生物質(zhì)發(fā)電年省百萬，“高真空、零功耗”多效節(jié)能技術(shù)火了！
在發(fā)電廠中，提高汽輪機工作蒸汽的初參數(shù)和降低汽輪機蒸汽終壓都可以提高循環(huán)熱效率。凝汽設(shè)備運行經(jīng)濟性總指標是凝汽器真空度，凝汽器真空度每降低1%，約使發(fā)電標煤耗升高3g/kw·h，按照30MW機組計算，每年發(fā)電量2.1億kw·h，將增加60余萬元燃料費用，同時還帶來大量的潛熱損失。要想維持真空度，就需要增加循環(huán)水泵運行臺數(shù)來增加循環(huán)水量，增加射水泵或真空泵運行抽出大量不凝結(jié)氣體，增加廠用電耗同時，抽出的混合氣體中可凝結(jié)水蒸汽熱焓也白白浪費了，還降低了設(shè)備使用壽命。究竟什么是凝汽器真空？真空低會帶來哪些危害呢？如何去優(yōu)化真空系統(tǒng)呢？我們一起來看一看。
01、什么是凝汽器真空？
凝汽器的真空是真空泵或射水泵將凝汽器中的空氣抽出；機組沖轉(zhuǎn)后，進入凝汽器的汽輪機排汽受到循環(huán)水的冷卻而連續(xù)不間斷地凝結(jié)成水，其體積大大地縮小，原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。
凝汽器真空的維持：靠循環(huán)水不間斷地將排汽的熱量帶走，使得蒸汽的凝結(jié)過程不間斷地進行；靠真空泵或射水泵將不凝結(jié)的氣體不間斷地排出，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空的破壞。
汽輪機運行中，在同樣的蒸汽流量、參數(shù)情況下，提高凝汽器真空，可使蒸汽在汽輪機中的可用焓增加，相應增加汽機負荷。但是在提高真空的同時，需要向凝汽器多供循環(huán)水，從而增加循環(huán)泵的電耗。由于凝汽器真空提高，使汽輪機功率增加比循環(huán)泵多耗功率為最大時的真空為凝汽器的最佳真空。
02、凝汽器真空過低的危害有哪些？
1、真空下降使排汽的容積流量減小，對末幾級葉片工作不利。末級要產(chǎn)生脫流及旋流，同時還會在葉片的某一部位產(chǎn)生較大的激振力，有可能損壞葉片，造成事故。
2、可能使汽輪機的軸向推力增加。
3、排汽溫度過高時，可能引起凝汽器冷卻水管脹口松弛，破壞嚴密性。
4、排汽溫度升高，排汽缸及軸承座受熱膨脹，可能引起中心變化，產(chǎn)生振動。
5、排汽壓力升高，可用焓降減少，不經(jīng)濟，同時使機組出力降低。
03、零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)勢突出
北京松杉低碳技術(shù)研究院開發(fā)了“零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)”技術(shù)，該技術(shù)是在水環(huán)真空泵入口或射水抽汽器前加裝零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置。基于伯努利定律和熱力學定律基礎(chǔ)，一方面基于伯努利原理，將先進流體動力學、熱力學等理論與實踐具體結(jié)合，建立抽真空氣汽混合物的質(zhì)量流量模型，并在此基礎(chǔ)上定制設(shè)計零功耗真空多效節(jié)能裝置；另一方面，在不同的環(huán)境溫度及循環(huán)水冷卻效果情況下，通過人工智能遺傳算法的模型預測技術(shù)，選擇相對應的質(zhì)量流量點抽真空系統(tǒng)模型，通過精準控制系統(tǒng)進一步地運行優(yōu)化，來盡可能的預測保證凝汽器最佳換熱效果，從而實現(xiàn)新型零功耗真空多效節(jié)能。
零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置原理示意圖
利用自主研發(fā)的零功耗降溫降壓技術(shù)，根據(jù)不同的機組條件建立氣汽混合物比體積流量與機組真空的多維度數(shù)學模型，基于能量守恒原理基礎(chǔ)上將先進流體運動力學、熱力學等理論與實踐具體結(jié)合，以及在抽真空的氣汽混合物比體積流量和質(zhì)量流量的模型預測的基礎(chǔ)上對裝置進行定制設(shè)計。在真空泵進口前加裝零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置，混合氣體在通過該裝置時，所含的絕大部分高溫蒸汽將被凝結(jié)吸收，凝結(jié)水回到熱井進入凝結(jié)水系統(tǒng)。除去高溫蒸汽的氣體會抑制工作液溫度上升，提升真空泵的效能，提高凝汽器的真空。
零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置示意圖
該技術(shù)已經(jīng)成功應用于國內(nèi)大型火電600MW和300MW機組，節(jié)能效果的數(shù)據(jù)非常優(yōu)秀。目前，北京松杉低碳技術(shù)研究院已經(jīng)對30MW農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目機組進行可行性研究，機組年發(fā)電量2.1億kw·h，發(fā)電單位燃料耗量0.001572t/kw·h，燃料熱值2268.64kcal。按照機組運行小時數(shù)7000h/年、按照當前生物質(zhì)燃料價格折算標煤價格約1000元/噸、電價0.75元/kw·h、輔機蒸汽價格33元/t、凝結(jié)水價格15元/t，機組使用真空泵為37kw，可研測算數(shù)據(jù)如下：
（1）節(jié)約燃料效益
年可節(jié)約標煤量：
210000000×1×3/1000000=630t
折合效益630×1000/10000=63萬元
（2）回收潛熱效益
回收前，這部分熱量需要通過水環(huán)真空泵壓縮做功冷凝成水，是被浪費的可用熱量。回收潛熱熱量，查焓熵圖，按照12t/h的化補水平均升溫28℃來測算。
吸收潛熱600×12000×28=336000kcal/h
每年吸收潛熱相當于節(jié)約標煤量
336000/7000×7000/1000=336t
折合效益336×1000/10000=33.6萬元
（3）回收凝結(jié)水效益
被冷凝的水蒸氣潛熱600kcal/kg,回收的凝結(jié)水量：336000/600×7000/1000=3920t
回收凝結(jié)水收益：3920×15/10000=5.88萬元
（4）節(jié)約廠用電效益
因使用真空發(fā)生裝置代替水環(huán)真空泵（按單臺真空泵計算）運行，可產(chǎn)生節(jié)電：37×7000=259000kw·h
折合效益：259000×0.75/10000=19.43萬元
（5）碳資產(chǎn)效益
節(jié)約的廠用電直接上網(wǎng)，以多發(fā)電1MWh可獲得0.6tCO2的碳資產(chǎn)效益計算，CO2價格為35元/t，因此年可增加碳資產(chǎn)效益：
259000/1000×0.6×35/10000=0.54萬元
（6）消耗輔汽費用
真空發(fā)生裝置預計使用輔汽流量為0.25t/h，因此年消耗輔汽費用為：
0.25×33×7000/10000=5.78萬元
綜上：
1、1臺30MW機組年節(jié)約標煤996t；
2、則每年收益為：63+33.6+5.88+19.43+0.54-5.78=116.67萬元
使用案例
技術(shù)使用案例：2021年實施的“國家電投內(nèi)蒙古某燃煤發(fā)電廠300MW機組冷端優(yōu)化綜合提效技術(shù)的應用項目”。
機組改造后聘請專業(yè)機構(gòu)進行性能試驗，得出以下結(jié)論：
（1）冷端優(yōu)化提效技術(shù)與兩臺真空泵運行相比，汽輪機排汽壓力降低1.15kPa；
（2）冷端優(yōu)化提效技術(shù)與兩臺真空泵運行相比，機組出力增加0.64%；
（3）冷端優(yōu)化提效技術(shù)年可回收真空抽汽系統(tǒng)的凝結(jié)水量約8909t；
（4）通過計算，零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)應用，可降低發(fā)電煤耗2.08g/kWh；冷端優(yōu)化提效技術(shù)可降低發(fā)電煤耗1.23g/kWh；
（5）冷端優(yōu)化提效技術(shù)停運兩臺真空泵，綜合廠用電率降低0.08個百分點。
案例項目現(xiàn)場照片展示
經(jīng)濟效益分析
該電廠為2×300MW機組為孤網(wǎng)運行機組，其發(fā)電用于電解鋁廠。其中每年的1月、2月、3月、4月、5月、8月、9月、10月共8個月電解鋁需要大量向電網(wǎng)購電，因此這8個月按照多發(fā)電計算，剩下的4個月按照提高真空節(jié)約標煤耗計算。
（1）多發(fā)電效益約256.74萬元；
（2）節(jié)約標煤效益約62.58萬元；
（3）吸收水蒸氣潛熱（廢熱）效益約38.57萬元；
（4）回收凝結(jié)水效益約17.82萬元；
（5）降低廠用電效益約50.4萬元；
（6）消耗輔汽費用約79.2萬元；
（7）運行維護費用每年約10萬元；
（8）均攤到每年的折舊費約26.25萬元；
合計總效益為310.66萬元，即1臺300MW機組每年收益為310.66萬元，項目投資回報期約2年。
社會效益分析
20.05818億發(fā)電節(jié)約標煤效益為4172t/年，加上回收潛熱節(jié)約標煤857.14/年,則年節(jié)約標煤總量為5029.14t。
根據(jù)該機組2020年及2021年的煤質(zhì)分析報告，到廠煤熱值為2800kcal，含硫量0.7%，含碳量30%。
將標煤換算成到廠煤即：5029.14×7000/2800=12572.85t
單臺機組年減少排放SO2：12572.85×（0.7%×2）=176t
單臺機組年減少排放CO2：12572.85×（30%×44/12）=13830t
碳中和背景下，以CO2排放價格按50元/噸計算，年節(jié)約CO2排放購置費用69.15萬元，即年減排收益69.15萬元。
項目綜合收益
經(jīng)濟效益310.66萬元+社會效益69.15萬元=綜合效益379.81萬元
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