汽轮机凝汽器真空度优化技术
【技术背景】
在热电、化工、造纸、印染、冶金、制药、环保等领域,存在大量含有凝汽环节的汽轮机,依靠凝汽器实现乏汽的冷凝,保持机组的运转,适宜应用本技术。
汽轮机是依靠进汽、出汽之间的焓差进行工作的,由于输入蒸汽的焓值一般无法改变,则汽轮机的输出动力与出汽焓值息息相关。为了实现最佳的动力输出,同时兼顾锅炉水回热系统的耗汽量,通常最佳的负压范围在-88~90kPa左右,此时总体效率是最佳的,对应的真空度也在88~89%左右。当负荷率为80%,真空度每恶化1kPa则汽轮机的动力输出将下降1.5%,因此凝汽器的真空度(冷端管理)非常重要。(据《中小型热电联产工程设计手册》,中国电力出版社,p166)
本技术属于综合方案,提高凝汽器的真空度,增大动力输出能力,节省蒸汽,提高汽轮机的效率,减少标煤用量。
【应用领域】
本技术适用于采用循环水冷却的汽轮机凝汽器、列管式蒸汽加热器等,换热管如铜管、不锈钢管、钛管、碳钢管等都能适应本技术,对设备无损伤。
本技术同时实现优良的水质,为全厂节能减碳提供很好的条件,同时能够降低蒸汽射流式真空泵的蒸汽消耗量。
【技术原理】
本套技术属于一体化综合方案,包含以下分项,组成有机整体:
1、凝汽器强化换热子系统
强化换热系统利用水的动能驱动,在换热管内不停地快速旋转,改变管内水的流态为全紊流,使贴近管壁的滞留层消失,热量迅速从换热管传递给强烈扰动的水流,被快速带走,显著地强化换热管水侧的换热效果,从而改善凝汽器的整体换热效果,经济效益提高。
本系统运行时,强烈旋转的水流产生径向管壁摩擦力和剪切力,破坏了水垢和粘泥物质在换热管内壁的附着机理,排除了结垢的可能,保持换热管内壁长期干净无垢,垢下腐蚀大幅度减缓,保护换热管内壁氧化膜。
由于凝汽器换热效果增强,排汽温度降低,同时强烈的水流扰动使贴近管壁的水流温度降低,水侧温度场均化,水中重碳酸钙分解产生碳酸钙的速度降低,碳酸钙在低温下的溶解度也提高,沉淀量减少。这两个方面的影响也使安装本装置后换热管内壁的结垢可能性大大降低。
2、循环水一体化净化子系统
本部分属于在线运行的一体化装置,其原理在于取一部分循环水进行净化,并送回水池。通过不断循环净化,持续地将水中的泥尘、胶体、黏菌、藻类排出,以维持水质处于较优的平衡状态。由于实现了水质清透、沉淀物消除、菌胶无法滋生的目标,使得凝汽器以及全厂的各台换热器的效率都显著提高。
本产品依靠回水的背压进行工作,无需配置循环泵,属于固定式设备,能够自动排泥,实现无人值守。
3、高效机械式真空泵
真空泵在系统中属于保障设备,主要作用是将潜在的不凝气及时排出,以确保冷凝蒸汽的纯度,保持冷凝效果。企业经常采用中压蒸汽作为抽汽动力,采用射流抽汽,效率较低,并且夏季由于冷凝液温度较高使得喷射器本身的冷端负压得不到保障,不能保持较好的真空度。通过增设机械式强制真空泵,具有“无条件”抽气的特点,能够确保真空度,不受气候、水温等因素的影响,并杜绝喷射器的蒸汽的消耗,效益显著。
上述各个方面实现本技术的综合效果,取得节能减碳的效益。
【核心优势亮点】
1、强化换热:当汽轮机组运行时,本装置无需外加动力,利用水的流速水头(动能)驱动螺旋扭带长期在换热管内不停地快速旋转,改变管内水的流动状态,均化温度场,使贴近管壁的滞留层消失,热量迅速从换热管传递给强烈扰动的水流,并被快速带走,极大地强化了换热管水侧的换热效果,换热系数提高20%左右,从而改善了凝汽器整体换热效果。
2、自动除垢:本装置运行时,强烈旋转的水流产生向管壁摩擦力和剪切力,破坏了水垢和粘泥物质在换热管内壁的附着机理,使水垢和粘泥没有时间在管壁上滞留,排除了结垢的可能,保持换热管内壁长期干净无垢,垢下腐蚀大幅度减缓,保护换热管内氧化膜。
3、阻垢防垢:由于凝汽器换热效果增强,排汽温度降低,同时强烈的水流扰动使贴近管壁的水流温度降低,水中重碳酸钙分解产生碳酸钙的速度降低,碳酸钙在低温下的溶解度也提高,沉淀量降低。这两个方面的影响也使安装本装置后换热管内壁的结垢可能性大大降低。
4、净化水质:循环水的水质清透,避免泥尘、菌胶、藻类、钙镁离子等对换热的危害,杜绝结垢和生物黏泥积累。本系统相当于“加药+电化学+旁滤”的综合效果叠加,能够从根本上解决水质问题。
5、提升真空度:采用机械真空泵代替喷射泵,对冷却水的温度依赖较小,实现稳定的真空度,同时避免工作蒸汽的消耗。
6、投资回收期短,安装简单,无需运行维护,实现真空度优化,同时也是替代胶球清洗装置、电化学、旁滤设施、超声波清洗等的优选产品。
【核心技术来源】
本技术工艺由时代科仪进行研制,技术产品专门设计定制。
【应用商业模式】
本技术支持直接买卖(EPC)、设计供货(EP)、合同能源(EMC)等商业模式。
【经济效益分析】
以30万吨氨/年的合成氨尿素企业的产能进行分析,汽轮机消耗蒸汽可达150t/h,采用本系统保守估计节省蒸汽5%左右,节省高压蒸汽7.5t/h,全年节省蒸汽6万吨,节省标准煤约0.66万吨,按照蒸汽成本160元/吨计算全年经济效益约为960万元。同时,本系统还能提高全厂换热效率,公用工程能耗下降10%以上,清洗周期延长一倍以上,节水达到10~20%。全系统每年为企业带来的直接、间接效益在千万元级别。
【市场潜力分析】
1、石化、化工的压缩机驱动,具有大量凝汽式汽轮机,凝汽器真空度亟待优化,全国可用该系统的企业数以万计。
2、钢铁企业的自备电厂:全国具有炼铁、炼钢能力的钢厂约565家,一般钢厂都有自备电厂,钢厂自备电厂领域初步测算具有120000MW以上机组凝汽器使用空间。
3、垃圾、生物质焚烧发电:全国有3185个市县,许多市县都在建垃圾、生物质焚烧发电厂,垃圾焚烧发电领域初步测算具有100000MW以上机组凝汽器使用空间。
4、焦化企业的余热发电:全国有焦炉1400多座,焦炉余热发电领域初步测算具有10000MW以上机组凝汽器使用空间。
5、水泥企业的余热发电:全国水泥厂有几千家,初步测算共有15000MW以上机组凝汽器使用空间。
6、大型化工厂、造纸厂、印染厂、制药厂自备电厂:初步测算共有50000MW以上机组凝汽器使用空间。
7、有色金属余热发电、自备电厂:初步测算共有50000MW以上机组凝汽器使用空间。
参照以上以及其它市场测算,市场使用量预测为500000MW以上。粗略按照每MW耗蒸汽量5t/h估算,每小时耗汽量为250万吨,按照平均节能率4%估算,节省蒸汽潜力为10万吨/小时,按照蒸汽价格160元/吨计算,每小时节能效益潜力为1600万元,全年效益潜力可达1280亿元。
【单位简介】
北京时代科仪新能源科技有限公司(简称“时代科仪”)成立于2010年1月28日,是一家专业致力于化工、食品医药,玻璃建材等高耗能行业整体节能降碳服务商,集节能咨询、节能诊断、节能项目设计、节能投资、运维、能源销售为一体的国家高新技术企业、国家软件企业、国家发改委备案的节能服务公司、专精特新企业、节能服务公司综合服务能力AAAA企业、低碳平台运营单位。公司旨在为企业提供从公用工程、热泵、换热器直至工艺系统等一整套的节能降碳方案,涵盖八大技术(如:蒸汽系统分析优化及动力利用技术、冷热系统夹点分析技术、余热余能及水资源利用技术、局部系统性节能技术、空压站系统整体节能技术、循环水站及制冷站综合节能技术、水质闭环管理技术及环保废气闭环处理技术等),四十多项专利、18大节能工艺包,实现耗能企业的深度挖潜,并通过“端、云一体化”的技术手段,完整呈现智能在端、智慧在云的应用场景,从而达到节能减碳、提质增效的终极目标。满足国家对企业数字化工厂、智能制造、高端制造的政策导向需求和企业精细化、精益化管理需求。
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