/kJ/Nm327305聯(lián)合循環(huán)機組功率/MW53.7251.1753.676工業(yè)負荷抽汽量/th40.87制冷負荷抽氣量/uh8制冷負荷/MW15.5(抽汽參數同工業(yè)抽汽)9采暖負荷供熱水量/vh1350(65℃供水,50℃回水)10采暖負荷/MW11年運行小時(shí)數/h3000240012供冷、熱總量/GJ33.05×1013天然氣耗量/Nm341.3×10°24.8×10°33.1×10°14平均熱效率%15年平均發(fā)電廠(chǎng)用電率/%16年平均發(fā)電天然氣耗率/Nm3kWh17年平均供電天然氣耗率/Nm3/kWh0.181318年平均供冷、熱天然氣耗率/Nm3/J30.5519年平均熱效率/%74.4620年平均熱電比/%89.09后,循環(huán)水供熱年收益2673萬(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。給水加熱與除氧一般由余熱鍋爐來(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)汽的固即顯即圖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圖2 GTPRO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,PC6581B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PC6581B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,原設計的額定工中國煤化工比容將降低,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CNMHG最小的容積流全年的平均熱效率為7446%,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),繪5起汽輪的鼓風(fēng)損失,影于70%的的要求。根據當地采暖供熱價(jià)格10.5元/CJ,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)2014NO.1能放術(shù)制源環(huán)境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[20071402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(74a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?！憋@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1鍋爐安全技術(shù)監察規程 .TSG GOOO-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CBT17410-2008監檢,納入鍋爐使用登記。如管道長(cháng)度超過(guò)上述范圍時(shí),與鍋3有機熱載體GB23971-200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)全屬常道工程桃x規花B5023500進(jìn)行安裝,納人壓力管道使用登記。5工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規范GB50184-2011而在國家質(zhì)檢總局編號為2009040-9215-58547的回6鍋爐節能技術(shù)監督管理規程:TSGc0020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81.2-859℃)。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0℃左右,供水溫度較低,因此供熱距離較小,一般為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)15km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,加強水室與筒體的焊縫,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,采曖期越長(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)參考文獻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,張占鎮,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)站在采曖期的效率高達83%,大幅度的提高能源綜合利用效2李若,付林,張世鋼秋洪發(fā),肖常磊電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用技術(shù)綜率,天然氣的化學(xué)能在燃氣輪機燃燒室中轉化為熱能,其中述建筑科學(xué),2010(10)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)5焦樹(shù)建編燃TH中國煤化工出版社,2000CNMHG2014NO.1.