低真空循环水供热存在的问题及解决方法

低真空循环水供热存在的问题及解决方法1低真空循环水供热原理及应用2001年，国家经贸委、国家发展计划委、建设部发布的《热电联产项目可行性研究科技规定》1.6.7条：“在有条件的地区，在采暖期可考虑抽凝机组低真空运行，循环水供热采暖的方案，在非采暖期恢复常规运行”。因此，低真空循环水供热符合现行规定。自20世纪70年代开始，我国北方一些电厂将部分装机容量＜50MW的凝汽式汽轮机用于低真空运行，采用排汽加热循环冷却水直接供热或作为一级加热器热源[1、2]。威海市热电厂、牟平县热电厂、乳山市热电厂、荣成市热电厂等多家电厂已采用低真空循环水供热多年，技术可靠，运行稳定。2低真空循环水供热的特点采取低真空循环水供热时，汽轮机组无需大规模改造，只需将凝汽器循环冷却水的入口及出口管接入供热系统。为保证凝汽器低真空安全运行，正常情况下水侧压力不能超过0.196MPa，热网回水温度一般低于50℃。因此，必须加固凝汽器，使其承压达到0.4MPa，供、回水温度采用60、50℃为宜[3]。由于低真空运行只是汽轮机的特殊变工况，对汽轮机本体没有改动，但凝汽器在低真空运行期间，汽轮机组的发电量受供热量直接影响[1]。因此，合理确定供热面积对低真空运行汽轮机组的经济运行影响很大。3存在的问题及解决方法3.1基本情况荣成市斥山热电厂是国内最早的小型热电厂之一，拥有2台蒸发量为35t/h的蒸汽锅炉和2台装机容量为6MW的抽汽凝汽式汽轮热电机组。2001年，该厂建设以这2台热电机组为热源的低真空循环水供热工程，设计供热能力为34.4MW，最大供热能力为45.8MW。供热首站内所有设备按照设计供热能力考虑，设计供、回水温度为60、50℃，采用低温水直供方式，不设二级热力站，总规划供热面积为60×104m2。由于对低真空循环水供热运行缺乏经验，2004年当供热面积仅为30×104m2时，即暴露出供热能力不足现象，各供热区域水力失调严重，用户满意率较低，热网运行的安全性与经济性较低。3.2首站①首站系统流程回水经凝汽器加热后，通过循环泵加压送至热网，首站系统流程见图1。②首站主要设备参数首站主要设备为：2台凝汽器、2台热网循环泵、2台热网补给水泵、1台DN600mm卧式除污器。凝汽器传热面积为560m2，水侧设计流量为1410m3/h。1号循环泵的输入功率为260kW，流量为755m3/h，扬程为78m。2号循环泵的输入功率为360W，流量为1260m3/h，扬程为75m。3.3运行现状及存在的主要问题①运行现状在供暖初末期，运行1台凝汽器与2台循环泵；在供暖中期，运行2台凝汽器与2台循环泵。由低真空循环水供热的性质决定，热网采用质调节。②存在的主要问题a.热网水力失调严重，热网近端热用户普遍未安装流量调节阀，远端热用户普遍安装了自力式流量调节阀。这不仅不利于热网水力平衡调节，而且加重了水力失调，表现为近端热用户过热，远端热用户不热。b.低真空循环水供热运行调节方式采用质调节，而凝汽器循环冷却水进出口温度宜保持恒定，导致首站对供暖期的负荷调节不力。c.由于部分热用户室内温度不达标，因此在局部管道上加装了管道增压泵。但运行记录表明，增压泵运行影响其上游热用户的供热质量。d.少数热网近端热用户也出现了室内温度不达标的问题。e.热网失水量过大。f.部分住宅小区最高点出现集汽情况。g.循环泵设计流量偏小，无法满足规划供热面积60×104m2的需求。h.首站除污器两侧未安装压力计，无法测量除污器的堵塞情况。i.首站2台凝汽器未设旁通管，若其中一台凝汽器出现故障，易出现另一台过流量运行。j.2004年，凝汽器循环冷却水出口温度达到70℃，出口温度过高，严重影响热电机组发电效率，经济损失较大。3.4解决方法①热网水力失调主要是大流量小温差的供热方式造成的，尤其是近端热用户的过流量往往直接导致热网供回水压差过小，远端热用户流量不足。另外，缺乏对热网的调节手段，阀门等调节装置的可操作性不强。针对这种情况，对设有自力式流量调节阀处，严格按要求调整调节阀流量。在设置闸阀处，调节阀门的相对开度，控制供热介质流量。尽量降低近端热用户的流量，保证远端热用户足够的资用压力。自力式流量调节阀按照阀门上刻度调整流量即可。闸阀可以按照下面两种方法调节：一是测量闸阀处供回水温差，按照近端热用户供回水10℃温差、远端热用户供回水6～8℃温差控制供水闸阀的相对开度；二是测量闸阀处供回水压差，在供回水管压力测孔处安装压力计，按供回水水头差3m控制供水闸阀的相对开度。通过调整自力式流量调节阀及闸阀的相对开度，远端不热的热用户基本得到解决。但因很多建筑物的热力入口没有安装自力式流量调节阀，靠人工调节闸阀的相对开度难以保证调节效果，尤其是当热用户自行开大闸阀时，远端热用户流量又会下降。因此，我们建议在供暖期结束后，在所有建筑物热力入口都安装自力式流量调节阀。②针对首站对负荷调节不力的问题，增设尖峰换热装置(见图2)，可适应供暖热负荷变化。③增压泵运行影响上游热用户供热质量的主要原因为增压泵选型偏大，且增压至正常循环量后，无流量控制手段。建议采用在供水管上加装自力式流量调节阀，回水管上安装增压泵的方式，应根据住宅小区供暖热负荷确定增压泵流量及扬程。④少数近端热用户供热质量不达标的主要原因是阀门或管道堵塞、局部管道过细、楼内供暖系统出现故障。因此，若近端热用户不热或同一条主干线上很近两条分支的供热效果差别很大，应先检查阀门、管道是否堵塞。⑤热网失水量过大的主要原因为供热质量不均衡造成人为放水及热网泄漏量过大。在改善水力平衡的前提下，严格控制热用户私自放水，可采取在供热介质中加入药剂、宣传教育与惩罚制度结合的措施。对渗漏的管道，考虑改造或更换。⑥由于担心凝汽器的承压能力，原定压点压力偏低，导致部分住宅小区最高点集汽。对凝汽器承压能力重新校核后，将定压点压力由原来的0.16MPa增至0.22MPa，解决了集汽问题。⑦该热网供热半径大且未设中继泵站，而且循环泵扬程偏低，流量明显偏小，随着供暖热负荷的增加，现有循环泵流量和扬程将无法满足需求。另外，2台循环泵的扬程不同也会导致二者并联运行效率的下降。当总供热面积达到60×104m2时，按现有管径和供热半径计算，循环泵扬程应达到160m，流量应达到3000m3/h，才能满足供热要求。可以采用以下3种解决方案：一是直接更换成符合流量和扬程要求的循环泵；二是在热网的合适位置增设中继泵站；三是加大现有热网管径，循环水泵换成扬程为120m、流量为3000m3/h的水泵，这样运行费用将减少，但投资费用增加。具体采用何种方案，应根据负荷增长情况确定。⑧除污器两侧加装压力计，当除污器两侧水头差达到2m时，除污器就应及时排污，这样即可准确判断除污器是否堵塞及何时排污。⑨在2台凝汽器进出水主管处增加旁通管及旁通调节阀，改造后的首站系统流程见图2。调试时，用超声波流量计测量凝汽器流量，通过调节旁通调节阀的相对开度，控制进入凝汽器的流量。当低真空循环水供热系统达到设计供热能力运行工况时，保持单台凝汽器的正常设计流量即可。⑩凝汽器循环水出口温度过高，导致热电机组发电量降低，影响了低真空循环水供热的整体经济效益。凝汽器循环冷却水出口温度应控制在60℃以内，必要时可投入尖峰换热器提高供水温度。4结论凝汽式汽轮机通过改造，实现低真空循环水供热的技术简单，尤其是目前国内装机容量为50MW以下机组采用这种供热方式的较多。利用低真空循环水供热是解决小型凝汽式机组能耗高、经济性差的最优处理方案，可降低运行成本，提高电厂能源综合利用水平，保护环境，经济和社会效益显著。低真空循环水供热也存在不足，如受凝汽器的承压能力所限，供热系统定压点压力不能过高。通常采用供、回水温度为60、50℃的大流量小温差供热方式，易造成循环泵功率偏大。由于低真空循环水供热系统为定流量系统，不利于实施计量供热。