能源技術T\能源鹵環(huán)境|. ISSN1672- 9064CN35-1272/TK循環(huán)水供熱在分布式能源站的應用秦淵李勇(中南電力設計院湖北武漢430071)摘要在分布式能源站中采用循環(huán)水供熱方案，將低品位的乏汽換成熱水供給用戶,符合分布式能源系統(tǒng)“能源梯級利用"的原則，能極大的提高分布式能源站的熱效率。介紹了分布式能源系統(tǒng)中采用循環(huán)水供熱的理論分析.并對具體工程進行計算,最后指出分布式能源站中使用循環(huán)水供熱的優(yōu)缺點和適用范圍。關鍵詞分布式能源 循環(huán)水供熱中圖分類號:TM611.31文獻標識碼:B文章編號:1672-9064(2014)01-037- -C3分布式能源系統(tǒng)是指以小規(guī)模小容量模塊化的方式Qm +Qs + 3600P. + 3600P, =Q。+Q2 +Qu +3600P。(3)布置在用戶附近,以天然氣為燃料,集制冷.供熱(蒸汽和熱此時,循環(huán)水對外供熱量為;QF=Q2-Qes4)水)及發(fā)電過程為--體的能源供應系統(tǒng),是一種建立在能源熱電聯(lián)產(chǎn)機組的毛熱效率:梯級利用概念基礎上,將循環(huán)水供熱應用到分布式能源站n"=3600(p。+pi)+(0.2-Q2) +Qn(5)中,將低品位的乏汽換成熱水供給用戶,符合分布式能源系Q...統(tǒng)“高能高用,低能低用,溫度對口,梯級利用"的原則。凈熱效率為:1循環(huán)水 供熱的理論基礎3600(p +p%)(1-n.)+(Q.2-Q.) +Q.區(qū)域型分布式能源站主機配置多為燃氣輪機、余熱鍋爐、抽凝式汽輪機等,按<分布式供能站技術規(guī)定>要求,分布=(η。+o*)(1-η,) +ηu3600P.(6)式能源站系統(tǒng)的效率大于70%,而在區(qū)域型分布式能源站系Qr.u統(tǒng)中最大的能量損失是凝汽器冷源損失?！稛犭娐?lián)產(chǎn)項目可其中ηH為供熱效率,包含循環(huán)水供熱和抽汽供熱。行性研究技術規(guī)定>中指出:“在有條件的地區(qū),在采暖期可n= 9.-0a+0.. Qn+Qo(7)考慮抽凝機組低真空運行,循環(huán)水供熱采暖的方案,在非采Qr.om曖期恢復常規(guī)運行”。循環(huán)水供熱充分利用凝汽器內的冷源式中:Qm為燃料的低位發(fā)熱量,η為燃機燃燒室的效損失,將凝汽器作為熱網(wǎng)的一級加熱器,在供暖期為用戶提率,Q1為燃機排煙攜帶的熱能,Qa為余熱鍋爐排煙攜帶的供熱水。因此，將循環(huán)水供熱應用到分布式能源站中,是符合熱能.P?！愫蚉.。分別為燃機和汽機的軸端功率,Qa和Q。s分我國現(xiàn)行規(guī)定,而且也符合分布式能源站“能源梯級利用"的別為循環(huán)水供回水的熱量,n為聯(lián)合循環(huán)機組的廠用電耗理念,可以大大提高能源站的- -次能源效率。 循環(huán)水供熱與率,7w為聯(lián)合循環(huán)機組的熱效率。分布式能源站相結合的原則性熱力系統(tǒng)如圖1所示。2工程實例計算本文以山東某分布式能源站工程為實例，該能源站為某企業(yè)的擴建電廠， 主機為1臺PG6111B型燃機,按“一拖一”的方式配置抽凝式汽輪機,業(yè)主擴建該工程的目的是承擔企業(yè)的新增工業(yè)熱負荷。經(jīng)與業(yè)主溝通,建議業(yè)主將循環(huán)水系統(tǒng)改為低真空循環(huán)水供熱,按照分布式能源站“能源梯級利用"的原則，實現(xiàn)冷熱電3聯(lián)供的供能方式。該能源站的全到年運行時間可分為3個典型時期:采暖期.制冷期、過渡期rm-v-⑥u(共7200h),改造后的能源站可以供給企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)熱負荷、制冷負荷和附近小區(qū)居民的采暖負荷，其冷熱負荷分布如表1。根據(jù)表1中的冷、熱負荷,利用CTPRO軟件,分別計算點-JPG6581B型燃機在采暖期制冷期、過渡期3個典型時期內圈1原則性熱力系統(tǒng)圄的熱平衡圖。GTPRO是國際上通用的燃機性能分析軟件,其根據(jù)能量平衡和質量平衡，可以推導出如下關系式:中,采暖期利用低真空循環(huán)水供熱計算界面如圖2所示。根據(jù).上述GTPRO軟件計算的熱平衡圖，代入上述1-7Qw.mrIn =3600P。+Qx+Q(1)公式,分別計算采暖期、制冷期、過渡期內的各項指標,計算Q++Q2=Qo+Qe .(2)結果匯總見表2。作者簡介:秦淵(1983-),男湖北孝感人,工程師,碩士,主要從事火力發(fā)電、新能源工作。|能源與環(huán)境能源技術CN35 1272/TK表1冷、熱負荷匯總采暖期(共150d)制冷期(共90d)過渡期(共120d)項目最小平均最大工業(yè)生產(chǎn)負荷/(Vh)47.140.8304234.295145.028冬季采暖負荷/MW26.23.515.7夏季制冷負荷/MW/18.2表2 PG6581B 經(jīng)濟指標匯總數(shù)據(jù)序號采暖期制冷期過渡期抽凝式汽輪機抽汽滿足王抽凝式汽輪機抽汽滿足工業(yè)抽凝式汽輪 機抽汽滿足機組運行方式/生產(chǎn)負荷和制冷負荷，凝汽器工業(yè)生產(chǎn)負荷，凝汽器切運行循環(huán)水供熱滿足采暖切換至正常運行工觀換至正常運行工況負荷燃機熱耗率/kJ/kWh114451170311548燃機功率/MW41.7239.033 .40. 946天然氣低位發(fā)熱量/kJ/Nm'32730聯(lián)合循環(huán)機組功率/MW53. 7251.1753.67工業(yè)負荷抽汽量/h4S制冷負荷抽氣量/h13.88制冷負荷/MW15.5(抽汽參數(shù)同工業(yè)抽汽)/采暖負荷供熱水量/Vh1350(65C 供水,50C回水)采暖負荷/MW年運行小時數(shù)/h30002400供冷、熱總量/GJ59. 59 x 10*24. 14x10433.05 x10*天然氣耗量/Nm2'41.3x10*24.8x 10633.1 x 10°平均熱效率/%83.0969. 1067.695年平均發(fā)電廠用電率/%2.2016年平均發(fā)電天然氣耗率/Nm'/kWh0.1743年平均供電天然氣耗率/ Nm/kWh0.1813年平均供冷熱天然氣耗率Nm'/GJ30.55 .1年平均熱效率/%20年平均熱電比/%89.09后,循環(huán)水供熱年收益267.3萬元。3分布式能源站中循環(huán)水供熱方案改造眾所周知,聯(lián)合循環(huán)中的汽輪機不同于常規(guī)火電廠的汽輪機。燃氣輪機是定型產(chǎn)品,具有相對明確的排氣參數(shù)。因此聯(lián)合循環(huán)汽輪機與常規(guī)汽輪機相比，其主要區(qū)別如下:①為盡可能地利用燃氣輪機排氣能量，增加汽輪機的輸出功率,聯(lián)合循環(huán)中汽輪機一般不設回熱系統(tǒng)，僅設置汽封加熱器。給水加熱與除氧- -般 由余熱鍋爐來承擔;②汽輪機采用滑壓運行,不再設置調節(jié)級,即汽輪機的各級均采用全周進汽的結構可保證鍋爐在變工況下生產(chǎn)相對多的蒸汽,并降低了變工況下汽機內部因溫度變化引起的熱應力;③由于沒有或很少抽汽回熱級，因而聯(lián)合循環(huán)汽輪機的排汽量一般比等功率圈2 CTPRO 計算頁面循環(huán)水供熱系統(tǒng)圖容量的常規(guī)火電汽輪機排汽量大30%左右。所以低壓級的通由表2可知，在過渡期和制冷期內,PG6581B型燃機的流面積應較同容量常規(guī)煤電機組增大約30%。平均熱效率達不到70%，其主要原因是PG6581B型燃機的循環(huán)水供熱方案,提高了汽輪機的背壓,改變了汽輪機熱耗率太高，但將聯(lián)合循環(huán)機組改造為低真空循環(huán)水供熱,原設計的額定工況,隨著真空度的降低,排汽比容將降低,汽在采暖期內對外供熱水，減少了凝汽器的冷源損失,改造后輪機的排氣容積顯著降低。末級葉片的設計有最小的容積流全年的平均熱效率為74.46%,符合分布式能源站熱效率高量的要求,當小于最小流量時,會引起汽輪機的鼓風損失,影于70%的的要求。根據(jù)當?shù)夭膳醿r格10.5元/GJ,改造響軸承穩(wěn)定,增大汽輪機的軸向推力,危及軸系的振動安全(下轉第41頁)能源技術\能源與環(huán)境|CN16720124求保持穩(wěn)定并且參數(shù)基本保證在額定參數(shù)運行,有機熱載體復中,更加明確的指出:“按照國質檢特函[2007]402號文的鍋爐可參照該規(guī)程采用。對于保證出力在允許波動范圍之內規(guī)定,工業(yè)鍋爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力管道總長不超過這條(7.4.a條),蒸汽鍋爐實現(xiàn)此條較容易，熱水鍋爐與有機200m時,其安裝和使用管理按照鍋爐的相關規(guī)定進行。原則熱載體鍋爐由于鍋爐供熱無法輸出，極難保證。有一些制造上,其設計可以由具有相應資質的管道設計單位進行。"顯廠做了一些測試平臺，負荷調節(jié)采用大量的冷卻水來完成，然,我可以這么理解:工業(yè)鍋爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力他們可以進行定型產(chǎn)品測試。沒有建立測試平臺的制造廠,管道總長不超過200m時,安裝和使用管理按照鍋爐范圍內無法將鍋爐輸出的熱量消耗掉，也就無法進行定型產(chǎn)品測管道的規(guī)定進行,管道設計原則上可以由具有相應資質的管試,只好試制3臺,修改圖紙，繼續(xù)試制。使用單位拿到?jīng)]有道設計單位進行,實在不行也可由其他設計單位如工程設計進行過定型產(chǎn)品測試的鍋爐,就只好自己進行測試，同樣由咨詢單位等來設計;總長超過200m時,其設計、安裝、驗收于無法保證出力的波動在允許范圍之內，只好選擇進行簡單等均嚴格按照壓力管道要求。測試。所以對于有機熱載體鍋爐的安裝,我們看到的更多的4 結語是簡單測試的報告。簡單測試用于快速判斷鍋爐實際運行時有機熱載體鍋爐由于介質的特殊性,安裝驗收時也與蒸的能效狀況,只能用于該臺鍋爐,可在鍋爐熱態(tài)驗收時進行。汽鍋爐頗不相同，而關于鍋爐范圍內管道及供熱管道的依3關于200m管道要求的探討據(jù)、標準監(jiān)檢要求等,更是仁者見仁、智者見智。文中觀點僅國質檢特函[2007]402號文規(guī)定:為方便企業(yè),工業(yè)鍋是本人個人觀點,希望各位專家多加指點,共同探討。爐與用熱設備之間的聯(lián)接熱力管道總長不超過200m時,該參考文獻鍋爐及其相聯(lián)接的熱力管道可由取得鍋爐安裝許可證的單鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程.TSG C0001-2012位一并進行安裝,并由鍋爐安裝監(jiān)督檢驗機構一并實施安裝2有機熱 載體爐.CB/T 17410-2008監(jiān)檢,納人鍋爐使用登記。如管道長度超過上述范圍時,與鍋3有機熱載體.CB23971-2009爐聯(lián)接的熱力管道必須由取得壓力管道安裝許可證的單位4 工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范.CB50235- 20105工業(yè)金屬管道 工程施工質量驗收規(guī)范.GB50184- 2011進行安裝,納人壓力管道使用登記。而在國家質檢總局編號為20090401- -9215- 58547的回6鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程.TSG G0002- 2010(上接第38頁)性。同時,采用循環(huán)水供熱方案,由于排汽溫度的升高和循環(huán)供水的加熱器來使用，凝汽器的壓力升高到50~60kPa(相應水壓力的變化，對凝汽器的安全有一-定的影響 ,對于在燃氣-的飽和溫度為81.2-85.9C)。采暖供熱水溫度控制在65~蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組使用的汽輪機,其末級通流面積比同容量70C左右，供水溫度較低，因此供熱距離較小，- -般為1~常規(guī)煤電機組增大約30% ,因此,需要對汽輪機和凝汽器進1.5km范圍之內。行改造才能實現(xiàn)循環(huán)水供熱的功能。采取的措施如下:①改(2)采用循環(huán)水供熱的方案,不適用于以航改型燃機機造汽輪機的汽封系統(tǒng),平衡因工況變化造成的軸向推力增為原動機的分布式能源站項目中,航改型燃機熱耗率低,機加;②汽輪機動葉片采用特殊設計加固;③增加凝汽器水室組發(fā)電效率高,排出余熱量少,采用循環(huán)水供熱的代價是大壁厚,加強水室與簡體的焊縫,更換前后水室拉桿等,以提高大降低發(fā)電量,在經(jīng)濟性上不劃算。凝汽器的耐壓強度;④凝汽器喉部設置凝結水噴淋,防止末(3)只適用于北方嚴寒采暖期長的區(qū)域,采暖期越長,其級葉片超溫。收益越高。經(jīng)過.上述改造后,可使本工程實現(xiàn)采暖期低真空循環(huán)水(4)采用循環(huán)水供熱必須對汽輪機和凝汽器進行改造，供熱。并進行安全校核。4結語本文以山東某具體分布式能源站項目為實例,將循環(huán)水1 羅健,余學海,張占鎖,廖海燕,趙華.燃氣分布式能源發(fā)展前景及供熱應用到分布式能源站項目中,消除了冷源損失,使能源經(jīng)濟性分析.燃氣輪機技術,2012(3)站在采暖期的效率高達83% ,大幅度的提高能源綜合利用效2李巖,付林,張世鋼,狄洪發(fā),肖常磊.電廠 循環(huán)水余熱利用技術綜述,建筑科學,2010(10)率,天然氣的化學能在燃氣輪機燃燒室中轉化為熱能.其中3張立輝.汽輪機低真空循環(huán)水供熱技術的應用和事故處理,河北煤高溫段熱能轉化為電能,中溫段熱能供給工業(yè)用蒸汽或供給炭,2012(5)空調制冷驅動熱能,低溫段熱能供生活熱水,實現(xiàn)了能源的4吳星,付林,胡鵬.電廠循環(huán)水供熱技術的研究與應用析。區(qū)域供熱,梯級利用。該方案的優(yōu)缺點及適用范圍如下:2008(4)(1)采 用低真空循環(huán)水供熱的方式,將凝汽器當做熱網(wǎng); 焦樹建編.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán).北京:機械工業(yè)出版社,2000