200MW联合循环机组低真空循环水供热性能试验研究

李开创，庞建锋，赵明德

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

200MW联合循环机组低真空循环水供热性能试验研究

李开创，庞建锋，赵明德

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

针对200MW联合循环机组利用低真空循环水供热进行性能试验，并分析其经济性。试验结果表明当机组背压15.9kPa时的低真空供热和抽汽供热提供相同的供热量53MW，低真空循环水供热相对于抽汽供热增加机组发电量8.849MW。不同背压下的低真空循环水供热对机组的影响进行了试验，分析了机组不同背压对热网水温升、热网水吸热量、汽轮机热效率、汽轮机热耗和影响汽轮机发电量的影响。

机组背压；低真空循环水供热；余热回收；性能试验

0　引言

目前，热电联产企业普遍存在的一个现象，汽轮机运行过程中产生的热量和汽轮机排汽中的热量靠循环水带到冷却塔排掉，大量余热白白浪费[1]，其中凝汽器的冷源损失最大，约占总损失的60%[2]。在热电厂中，利用凝汽式供热机组排汽的汽化潜热加热热网循环水直接供热，既能在现有设备的基础上增加热电厂的供热能力，又能减少汽轮机组的冷源损失，实现了能的梯级利用，是一项节约能源、改善环境、深化热电联产的有力措施[2]。我国在多个省份先后进行了此类低品位余热利用工程改造，并取得了显著的节能效果[3～5]。本文针对某200MW联合循环机组低真空循环水供热进行了性能试验，根据试验数据分析计算了不同机组背压对循环水供热的影响以及分析了低真空循环水供热的经济性，进一步说明低真空循环水供热的节能效益。

1　系统简介

某2×200MW级燃气—蒸汽联合循环供热机组的系统见图1，燃气轮机为PG9171E型燃机，汽轮机组为次高压无再热抽凝式型号为LCZ60-5.8/0.98/0.58，余热锅炉为双压无补燃卧式锅炉型号为QFJ-60-2-10.5。

低真空循环水供热是采用热网供热循环水作为凝汽器的循环冷却水来冷却汽轮机排汽，充分有效的利用汽轮机排汽汽化潜热，而热用户的采暖散热器代替了电厂冷却塔作冷却设备。联合循环机组汽轮机低真空改造之后的最高运行背压为25kPa，即最高排汽温度为65℃。相应的，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℃。

图1　联合循环机组系统图

图2　低真空循环水供热的系统图

低真空循环水供热的系统如图2所示，2套联合循环机组的2台汽轮机组都进行了低真空改造。机组运行时，根据热网循环水的流量选择是流经凝汽器的单侧还是双侧。本实验为了研究低真空循环水供热对机组的影响，选择2号联合循环机组2号汽轮机作为试验对象进行研究，试验中受制于热网循环水的流量较低，2号凝汽器的一侧流经热网循环冷却水，另一侧流经冷却循环水。由于2套联合机组循环冷却水是连通的，在试验过程中也需要研究1号联合循环机组的相关运行数据。

2　试验说明

2.1试验标准

GB6422－2009《用能设备能量测试导则》

GB2587－2009《用能设备能量平衡通则》

GB/T8117.2－2008汽轮机热力性能验收试验规程。

2.2试验基准说明

试验期间受到负荷调度的影响，1号燃机负荷维持在63.4MW，2号燃机的负荷在维持在50%（约66MW），热网水的流量以采暖季的热网水量3740.5t/h为基准维持不变。

2.3试验测点

主要试验测点为凝汽器入口热网水母管压力和温度，凝汽器出口热网水母管压力和温度，热网水的流量，凝汽器真空度，主汽、补汽、抽汽和凝结水的压力、温度和流量。热网水流量测量采用便携式超声波流量计PORTAFLOW测量，主汽、补汽、抽汽和凝结水流量采用现场安装的标准孔板流量计测量。压力测量采用精度为0.075级的ROSEMOUNT3051型绝对压力变送器或表压变送器测量。温度测量采用ROSEMOUNT或NANMAC精密级E型热电偶。热电偶补偿导线为精密级导线，冷端在数据采集系统中进行自动补偿。

数据采集采用英国施伦伯杰公司生产的IMP分散式数据采集系统，配备高性能便携式计算机，自动记录压力、差压、温度等测量值，并进行相应数据的修正处理。

2.4试验工况

根据现场条件试验共完成试验工况6个，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1个工况，退低真空和抽汽的纯凝1个工况，见表1。

表1　低真空热力试验内容

2.5计算公式

2.5.1热网水热量计算公式

式中Qa—热网水的总热量，MW；

m1—热网水总流量，kg/s；

h2，h1—热网水供回水焓值，由对应的压力和温

度查表出，kJ/kg。

2.5.2汽轮机试验热效率计算公式

式中η—汽轮机热效率，%；

Qg—抽汽供热热量，MW；

Qd—低真空循环水供热热量，MW；

P—汽轮机发电量功率，MW；

QZ—进入汽轮机的总热量，MW。

2.5.3汽轮机试验热耗率计算公式

式中Gms，Ims—主汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Glh，Ilh—低压补汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gfw，Ifw—最终给水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gch，Ich—给泵前流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gss，Iss—过热器减温水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Grs，Irs—凝结水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gx—热网循环水流量（kg/h）；

Ix1，Ix0—热网循环水出水焓（kJ/kg），热网循环水进水焓（kJ/kg）；

Gchou，Ichou—采暖抽汽流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Gb，Ib—凝汽器补水流量（kg/h）和焓值（kJ/kg）；

Pe—发电机输出功率，kW。

3　结果分析

3.1不同背压下低真空循环水供热热力性能分析

通过对不同背压（T01工况、T02工况、T03工况、T04工况）下低真空循环水供热对对机组影响的试验，分析结果如图3～图5所示。

不同背压低真空循环水供热对热网水温升和吸热量的影响如图3所示。汽轮机背压越高，热网水的温升和吸热量也越大，在机组背压22.7kPa时可回收的余热量达到92.95MW。机组背压每增加1kPa，热网水的温升增加1.37℃，热网水的吸热量增加5.97MW。

图3　不同背压低真空循环水供热对热网水温升和吸热量的影响

图4　不同背压低真空循环水供热对汽轮机热效率和热耗的影响

图5　不同背压低真空循环水供热对汽轮机负荷的影响

不同背压低真空循环水供热对汽轮机热效率和热耗的影响如图4所示。随着汽轮机背压的升高，实现提取循环水的余热进行供热的目的，这时汽轮机的热效率随着背压的升高而显著提高，相应的汽轮机热耗下降也特别明显，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8926.54kJ/kWh显著下降至5127.327kJ/kWh。通过对试验数据的拟合，机组背压每增加1kPa，汽轮机热效率增加3.63%，汽轮机的热耗降低418kJ/kW。

低真空循环水供热获得好处的同时，相应背压的提高对汽轮机的发电会产生影响，图5反应了不同背压下2号汽轮机发电负荷的变化，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，机组背压每增加1kPa，汽机负荷降低0.534MW。

3.2不同运行方式对比工况的性能分

对比试验的工况为T02、T05和T06，通这三种工况的试验结果分析见表2。在T02工况下，机组背压15. 9kPa低真空循环水供热回收的乏汽余热量为53.07MW。T05工况为退低真空投抽汽供热，热网水所获得热量与T02工况相同，所需要的抽汽量为84.4t/h。T02对比T05工况，2号汽机低真空供热较抽汽供热背压提高影响发电量，但同时减少相应的抽汽量实现多发电，这两部分发电量之和7.822MW；对1号汽轮机来说，由于这两个工况下循环水流量的不同造成1号汽轮机的背压降低，使得1号汽轮机的发电量增加1.027 MW。综合1号和2号汽轮机的影响发电量增加为8.849 MW。

由表2中可以知道，T02工况下的汽轮机的热效率为63.7%，T05工况下的汽轮机的热效率为58.1%，T06工况下的汽轮机的热效率为29.7%，说明低真空循环水供热下的汽机热率相对于抽汽工况和纯凝工况有大幅度的提高。T02、T05和T06时的汽机热耗分别为8045.141kJ/kWh、9890.867kJ/kWh和12104.419 kJ/kWh，说明低真空循环水供热可以使汽轮机的热耗大幅度的降低。上述情况的主要原因是低真空循环水供热回收了部分汽轮机的排汽损失，大大减少了排汽损失。

表2　对比性能试验主要结果

3.3经济性分析

低真空供热系统投运替代了部分抽汽，节约的抽汽在汽轮机继续做功，按机组考核工况背压为15.9kPa工况测算（见表3），在供热量相同的情况下，低真空循环水供热较抽汽供热工况增加发电量8.849MW，每天实现收益13.80444万元，若按低真空供热运行120d计算，一个采暖季可实现收益1656.533万元。

4　结语

汽轮机低真空循环水供暖技术可以实现能源的梯级利用，明显提高电厂能源的综合利用效率。通过对200MW联合循环机组的低真空循环水供热试验可以知道，相对于相同供热量的抽汽工况增加了机组发电量，实现年收益的增加。同时提高汽轮机热效率，降低汽轮机热耗。

低真空供热技改项目系统改造比较简单，设备安全稳定运行，改造后对机组减少冷源损失、提高供热能力，提高电厂总效率非常有益。实施后达到预期的节能减排效果，利国利民。

表3　低真空循环水供热投运经济效益分析

[1]考芳.小型凝汽式汽轮机低真空运行循环水供热改造[J].山东电力技术，2013，174（3）：46～48.

[2]张秀琨，郑刚，等.抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用[J].上海电力学院学报，2009，25（6）：543～546.

[3]徐金源，张新隆，艾保国.汽轮机排汽余热的回收利用[J].黑龙江电力，2010，32（3）：237～238.

[4]王方明，李雪松，王磊.小型凝汽式汽轮发电机组低真供热技术研究[J].包钢科技，2012，38（1）：46-48.

[5]张胜华，张胜强.双抽汽轮机低真空供热改造[J].电站系统工程，2014，30（2）：52，53.

Experimental Study on Low Vacuum Circulating Water Heating Performance of 200MW Combined Cycle Unit

LI Kai-chuang，PANG Jian-feng，ZHAO Ming-de

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The performance test of low vacuum circulating water heating for 200MW combined cycle unit is carried out，and its economic performance is analyzed.The experimental results show that provide the same heating load amount of 53MW by low vacuum circulating water heating for 15.9KPa of unit backpressure and steam heating，low vacuum circulating water heating relative to the pumping steam heating to increase the generating capacity of 8.849MW.Experiment of low vacuum circulating water heating under different backpressure，analysis of the different backpressure on the heating water temperature rise，heat absorption of heat water，steam turbine thermal efficiency，heat consumption of steam turbine and the influence of the influence of steam turbine power generation.

back pressure of steam turbine；low vacuum circulating water heating；waste heat recovery；performance test

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.003

T621.4

B

2095-3429（2015）05-0011-04

李开创（1987-），男，安徽宿州人，硕士研究生，工程师，从事电厂余热回收利用技术研究工作。

2015-08-18

2015-09-23