摘要：随着经济和科技水平的快速发展，冷端损失是汽轮机最大的能量损失项目，若能加以采暖利用，是对电厂能量最大程度的利用。但是汽轮机的乏汽能量品质较低，容量巨大，且要求机组运行时负荷稳定，不同容量的机型，或者即使相同容量的机型在不同的运行条件和模式下，机组的供热方案和运行要求也是不一样的。与传统的抽凝供热式机组相比，低真空循环水供热机组的供热经济性根本的优势为：在供热工况下运行时低真空循环水供热机组的冷源损失能够全部被利用，但是抽凝式供热机组只有抽汽的部分被用于供热而避免冷源损失，汽轮机排汽流量减少，但是这些排汽仍然带来了很大的冷源损失。由此可以看出，高背压低真空循环水供热的方式运行必将是北方具有采暖供热要求的热电企业未来发展的一个总体趋势。
关键词：低真空供热；双转子；余热利用；热经济性
引言
热电联产机组具有良好的节能效果，但是目前对于抽凝式热电联产机组仍然存在大量的余热未经进一步的利用而被浪费掉。电厂的热源损失主要分为两部分，一部分为锅炉排烟带走的热量，另一部分为汽机排汽被循环水带走的热量。锅炉排烟的温度一般在100℃以上，因此利用这部分余热相对比较容易，目前在工程实际应用中，电厂往往对低温省煤器进行改造从而利用这部分热量。低温循环水的热量，也即汽机乏汽余热，约占电厂耗能总量的30%以上，回收利用这部分能量，将大大降低机组煤耗，提高全厂综合热效率。但是由于循环水的供回水温度较低，温差也较小，这部分热量的利用往往比较困难。针对上述问题，本文详细介绍了目前业界存在的各种乏汽余热回收技术，包括吸收式热泵余热回收技术、电动式余热回收技术和低真空余热回收技术，并就这些技术的特点及优劣进行了详细分析，从而为今后热电联产机组的节能改造提供一定的技术选择指导作用。
1汽轮机低真空供热原理
凝汽式汽轮机运行原理为朗肯循环，由锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵等四种主要设备组成朗肯循环系统，其工作过程下图所示，排汽的汽化潜热在凝汽器内被冷却循环水带走，经过冷却塔冷却后以冷源损失的形式而白白损失了。若能够将汽轮机组设计成为低真空循环水供热的型式，汽轮机排汽所携带的热量就能够传送到采暖供热的热网中用于供热，而不会产生冷源损失，大大提高了所在电厂的能源综合利用率。低真空热网水供热是将供热系统直接接入汽轮机原凝汽器循环冷却水的出口和入口，以热网水作为凝汽器的冷却水。低真空供热的热网水采取两级串联式加热系统，首先由凝汽器对热网水进行首次加热，将低压缸排汽的汽化潜热进行吸收，然后由供热首站蒸汽加热器对热网水进行二次加热，生成温度较高的热网水，通过二级换热站使热水管网与二级热网热网水进行换热，高温热水换热冷却后又回到汽轮机组凝汽器，由此形成了一个完整的热网水路。机组中低压联通管抽汽作为供热首站蒸汽，在采暖供热期间低真空热网水供热工况运行时，凝汽器的循环水系统切换到热网循环泵建立起来的热网水回路，形成新的“热-水”交换系统，而机组纯凝工况下所需要的冷水塔及循环水泵则退出运行。电力行业相关标准规定汽轮机正常运行时排汽温度不允许超过80℃，最高不能超过120℃，当排汽温度超过80℃时必须对低压排汽缸进行喷水减温，在超过120℃时需要打闸停机，其原因为汽轮机排汽温度受到排汽缸结构的热膨胀变形、轴承振动及低压末级叶片的安全性等方面的限制。基于安全运行方面考虑，各主要汽轮机制造厂均不允许汽轮机长期在喷水减温下运行，从各电厂低真空实际运行经验看，当低压排汽温度运行在80℃以下是能够保证安全的。对于一些机组而言，若低压缸轴承箱为非落地结构，为保证改造后低压缸运行的安全性，综合考虑各种因素的影响，最终汽轮机排汽压力不能定的太高，若定为45kPa，其对应的排汽饱和温度为78.7℃，低于低压缸排汽温度报警值80℃。
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2汽轮机低真空循环水供热技术研究
2.1吸收式热泵技术
溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等，它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量Qg，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内低温热源水的热量Qe，使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Qa，加热流经吸收器传热管的热水。热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户。
2.2低真空供热技术
汽轮机低真空运行供热技术在理论上可以实现很高的能效，迄今为止，国内从50MW到300MW等级的机组都有低真空改造实施的先例，在汽轮机本体、凝汽器和系统的改造设计及工程实施方面都积累了一定的经验。低真空供热技术常用方式有不换转子、单转子技术、双转子双背压技术、叶片拆除与重装技术、NCB技术等。从能量利用角度看，在供暖期，不管哪种低真空供热方式，都可以做到完全回收汽轮机乏汽余热，没有冷端损失。但对于这几种低真空供热方式，其满足运行的边界条件却相差较大。对于不换转子的低真空供热，热网回水温度要求较低。对于空冷机组，当回水温度低时，不需改造转子，只需增加乏汽换热设备，适用性较好。但此种供热方式，即便是在供热初末期也难以满足热网需求，需要机组抽汽进行二次加热，供水温度才能满足用户需求。该种低真空方式不会对纯凝运行时的发电造成影响。
3经济性分析
3.1旋转隔板供热经济性综合分析
在分析机组供热实际效益时，需综合考虑供热收益与旋转隔板节流损失的影响。采用全面热平衡计算方法，计算供热以及旋转隔板开度对汽轮机热耗率的影响。选取部分高、中、低3个不同供热负荷段不同旋转隔板开度下，计算隔板开度对供热收益影响。隔板开度越小，节流导致的热耗率（供热比）越大；而在同样供热需求量下，负荷越低，隔板开度越小，热耗率越大。可以明显看出，负荷越低，节流损失造成的供热负收益就越大，这主要是由于旋转隔板节流导致中压缸效率下降所致。
3.2低真空供热经济性分析
以国内首台超临界350MW低真空供热新建机组（哈热9号机）为例进行供热经济性分析，由于汽轮机排汽温度不能高于80℃，无法将热网循环水加热到要求供暖温度，因此该项目设计两级换热，汽轮机排汽作为热网的低温热源，先将循环水在凝汽器内加热到约75℃，汽轮机中排设置一路采暖抽汽作为热网循环水的高温热源，继续加热循环水到100℃以上，再去热用户进行供热。
结语
在对热电厂进行汽机乏汽余热回收节能改造时，需要针对电厂的切实需要选择合适的改造技术。低真空余热回收技术以“以热定电”的方式运行，比较适应于热需求稳定的中小型机组；吸收式热泵余热回收技术能回收循环水内的热低温余热，改造难度低，并且对原电厂的运行影响较小，能大幅提高机组的节能率，比较适应于供热需求增长的各种抽凝式机组；压缩式热泵技术能完全回收循环水内得余热。
参考文献：
[1]张启林，崔贤基，叶东平.低真空循环水供热对汽轮机运行的影响[J].机械工程师，2011，（3）：32～34.
[2]陈为宁.抽凝汽轮机高背压供热改造方案研究及效果分析[D].山东大学，2013.
论文作者:杨其驰,孙坤
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/14
标签：汽轮机论文; 机组论文; 真空论文; 余热论文; 凝汽器论文; 技术论文; 隔板论文; 《基层建设》2018年第28期论文;