1、熱電廠循環水供熱的設計青島開源熱力設計院 劉欣摘 要：本文闡述了熱電廠循環水供熱節能原理、最優方案的確定，及設計、運行的基本方法。關鍵詞：熱電廠 節能 循環水作者在主持某熱電廠循環水供熱建設方案設計及經濟分析過程中，對小型熱電廠利用冷卻塔循環水供熱進行了研究。在本文中對循環水供熱方案進行了探討，以期在同行中進行討論。一、循環水供熱對于節能的意義根據國家發改委預測，到2020年我國GDP將翻兩番。如果按照現有的社會經濟發展模式推算，屆時我國每年的能源消耗量將從現在的14億噸標煤，增大到56億噸。這一巨大的能源消耗量成為制約我國社會經濟發展的瓶頸。鑒于我國目前高投入、高能耗、低產出的現狀，推進提高

2、能效、節約資源的工作，已到了刻不容緩的時刻。聯系到我們所從事的行業，建筑能耗約占全國總能耗的1/4-1/3；而供熱、空調、制冷能耗又占到建筑能耗的1/3。特別是供熱行業，至今仍處于粗放經營階段，因此節能降耗存在著巨大的潛力。國內熱電廠純凝機組或抽凝發電機組在其安全發電的同時，存在著能耗高、經濟性差的問題。主要原因是機組中作完功的乏汽排入凝汽器后，熱量被循環水帶走，通過冷卻塔排入大氣，造成較大的冷源損失。在文獻資料中，一般凝汽式電廠的循環熱效率只能達到3040%，其它熱量白白損失掉了，而其中最大的就是凝汽器的冷源損失，約占總損失的60%。為提高能源利用率，降低小型汽輪機組的冷源損失，提高熱經濟性

3、，冬季采暖期可以將汽輪機組的冷源損失加以利用，即循環水所攜帶的熱量不是被排入 大氣，而被輸送到供熱用戶取暖用。這樣對電廠而言，既節能、又經濟，還環保，符合國家大力提倡的節能降耗政策。二、循環水供熱節能原理汽輪機低真空循環水供熱是為了滿足節能和環保要求而發展起來的一項節能技術。其基本原理是在發電過程中，將凝汽器真空度降低，相應的排汽壓力和排汽溫度隨之升高，同時減少冷卻汽輪機乏汽的循環水量，將凝汽器循環水出口溫度提高到70左右，循環水直接作為采暖用水為熱用戶供熱，實現汽輪機低真空循環水供暖的目的。圖1為汽輪機低真空循環水供暖系統示意圖。圖2為凝汽運行和低真空運行時的溫熵圖。其效益可從圖中

4、看得更為清楚。 汽輪機發電機循環泵去除氧器熱用戶圖1 汽輪機低真空循環水供暖系統示意圖由圖1可以看出，汽輪機改為低真空供熱后，熱用戶實際上就成為熱電廠的“冷卻塔”，汽輪機的排汽余熱可以得到有效利用，避免了冷源損失，大大提高了熱電廠能源的綜合利用率。圖2 凝汽運行和低真空運行時的溫熵圖如圖2所示，汽輪機在純凝汽式發電時，面積1-2-3-5-6-1為蒸汽在汽輪機中做功的焓，面積2-7-9-3-2-為排出廢汽的焓；改造為低真空循環水供熱后，面積1-2b-3b-5-6-1為蒸汽做功的焓，面積2b-7-8-3b-2b為用于供暖的熱量。顯然，汽輪機低真空循環水供暖的經濟效益比純凝汽發電時要高。三、循環水供

5、熱基本形式循環水供熱僅靠提高凝汽器壓力，在安全的前提下只能將循環水加熱到65左右。這是因為凝汽器循環水溫與汽輪機排氣壓力成正比，若汽輪機排汽壓力過高不但會使機組發電出力降低，還可能導致凝汽器鋼管膨脹過大而產生泄漏，以及排汽缸上的后軸承溫度升高而引起的冷卻困難和機組振動等問題，因此排汽壓力只能提高到5060KPa，對應的飽和溫度為80.8685.45，為了保證機組的長期安全運行，排汽溫度控制在80以下比較合適。由于凝汽器存在傳熱溫差，實際運行中冷凝器循環水的出口溫度為70左右，為保證機組的安全運行和發電效率，排汽壓力不能過高，以達到供熱要求為宜。根據文獻提供數據，凝汽式汽輪機低真空運行時，會對機

6、組及凝汽器產生一定影響。但排汽壓力選取在0.05MPa以下，循環水溫控制在65以下，則可保證汽輪機組的安全運行。1、低溫循環水供熱系統汽輪機-凝汽機組將排汽壓力提高到0.030.04MPa，同時將冷卻循環水量減少，從而使循環出口溫度由3035提高到65。采暖季循環水不再去冷卻塔，而是用熱網循環泵送到各熱用戶。循環水經暖氣片冷卻后再回到凝汽器吸收熱量，再送入熱網連續循環運行。循環水供熱實際是采用暖氣片作為冷卻塔使用。在寒冷季節循環水供熱系統需投入尖峰加熱器，可將循環水加熱到7080，以滿足尖峰負荷的需要。該系統與用戶直接連接，熱源、管網以及采暖用戶用熱參數一致。由于其出口供水溫度較低，一般為65

7、左右，故稱為低溫循環水供熱系統。該系統優點是乏汽的余熱全部被利用，消除了占總熱量損失的60%的冷源損失，因此熱效率高。由于排汽壓力升高，初參數不變，則機組的焓降減小，致使汽輪機發電功率下降，一般功率下降為額定功率的10%20%。但低真空運行供暖機組的排汽壓力僅為0.030.04MPa，處于真空狀態。比其他形式的抽汽供熱機組對發 電功率影響最少。從熱化發電來衡量，低真空運行循環水供熱發電量最大，也就是熱化發電率最大。該系統缺點是供水溫度受汽輪機排汽壓力的限制，一般為65左右，回水溫度小于55，溫差為1020。在供熱量一定時，溫差小，水流量大，管網直徑及投資大。同時，熱網泵大，耗電多，運

8、行費用增加。2、高溫循環水混水供熱系統還有一種系統，將65左右低真空運行的循環水在尖峰加熱器中加熱到8090。根據供熱所需負荷以及管網形式，供水溫度最高可達120。通過主循環管路輸送到各熱力子站（混水站），通過混水系統混成7075熱水供采暖用戶，完成一個循環。由于熱源及主管網供水溫度較高（最高可達120），本文稱作高溫循環水混水供熱系統。該系統的原理同低溫循環水供熱系統基本相同。不同的是經過尖峰加熱器后供水溫度較高。根據負荷發展需要，供水溫度最高可達120。然后輸送到各熱力站。在熱力站設置混水泵，用混水泵抽熱網回水的一部分回水（5055），與高溫循環水混合成采暖所需溫度（7075）后輸送到用戶

9、，另一部分回水回到凝汽器內加熱，形成一個循環。系統的補水可在各熱力站補充或電廠內統一補充，視當地具體水源情況和投資而定。高溫循環水混水供熱系統除保留了低溫循環水供熱系統的優點外，還增大了供回水溫差，最大可達70，大大減少了管網投資，降低了運行費用。在相同供熱量下，比低溫循環水供熱投資降低30%40%，運行費用下降50%。缺點是熱化發電率偏小，原因是用抽汽加熱了循環水，使循環水出口溫度提高，但減少了發電量。但是對于以供熱為主的熱電廠來說，上述缺點可忽略不計。3、循環水供熱系統調節汽輪機、凝汽器機組在低真空供熱方式運行時，汽輪機處于以熱定電的運行狀態，當熱用戶的供暖負荷發生變化時，應采取相應措施來

10、調節機組熱負荷的大小，汽輪機組的發電功率也隨之改變。在循環水量和供熱面積的一定的條件下，當需要較高的供熱水溫時，可適當增加汽輪機的電負荷，從而增加汽輪機的進汽量，真空也相應降低。為了滿足尖峰供熱負荷的需要，利用系統中設置的尖峰加熱器，在尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環水進行二次加熱，以滿足尖峰供熱負荷的要求；當需要較低的供熱水溫時，可以減少汽輪機的電負荷，從而減少汽輪機的排汽量，真空相應升高；當循環水達到一定溫度要求而保持不變時，保持電負荷不變，排真空亦不變。四、循環水供熱方案的確定由于各供熱企業供熱負荷的發展并不是一步到位，另外考慮建設投資等情況，在循環水供熱方案的確定上應根據實際工程情況確定

11、合理的供熱方案。以筆者主持設計的某熱電廠循環水供熱方案為例：某企業熱電廠內設置一臺C25-4.9/0.981型汽輪機、凝汽器機組(相關設計參數詳見表1)進行技改后，冬季供暖期間投入循環水供居民采暖，采暖期間，機組主要技術參數見表2。表1汽輪機組相關設計參數表2汽輪機組循環水供暖運行時主要技術參數根據該凝汽機組最小最大排汽量（約20120t/h）、循環水采暖經濟性的分析，以及管網敷設條件、走向等，確定若采用低溫循環水供熱系統最小供熱面積為70萬m，最大供熱面積約為140萬m。但通過負荷統計，在供熱范圍內近期負荷只有約90萬m，且各負荷分散分布于供熱范圍內，而遠期供熱總負荷共約300多萬 m。由于

12、低溫循環水供熱系統無法滿足遠期供熱負荷發展的需要，若采用其它抽汽供熱方式相結合的模式，又會造成該區域供熱管道重復設置，增加管道敷設難度以及投資增大的弊端。因此確定根據負荷發展的不同階段，采用不同的循環水供熱方式：負荷發展初期采用低溫循環水供熱系統，當供熱負荷超過140萬m時，采用高溫循環水混水供熱系統。該方案采用低溫循環水系統供熱時設計供熱面積為140萬m。設計溫度確定采用65/50熱水（凝汽器出口/進口），循環設計溫差15，循環流量4521.6t/h?？蓾M足冬季大部分時間采暖的需求。當室外溫度較低時，為了滿足尖峰供熱負荷的需要 ，本方案在系統中設置尖峰加熱器，在尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環

13、水進行二次加熱 ，以滿足尖峰供熱負荷的要求。采用高溫循環水混水系統供熱時設計供熱面積為304.2萬m。當供熱負荷超過140萬m時，在各供熱小區設置混水站，混水后采暖供回水溫度同低溫循環水供熱系統參數。通過計算，高溫循環水供回水設計溫度采用79/50熱水（供熱面積為304.2萬m時電廠循環水出/進口），循環設計溫差29，循環流量4961.4t/h。凝汽器出口/進口溫度為65/50。由于該凝汽器循環流量要求保持在一定流量范圍（45005500t/h）方可正常運行，因此該系統主要采用質調節，也就是保持回水溫度不變，采用調節供水溫度來滿足供熱負荷的變化。若負荷發展超過304.2萬m，可通過增加尖峰換熱

14、器，提高抽汽量、循環水供水溫度，增大循環溫差來滿足供熱負荷的需要。五、循環水供熱系統簡介循環水供熱系統工藝流程如下圖所示。從上圖可知，汽輪機-凝汽機組的原有冷卻循環水系統不用做大的改動（非采暖工況運行），只是在凝汽器入口及出口管道上接入循環水供熱系統。循環水供暖系統包括熱網循環水泵、尖峰加熱器、凝汽器、除污器，以及補水系統和軟化水系統（或加藥系統）。供熱時將冷卻系統切斷，開啟供熱循環泵。經過熱用戶放熱后的采暖循環回水經過除污器除污，進入凝汽器吸收蒸汽凝結汽化潛熱后，由熱網循環水泵升壓，輸送至熱用戶，也可通過尖峰加熱器加熱后再輸送至熱用戶。循環水泵設置在凝汽器出口管側是為了防止凝汽器超壓。使凝汽器不承受較高的壓力，凝汽器所承受的是0.25Mpa左右的回水壓力，它和機組按額定工況運行時凝汽器所承受的循環水泵出口壓力基本相同。為了進一步保證系統安全，防止凝汽器超壓，在循環水泵入口母管上裝設重鍾式安全閥。同時，取自回水母管上的壓力信號自動開啟通往水塔的電動閥門，向水塔放泄。為保證凝汽器安全，通往水塔泄壓管可根據回水壓力和冷卻塔進水管高度采用敞開式，這也是最原始最可靠的安全措施，此時可不設安全閥。循環水泵出入口之間裝設了止回閥聯通管路，以防止發生事故時產生水錘。系統采用工業水作為補水定壓，定壓點為凝汽器入口循環水回水管道，靜壓定為0.25Mpa。或者采用旁通管