循环水供热在分布式能源站的应用

能源技术T\能源卤环境|. ISSN1672- 9064CN35-1272/TK循环水供热在分布式能源站的应用秦渊李勇(中南电力设计院湖北武汉430071)摘要在分布式能源站中采用循环水供热方案，将低品位的乏汽换成热水供给用户,符合分布式能源系统“能源梯级利用"的原则，能极大的提高分布式能源站的热效率。介绍了分布式能源系统中采用循环水供热的理论分析.并对具体工程进行计算,最后指出分布式能源站中使用循环水供热的优缺点和适用范围。关键词分布式能源 循环水供热中图分类号:TM611.31文献标识码:B文章编号:1672-9064(2014)01-037- -C3分布式能源系统是指以小规模小容量模块化的方式Qm +Qs + 3600P. + 3600P, =Q。+Q2 +Qu +3600P。(3)布置在用户附近,以天然气为燃料,集制冷.供热(蒸汽和热此时,循环水对外供热量为;QF=Q2-Qes4)水)及发电过程为--体的能源供应系统,是一种建立在能源热电联产机组的毛热效率:梯级利用概念基础上,将循环水供热应用到分布式能源站n"=3600(p。+pi)+(0.2-Q2) +Qn(5)中,将低品位的乏汽换成热水供给用户,符合分布式能源系Q...统“高能高用,低能低用,温度对口,梯级利用"的原则。净热效率为:1循环水 供热的理论基础3600(p +p%)(1-n.)+(Q.2-Q.) +Q.区域型分布式能源站主机配置多为燃气轮机、余热锅炉、抽凝式汽轮机等,按<分布式供能站技术规定>要求,分布=(η。+o*)(1-η,) +ηu3600P.(6)式能源站系统的效率大于70%,而在区域型分布式能源站系Qr.u统中最大的能量损失是凝汽器冷源损失。《热电联产项目可其中ηH为供热效率,包含循环水供热和抽汽供热。行性研究技术规定>中指出:“在有条件的地区,在采暖期可n= 9.-0a+0.. Qn+Qo(7)考虑抽凝机组低真空运行,循环水供热采暖的方案,在非采Qr.om暧期恢复常规运行”。循环水供热充分利用凝汽器内的冷源式中:Qm为燃料的低位发热量,η为燃机燃烧室的效损失,将凝汽器作为热网的一级加热器,在供暖期为用户提率,Q1为燃机排烟携带的热能,Qa为余热锅炉排烟携带的供热水。因此，将循环水供热应用到分布式能源站中,是符合热能.P。°和P.。分别为燃机和汽机的轴端功率,Qa和Q。s分我国现行规定,而且也符合分布式能源站“能源梯级利用"的别为循环水供回水的热量,n为联合循环机组的厂用电耗理念,可以大大提高能源站的- -次能源效率。 循环水供热与率,7w为联合循环机组的热效率。分布式能源站相结合的原则性热力系统如图1所示。2工程实例计算本文以山东某分布式能源站工程为实例，该能源站为某企业的扩建电厂， 主机为1台PG6111B型燃机,按“一拖一”的方式配置抽凝式汽轮机,业主扩建该工程的目的是承担企业的新增工业热负荷。经与业主沟通,建议业主将循环水系统改为低真空循环水供热,按照分布式能源站“能源梯级利用"的原则，实现冷热电3联供的供能方式。该能源站的全到年运行时间可分为3个典型时期:采暖期.制冷期、过渡期rm-v-⑥u(共7200h),改造后的能源站可以供给企业的工业生产热负荷、制冷负荷和附近小区居民的采暖负荷，其冷热负荷分布如表1。根据表1中的冷、热负荷,利用CTPRO软件,分别计算点-JPG6581B型燃机在采暖期制冷期、过渡期3个典型时期内圈1原则性热力系统圄的热平衡图。GTPRO是国际上通用的燃机性能分析软件,其根据能量平衡和质量平衡，可以推导出如下关系式:中,采暖期利用低真空循环水供热计算界面如图2所示。根据.上述GTPRO软件计算的热平衡图，代入上述1-7Qw.mrIn =3600P。+Qx+Q(1)公式,分别计算采暖期、制冷期、过渡期内的各项指标,计算Q++Q2=Qo+Qe .(2)结果汇总见表2。作者简介:秦渊(1983-),男湖北孝感人,工程师,硕士,主要从事火力发电、新能源工作。|能源与环境能源技术CN35 1272/TK表1冷、热负荷汇总采暖期(共150d)制冷期(共90d)过渡期(共120d)项目最小平均最大工业生产负荷/(Vh)47.140.8304234.295145.028冬季采暖负荷/MW26.23.515.7夏季制冷负荷/MW/18.2表2 PG6581B 经济指标汇总数据序号采暖期制冷期过渡期抽凝式汽轮机抽汽满足王抽凝式汽轮机抽汽满足工业抽凝式汽轮 机抽汽满足机组运行方式/生产负荷和制冷负荷，凝汽器工业生产负荷，凝汽器切运行循环水供热满足采暖切换至正常运行工观换至正常运行工况负荷燃机热耗率/kJ/kWh114451170311548燃机功率/MW41.7239.033 .40. 946天然气低位发热量/kJ/Nm'32730联合循环机组功率/MW53. 7251.1753.67工业负荷抽汽量/h4S制冷负荷抽气量/h13.88制冷负荷/MW15.5(抽汽参数同工业抽汽)/采暖负荷供热水量/Vh1350(65C 供水,50C回水)采暖负荷/MW年运行小时数/h30002400供冷、热总量/GJ59. 59 x 10*24. 14x10433.05 x10*天然气耗量/Nm2'41.3x10*24.8x 10633.1 x 10°平均热效率/%83.0969. 1067.695年平均发电厂用电率/%2.2016年平均发电天然气耗率/Nm'/kWh0.1743年平均供电天然气耗率/ Nm/kWh0.1813年平均供冷热天然气耗率Nm'/GJ30.55 .1年平均热效率/%20年平均热电比/%89.09后,循环水供热年收益267.3万元。3分布式能源站中循环水供热方案改造众所周知,联合循环中的汽轮机不同于常规火电厂的汽轮机。燃气轮机是定型产品,具有相对明确的排气参数。因此联合循环汽轮机与常规汽轮机相比，其主要区别如下:①为尽可能地利用燃气轮机排气能量，增加汽轮机的输出功率,联合循环中汽轮机一般不设回热系统，仅设置汽封加热器。给水加热与除氧- -般 由余热锅炉来承担;②汽轮机采用滑压运行,不再设置调节级,即汽轮机的各级均采用全周进汽的结构可保证锅炉在变工况下生产相对多的蒸汽,并降低了变工况下汽机内部因温度变化引起的热应力;③由于没有或很少抽汽回热级，因而联合循环汽轮机的排汽量一般比等功率圈2 CTPRO 计算页面循环水供热系统图容量的常规火电汽轮机排汽量大30%左右。所以低压级的通由表2可知，在过渡期和制冷期内,PG6581B型燃机的流面积应较同容量常规煤电机组增大约30%。平均热效率达不到70%，其主要原因是PG6581B型燃机的循环水供热方案,提高了汽轮机的背压,改变了汽轮机热耗率太高，但将联合循环机组改造为低真空循环水供热,原设计的额定工况,随着真空度的降低,排汽比容将降低,汽在采暖期内对外供热水，减少了凝汽器的冷源损失,改造后轮机的排气容积显著降低。末级叶片的设计有最小的容积流全年的平均热效率为74.46%,符合分布式能源站热效率高量的要求,当小于最小流量时,会引起汽轮机的鼓风损失,影于70%的的要求。根据当地采暖供热价格10.5元/GJ,改造响轴承稳定,增大汽轮机的轴向推力,危及轴系的振动安全(下转第41页)能源技术\能源与环境|CN16720124求保持稳定并且参数基本保证在额定参数运行,有机热载体复中,更加明确的指出:“按照国质检特函[2007]402号文的锅炉可参照该规程采用。对于保证出力在允许波动范围之内规定,工业锅炉与用热设备之间的联接热力管道总长不超过这条(7.4.a条),蒸汽锅炉实现此条较容易，热水锅炉与有机200m时,其安装和使用管理按照锅炉的相关规定进行。原则热载体锅炉由于锅炉供热无法输出，极难保证。有一些制造上,其设计可以由具有相应资质的管道设计单位进行。"显厂做了一些测试平台，负荷调节采用大量的冷却水来完成，然,我可以这么理解:工业锅炉与用热设备之间的联接热力他们可以进行定型产品测试。没有建立测试平台的制造厂,管道总长不超过200m时,安装和使用管理按照锅炉范围内无法将锅炉输出的热量消耗掉，也就无法进行定型产品测管道的规定进行,管道设计原则上可以由具有相应资质的管试,只好试制3台,修改图纸，继续试制。使用单位拿到没有道设计单位进行,实在不行也可由其他设计单位如工程设计进行过定型产品测试的锅炉,就只好自己进行测试，同样由咨询单位等来设计;总长超过200m时,其设计、安装、验收于无法保证出力的波动在允许范围之内，只好选择进行简单等均严格按照压力管道要求。测试。所以对于有机热载体锅炉的安装,我们看到的更多的4 结语是简单测试的报告。简单测试用于快速判断锅炉实际运行时有机热载体锅炉由于介质的特殊性,安装验收时也与蒸的能效状况,只能用于该台锅炉,可在锅炉热态验收时进行。汽锅炉颇不相同，而关于锅炉范围内管道及供热管道的依3关于200m管道要求的探讨据、标准监检要求等,更是仁者见仁、智者见智。文中观点仅国质检特函[2007]402号文规定:为方便企业,工业锅是本人个人观点,希望各位专家多加指点,共同探讨。炉与用热设备之间的联接热力管道总长不超过200m时,该参考文献锅炉及其相联接的热力管道可由取得锅炉安装许可证的单锅炉安全技术监察规程.TSG C0001-2012位一并进行安装,并由锅炉安装监督检验机构一并实施安装2有机热 载体炉.CB/T 17410-2008监检,纳人锅炉使用登记。如管道长度超过上述范围时,与锅3有机热载体.CB23971-2009炉联接的热力管道必须由取得压力管道安装许可证的单位4 工业金属管道工程施工规范.CB50235- 20105工业金属管道 工程施工质量验收规范.GB50184- 2011进行安装,纳人压力管道使用登记。而在国家质检总局编号为20090401- -9215- 58547的回6锅炉节能技术监督管理规程.TSG G0002- 2010(上接第38页)性。同时,采用循环水供热方案,由于排汽温度的升高和循环供水的加热器来使用，凝汽器的压力升高到50~60kPa(相应水压力的变化，对凝汽器的安全有一-定的影响 ,对于在燃气-的饱和温度为81.2-85.9C)。采暖供热水温度控制在65~蒸汽联合循环机组使用的汽轮机,其末级通流面积比同容量70C左右，供水温度较低，因此供热距离较小，- -般为1~常规煤电机组增大约30% ,因此,需要对汽轮机和凝汽器进1.5km范围之内。行改造才能实现循环水供热的功能。采取的措施如下:①改(2)采用循环水供热的方案,不适用于以航改型燃机机造汽轮机的汽封系统,平衡因工况变化造成的轴向推力增为原动机的分布式能源站项目中,航改型燃机热耗率低,机加;②汽轮机动叶片采用特殊设计加固;③增加凝汽器水室组发电效率高,排出余热量少,采用循环水供热的代价是大壁厚,加强水室与简体的焊缝,更换前后水室拉杆等,以提高大降低发电量,在经济性上不划算。凝汽器的耐压强度;④凝汽器喉部设置凝结水喷淋,防止末(3)只适用于北方严寒采暖期长的区域,采暖期越长,其级叶片超温。收益越高。经过.上述改造后,可使本工程实现采暖期低真空循环水(4)采用循环水供热必须对汽轮机和凝汽器进行改造，供热。并进行安全校核。4结语本文以山东某具体分布式能源站项目为实例,将循环水1 罗健,余学海,张占锁,廖海燕,赵华.燃气分布式能源发展前景及供热应用到分布式能源站项目中,消除了冷源损失,使能源经济性分析.燃气轮机技术,2012(3)站在采暖期的效率高达83% ,大幅度的提高能源综合利用效2李岩,付林,张世钢,狄洪发,肖常磊.电厂 循环水余热利用技术综述,建筑科学,2010(10)率,天然气的化学能在燃气轮机燃烧室中转化为热能.其中3张立辉.汽轮机低真空循环水供热技术的应用和事故处理,河北煤高温段热能转化为电能,中温段热能供给工业用蒸汽或供给炭,2012(5)空调制冷驱动热能,低温段热能供生活热水,实现了能源的4吴星,付林,胡鹏.电厂循环水供热技术的研究与应用析。区域供热,梯级利用。该方案的优缺点及适用范围如下:2008(4)(1)采 用低真空循环水供热的方式,将凝汽器当做热网; 焦树建编.燃气-蒸汽联合循环.北京:机械工业出版社,2000