循环水采暖技术高效利用前景及展望

李强

（山东钢铁集团莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜271126）

热电

循环水采暖技术高效利用前景及展望

李强

（山东钢铁集团莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜271126）

通过对循环水采暖系统的理论分析，结合对汽轮发电机组的适应性改造，满足能源优质优用及冬季供暖的需要，并分析了循环水供热系统的优缺点，提出了改造措施建议。

循环水;采暖;凝汽器;能源利用

1 前言

莱钢生活供暖小区目前主要是采用蒸汽换热采暖的方式，部分相对偏远的小区仍然采用热水锅炉采暖。随着近几年采暖面积的增加及人们生活水平的不断提高，能源供应日趋紧张，目前的采暖方式远远不能满足冬季采暖不断增长的需要。从能源充分利用的角度，应从进一步提高现有能源的利用效率着手，提高供暖质量及满足当前供暖面积不断增加的需要。采用汽轮机循环水采暖是解决这一问题的理想选择。

2 汽轮机循环水采暖的工作原理及意义

2.1 工作原理

将汽轮发电机组的凝汽器及循环水系统进行适当改造，提高机组的排汽压力，即降低真空度运行。使凝汽器汽侧绝对压力至0.038 MPa左右,排汽温度达76℃，经过换热后使凝汽器的循环冷却水出水温度可升高至70℃，经供热管网循环水泵供热用户采暖，回水经过过滤器再进入凝汽器，进行汽轮发电机组的循环冷却。抽汽机组与循环水供热系统的比较见图1、图2。

图1 装有一级调节抽汽的机组

图2 汽轮发电机循环水余热采暖示意图

2.2 意义

2.2.1 充分利用汽轮机乏汽中的热量，来满足冬季生活采暖的需要，同时提高了机组的循环热效率。循环冷却水吸收了乏汽的热量，不通过冷水塔散向大气而全部供热用户，避免了巨大的冷源损失，大幅度提高了机组的绝对热效率。

2.2.2 实现了用较低品味的热能，来满足低品位的采暖需求，符合能源梯级利用的要求，提高了能源利用效率。循环水采暖替代了原来大量较高品位的0.8 MPa、270℃的工业抽汽，减少了因抽汽供热用户后凝结水无法回收的工质损耗，节省的抽汽可用于增加发电负荷，提高了能源的充分利用。

2.2.3 在不增加热源的条件下，可以大幅增加采暖面积，同时可以替代现有的采暖锅炉，减少燃煤造成的环境污染，有较好的环保效益及社会效益。

2.2.4 提高了热电联产系统的经济效益。

2.2.5 投资少，见效快。不需要大规模投资，只要对汽轮机循环水系统进行局部的改造，满足安全运行的需要，即可实现发电、供热两不误的需要。

3 实施方案

3.1 提高汽轮机排气压力至0.038～0.045 MPa，使排气温度达到76～80℃，满足加热循环水的需要。

3.2 对汽轮机循环水系统进行适应性改造，满足汽轮机运行工况改变后的安全运行要求。

4 改造后带来的主要问题分析

4.1 由于真空度的降低，蒸汽在汽轮机叶片上的焓降减少，做功能力降低，使机组的发电能力减小，同时汽耗率增大。

4.2 由于机组偏离了设计工况，尽管调速汽门全开，仍将无法实现发电机满负荷运行。

4.3 由于后汽缸温度升高，后汽封漏汽量将增大；轴向推力增大，动静间相对膨胀增大，机组振动增大。

4.4 机组的末级叶片鼓风损失将增大，机组相对内效率降低。

4.5 凝汽器承受的压力增大。

4.6 凝汽器外壳与铜管（或不锈钢管）的相对膨胀差增大，可能会造成铜管端部胀口松动，产生泄漏。

4.7 冷油器、空冷器的冷却效果变差，出口油温、风温会迅速升高，严重时会造成轴瓦烧毁，或发电机超温损坏事故。

4.8 发电机组的运行受供热系统的直接影响。电负荷的调整会对供热温度造成影响，同时供热负荷的改变对机组的安全稳定运行带来反作用。

5 节能原理及分析

5.1 纯凝机组系统与循环水余热采暖系统的比较

图3、图4是某电厂热电联产与纯凝发电系统的能流图的比较。

图3 纯凝发电系统能流图

图4 热电联产系统能流图

由图3、图4两种系统的能流图可以看出，输出相同的电能（均为35个单位），在热电联产系统中，总的损失仅为15个单位，需要输入的燃料为100个单位，这样总的能源利用效率为85%。在纯凝发电系统中，输出同样多即35个单位的电能，由于存在着巨大的冷源损失，达65%之多，加上输电电网损失，总损失量高达86个单位，因此需要输入燃料121个单位，这样能源利用效率仅为28.9%。因此热电联产系统的能源利用效率远大于纯凝机组的能源利用效率。

5.2 热电联产的特点

分析情况见图5。

图5 热电联产能量转换特点

热电联产的特点，不仅表现为调整了热能、电能之间的关系，使能量的质量得以合理利用，还体现在由于热能供应方式的改变带来能量数量利用方面的好处，做到了：按质用能，综合用能，合理用能，能尽其用。

5.3 循环水余热采暖节能分析

在纯凝式发电机组中，根据热力学第二定律，由于系统中不可避免地存在着大量的冷源损失，这部分热能品位低，数量大，造成了纯凝机组的热效率较低。而在生活采暖中，恰恰需要大量低品位的热能，若通过锅炉燃烧，直接把燃料高品位的能量大幅贬值为低品位的能量使用，会造成能源的巨大浪费，利用效率大幅降低。

热电联产过程中，蒸汽先在汽轮机中做完功，然后供热，将燃料的化学能转换为高参数、高品位的热能用以发电，这与燃料在锅炉中燃烧直接转换为低参数、低品位的热能相比，锅炉中的换热温差ΔTb及相应的火用损ΔEb减小，大大减小了能量转换和利用过程中的不可逆性，降低了做功能力损失，燃料的化学能总量利用率提高。同时利用做功后的低品位的热能对外供热，避免了工质的冷源损失，极大地提高了燃料的利用率，大大节约了能源，达到了“热尽其用”的目的。热电联产的节约能源情况用图6进行说明。

图6 热电联产供热循环系统的T-S图

联产汽流供热循环的吸热量、做功量和供热量有如下关系：

吸热量：q0=h0-hh’,

实际供热循环做功量：

理想供热循环对外供热量：

实际供热循环对外供热量：

因此有：实际供热循环的热效率

即：供热循环的理想供热循环的热效率ηth和实际供热循环的热效率ηih均为1，联产汽流供热循环理想放热量qha和蒸汽做功的不可逆热损失Δqh均用来对外供热，完全没有冷源损失，使系统热耗率大幅降低，提高了热电厂的经济性。

5.4 循环水采暖节煤条件

按照热电联产及分产的能量供应相等的原则，可计算热电联产系统的节煤量，即为分产总标准煤耗量Bds与联产总标准煤耗量Btps之差。通过理论推导可知，热电联产节煤条件为供热机组的热化发电比X大于临界热化发电比[X],才能实现节煤，即实际的热负荷越大，热电厂发电节煤越多。

通过以上分析可知，循环水采暖实现了热力系统的冷源损失全部进行供热，当热负荷高于临界热负荷时，才能保证热电联产（循环水供热）系统有较高的热效率。实际工作中，当热负荷较低时，只能通过使部分循环水进入凉水塔系统进行冷却，才能保证发电机组的正常运行，这样反而使高温的循环水白白的对外放热，增加了系统的热量损失，造成系统运行的效率下降。

6 循环水采暖的主要缺点

通过以上分析可知，利用循环水作为热源进行采暖，除了有节约能源等优点之外，还存在以下缺点。

6.1 当热负荷较低时，循环水采暖系统运行的总热效率是降低的，是不经济的；只有热负荷高于临界热

负荷时，才能使整个循环有较高的热效率。

6.2 发电机组的运行将受到供热系统运行情况的直接影响。冬季供暖工作中，为了保证供热质量，需采取“以热定电“的运行模式，这将对发电量的提升造成一定影响。

6.3 循环水采暖改造后，如果采用一次水直接供到热用户，由于供热管网系统复杂、庞大，传热介质的泄漏率将比改造前大大增加，系统补水率将大幅增加。

6.4 采用一次水直接供到热用户，同时由于管网系统长、污物、杂质较多，容易造成凝汽器铜管堵塞，对

发电机组的安全运行造成影响。

7 循环水采暖改造的建议性措施

7.1 为了保证循环水系统有足够的冷却流量，需要在供热管网中加装定压补水装置，确保汽轮机凝汽器的正常冷却。

7.2 为了保证冷油器、空冷器的正常运行，需要对冷油器及空冷器的循环水系统单独装设循环水冷却系统，确保设备的正常运行。

7.3 对凝汽器系统进行加固，或更换为强度更高的承压钢板，以满足排气压力升高、循环水压力升高后的设备承压强度要求。

7.4 凝汽器循环水入口管道要加装除污器，确保进入凝汽器的循环水清洁无杂质，保持设备的稳定运行。

7.5 凝汽器真空降低后，及时修改低真空热力保护定值，确保设备的信号保护系统有效、可靠。

8 循环水采暖工程的实施及展望

目前整个莱钢总的供暖面积接近400万m2，今年起将从西区换热站开始逐步实施改造。在提高能源利用效率、不需要大量增加热源的条件下，可以大幅增加供热面积，改善供热质量。目前还有部分生活小区如运输部、永兴园等仍然使用锅炉直接供热，下一步可以逐步进行改造，甚至也可以给周边的居民小区供热，在增加热负荷、提高循环水采暖效率的同时，可以通过征收采暖费的方式，给公司增加丰厚的经济效益，在实现经济效益、环保效益的同时，可以改善人们的生活质量，具有较好的社会效益。在当前循环水采暖技术更加成熟的条件下，发展循环水采暖，是当前推进节能减排、提高能源利用效率的重要手段，同时也为冬季采暖拓展了更为广阔的新的发展空间。

[1]闫水保.电站热力系统节能原理与方法[M].北京:中国电力出版社，2007.5.

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Prospect of High-efficiency Utilization of Circulating Water Heating Technology

Li Qiang
(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271126,China)

The circulating water heating system was theoretically analyzed.The steam turbine generating unit was modified to meet the demand of properly utilizing quality energy and the need of winter heating.Both the advantages and disadvantages of circulating water heating system were analyzed and proposals on transformation measures were put forward.

circulating water;heating;condenser;energy utilization

TK264.1

B

1006-6764（2015）03-0028-04

2014-11-13

李强（1978-），男，大学本科学历，现从事汽轮机运行、汽轮机检修和车间技术管理工作。