联合循环机组低真空循环水供热节能分析

庞建锋 李开创

联合循环机组低真空循环水供热节能分析

庞建锋 李开创

为研究联合循环机组实际运行负荷工况下低真空循环水供热系统节能效果，进行性能试验。从余热量、机组背压、对比抽汽供热等多个方面进行分析和计算，试验表明低真空循环水供热技术节能效益显著。

一般的联合循环电厂机组冷凝热通过凉水塔或空冷岛直接排入大气，这部分能量占一次能源总输入热量的30%以上，造成低品位余热浪费严重。低真空循环水供热技术作为一项节能技术近年来得到广泛的普及，对于燃气-蒸汽联合循环机组来说，机组本身为调峰机组，供暖季负荷达不到额定负荷（一般50%至60%），使得低真空循环水供热潜力不能发挥至最大。

本文针对某型200MW联合循环供热机组为例进行试验研究，对运行实际工况时低真空循环水供热技术节能效果分析，并提出运行的指导意见。

低真空循环水供热性能试验

机组概况

燃气-蒸汽联合循环机组等级为200MW，其中燃气轮机为PG917E型机组，额定功率135MW；汽轮机为双压、冲动、单排汽、单轴、可调整抽汽凝汽式汽轮机，额定功率为65MW，额定抽汽量为120t/h；凝汽器排汽温度不超过80℃，水侧设计压力为0.8MPa。低真空循环水供热系统投运时，机组排汽温度升高，背压相应增大，根据汽机厂家要求，运行时机组背压最高为25kPa，即最高排汽温度为65℃，因此对应低真空循环水供热工况凝汽器最高出口水温为63℃，此时热网循环水回水温度不宜超过56℃。

低真空性能试验简介

为了对实际工况下低真空循环水供热系统进行试验分析，本次试验目的有以下几点：1）考核工况下（背压15.9kpa）低真空循环水供热系统回收的余热量，2）低真空循环水供热系统投运时背压的变化对机组发电的影响，3）比较低真空循环水供热系统与常规抽汽供热系统的优劣。

本次试验期间燃机的负荷在维持在50%（66MW）负荷，热网水的流量维持在采暖季平均水平3740.5t/h ，试验过程中控制乏汽的排气温度不高于63℃，所对应的真空度为22.7KPa。试验工况分8个工况进行，每个工况保持时间2h，其中低真空循环水供热不同机组背压的4个工况，退低真空投抽汽供热3个工况，退低真空和抽汽的纯凝1个工况，另外工况TO1、TO2下的供热量分别与工况TO5、TO6下的供热量相同，详见表1。

表1　低真空热力试验内容

考核工况下性能

考核工况主要是对机组背压为15.9kPa的T02工况和纯凝工况T08的试验数据进行分析，主要计算结果见表2。

表2　低真空供热机组试验主要计算结果（考核工况）

由表2可知在T02工况下，机组背压15.9KPa下的在低真空循环水供热回收的乏汽余热量为53.07MW，热网水流量在3740.5t/h下的温升为12.2℃。对比纯凝工况T08，低真空循环水供热系统导致机组背压升高约4kPa，影响机组发电量约1.1MW，但是由于吸收了乏汽余热量53.07MW，总体来说，低真空获得较大的收益，并使机组热效率从29.7%增加至63.7%。

表3　不同背压下的低真空循环水供热热力性能试验数据

背压对机组的影响

在投运低真空循环水供热系统时，分析不同背压（工况T01、T02、T03、T04）情况下对机组的影响，具体数据见表3。

由表3可知在保持#4燃机负荷不变（66MW）的情况下，随着#4汽机背压的升高，背压由13.4kPa升至22.7kPa，升高9.3 kPa；#4汽机发电量由T01的46.614MW降至T04的41.752MW，发电量下降4.862MW；供热量由T01的38.873 MW升高至 T04的92.95 MW，供热量增加54.22MW；机组背压升高1kPa， 降低#4汽机发电量约0.523 MW，增加供热量约5.83MW，按上网电价0.65元/kwh折算影响发电收益为340元/h，按热价50元/GJ折算增加供热收益为1049元/h；综合来说，虽然背压升高影响了部分的发电量和发电收益，但是增加供热量和收益较为明显。

图1至4分析了不同背压下低真空循环水供热温升和吸热量、汽机的试验热效率、汽机的试验热耗、汽机的负荷等方面的趋势分析。图1中可以看出，在燃机负荷66MW，热网水流量3740.5t/h的情况下，汽机背压越高，热网水的温升和吸热量也越大，在机组背压22.7KPa时回收的余热量达到92.95MW；随着汽机背压的升高，实现提取循环水的余热进行供热的目的，这时汽机的热效率随着背压的升高而显著提高，相应的热耗下降也特别明显，由图2和图3中可知，在背压由13.4KPa提升至22.7KPa过程中，汽机试验热效率由55.3%提高至88.3%，试验热耗由8926.54 KJ/ KWh显著下降至5127.327 KJ/KWh；在获得好处的同时，相应背压的提高对汽机的发电会产生影响，图4反映了不同背压下汽机发电负荷的变化，图中可知背压由13.4KPa提升至22.7KPa时，汽机负荷46.614MW下降至41.752MW。

低真空技术对比常规抽汽供热技术优势

图1　不同背压下低真空循环水供热的热网水温升和吸热量（燃机负荷66MW，热网水流量3740t/h）

图2　不同背压下低真空循环水供热对汽机试验热效率的影响（燃机负荷66MW，热网水流量3740t/h）

为了比较低真空循环水供热技术与常规抽汽供热技术的优劣，试验中增加在供热量相同时，低真空循环水供热工况TO1、TO2对比对应的抽汽供热工况TO5、TO6，具体结果见表4。

分析表4，可知在机组背压13.4kPa低真空供热时，可吸收余热38.3MW用于供热；当采用抽汽供热相同的供热量38.3MW时，需要59.96t/h抽汽量，因此低真空相比抽汽供热，由于节省抽汽而使得机组多发电6.308MW；同样在机组背压15.9kPa低真空供热时，比抽汽供热节约抽汽84.4t/h，可节约抽汽使机组多发电7.785MW。

表4　低真空供热与抽汽供热试验数据对比

结语

通过对200MW燃气蒸汽联合循环机组进行低真空循环水供热系统性能试验，从余热量、背压、抽汽供热比较等多个方面进行分析，可以得出以下结论。

1）低真空循环水供热系统投运时，背压变化会影响发电量，在燃机负荷50%，热网水流量3740.5t/h时，机组背压升高1kPa， 降低#4汽机发电量约0.523 MW，同时增加供热量约5.83MW，考虑价格因素增加供热收益约为1049元/h，供热收益显著。

2）在供热量相同时，低真空供热系统相比抽汽供热，可节约抽汽使得机组多发电，在考核工况即机组背压15.9kPa下，可节约抽汽使机组多发电7.785MW。

通过以上实验分析，低真空循环水供热相对于常规供热方式具有较大的优势，在能保证汽轮机安全运行的前提下，尽可能提高机组背压，使得收益最大化。

图3　不同背压下低真空循环水供热对汽轮机热耗的影响（燃机负荷66MW，热网水流量3740t/h）

图4　不同背压下低真空循环水供热对#4汽机负荷的影响（燃机负荷66MW，热网水流量3740t/h）

庞建锋 李开创

华电电力学院研究院

庞建锋，男，硕士，工程师，华电电力科学研究院，主要从事电厂供热系统研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.002