生物质发电年省百万，“高真空、零功耗”多效节能技术火了！
在发电厂中，提高汽轮机工作蒸汽的初参数和降低汽轮机蒸汽终压都可以提高循环热效率。凝汽设备运行经济性总指标是凝汽器真空度，凝汽器真空度每降低1%，约使发电标煤耗升高3g/kw·h，按照30MW机组计算，每年发电量2.1亿kw·h，将增加60余万元燃料费用，同时还带来大量的潜热损失。要想维持真空度，就需要增加循环水泵运行台数来增加循环水量，增加射水泵或真空泵运行抽出大量不凝结气体，增加厂用电耗同时，抽出的混合气体中可凝结水蒸汽热焓也白白浪费了，还降低了设备使用寿命。究竟什么是凝汽器真空？真空低会带来哪些危害呢？如何去优化真空系统呢？我们一起来看一看。
01、什么是凝汽器真空？
凝汽器的真空是真空泵或射水泵将凝汽器中的空气抽出；机组冲转后，进入凝汽器的汽轮机排汽受到循环水的冷却而连续不间断地凝结成水，其体积大大地缩小，原来由蒸汽充满的容器空间就形成了高度真空。
凝汽器真空的维持：靠循环水不间断地将排汽的热量带走，使得蒸汽的凝结过程不间断地进行；靠真空泵或射水泵将不凝结的气体不间断地排出，使这些气体不至于在凝汽器中积累而造成真空的破坏。
汽轮机运行中，在同样的蒸汽流量、参数情况下，提高凝汽器真空，可使蒸汽在汽轮机中的可用焓增加，相应增加汽机负荷。但是在提高真空的同时，需要向凝汽器多供循环水，从而增加循环泵的电耗。由于凝汽器真空提高，使汽轮机功率增加比循环泵多耗功率为最大时的真空为凝汽器的最佳真空。
02、凝汽器真空过低的危害有哪些？
1、真空下降使排汽的容积流量减小，对末几级叶片工作不利。末级要产生脱流及旋流，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，有可能损坏叶片，造成事故。
2、可能使汽轮机的轴向推力增加。
3、排汽温度过高时，可能引起凝汽器冷却水管胀口松弛，破坏严密性。
4、排汽温度升高，排汽缸及轴承座受热膨胀，可能引起中心变化，产生振动。
5、排汽压力升高，可用焓降减少，不经济，同时使机组出力降低。
03、零功耗真空多效节能系统优势突出
北京松杉低碳技术研究院开发了“零功耗真空多效节能系统”技术，该技术是在水环真空泵入口或射水抽汽器前加装零功耗直接混合降温技术装置。基于伯努利定律和热力学定律基础，一方面基于伯努利原理，将先进流体动力学、热力学等理论与实践具体结合，建立抽真空气汽混合物的质量流量模型，并在此基础上定制设计零功耗真空多效节能装置；另一方面，在不同的环境温度及循环水冷却效果情况下，通过人工智能遗传算法的模型预测技术，选择相对应的质量流量点抽真空系统模型，通过精准控制系统进一步地运行优化，来尽可能的预测保证凝汽器最佳换热效果，从而实现新型零功耗真空多效节能。
零功耗直接混合降温技术装置原理示意图
利用自主研发的零功耗降温降压技术，根据不同的机组条件建立气汽混合物比体积流量与机组真空的多维度数学模型，基于能量守恒原理基础上将先进流体运动力学、热力学等理论与实践具体结合，以及在抽真空的气汽混合物比体积流量和质量流量的模型预测的基础上对装置进行定制设计。在真空泵进口前加装零功耗直接混合降温技术装置，混合气体在通过该装置时，所含的绝大部分高温蒸汽将被凝结吸收，凝结水回到热井进入凝结水系统。除去高温蒸汽的气体会抑制工作液温度上升，提升真空泵的效能，提高凝汽器的真空。
零功耗直接混合降温技术装置示意图
该技术已经成功应用于国内大型火电600MW和300MW机组，节能效果的数据非常优秀。目前，北京松杉低碳技术研究院已经对30MW农林生物质发电项目机组进行可行性研究，机组年发电量2.1亿kw·h，发电单位燃料耗量0.001572t/kw·h，燃料热值2268.64kcal。按照机组运行小时数7000h/年、按照当前生物质燃料价格折算标煤价格约1000元/吨、电价0.75元/kw·h、辅机蒸汽价格33元/t、凝结水价格15元/t，机组使用真空泵为37kw，可研测算数据如下：
（1）节约燃料效益
年可节约标煤量：
210000000×1×3/1000000=630t
折合效益630×1000/10000=63万元
（2）回收潜热效益
回收前，这部分热量需要通过水环真空泵压缩做功冷凝成水，是被浪费的可用热量。回收潜热热量，查焓熵图，按照12t/h的化补水平均升温28℃来测算。
吸收潜热600×12000×28=336000kcal/h
每年吸收潜热相当于节约标煤量
336000/7000×7000/1000=336t
折合效益336×1000/10000=33.6万元
（3）回收凝结水效益
被冷凝的水蒸气潜热600kcal/kg,回收的凝结水量：336000/600×7000/1000=3920t
回收凝结水收益：3920×15/10000=5.88万元
（4）节约厂用电效益
因使用真空发生装置代替水环真空泵（按单台真空泵计算）运行，可产生节电：37×7000=259000kw·h
折合效益：259000×0.75/10000=19.43万元
（5）碳资产效益
节约的厂用电直接上网，以多发电1MWh可获得0.6tCO2的碳资产效益计算，CO2价格为35元/t，因此年可增加碳资产效益：
259000/1000×0.6×35/10000=0.54万元
（6）消耗辅汽费用
真空发生装置预计使用辅汽流量为0.25t/h，因此年消耗辅汽费用为：
0.25×33×7000/10000=5.78万元
综上：
1、1台30MW机组年节约标煤996t；
2、则每年收益为：63+33.6+5.88+19.43+0.54-5.78=116.67万元
使用案例
技术使用案例：2021年实施的“国家电投内蒙古某燃煤发电厂300MW机组冷端优化综合提效技术的应用项目”。
机组改造后聘请专业机构进行性能试验，得出以下结论：
（1）冷端优化提效技术与两台真空泵运行相比，汽轮机排汽压力降低1.15kPa；
（2）冷端优化提效技术与两台真空泵运行相比，机组出力增加0.64%；
（3）冷端优化提效技术年可回收真空抽汽系统的凝结水量约8909t；
（4）通过计算，零功耗真空多效节能系统应用，可降低发电煤耗2.08g/kWh；冷端优化提效技术可降低发电煤耗1.23g/kWh；
（5）冷端优化提效技术停运两台真空泵，综合厂用电率降低0.08个百分点。
案例项目现场照片展示
经济效益分析
该电厂为2×300MW机组为孤网运行机组，其发电用于电解铝厂。其中每年的1月、2月、3月、4月、5月、8月、9月、10月共8个月电解铝需要大量向电网购电，因此这8个月按照多发电计算，剩下的4个月按照提高真空节约标煤耗计算。
（1）多发电效益约256.74万元；
（2）节约标煤效益约62.58万元；
（3）吸收水蒸气潜热（废热）效益约38.57万元；
（4）回收凝结水效益约17.82万元；
（5）降低厂用电效益约50.4万元；
（6）消耗辅汽费用约79.2万元；
（7）运行维护费用每年约10万元；
（8）均摊到每年的折旧费约26.25万元；
合计总效益为310.66万元，即1台300MW机组每年收益为310.66万元，项目投资回报期约2年。
社会效益分析
20.05818亿发电节约标煤效益为4172t/年，加上回收潜热节约标煤857.14/年,则年节约标煤总量为5029.14t。
根据该机组2020年及2021年的煤质分析报告，到厂煤热值为2800kcal，含硫量0.7%，含碳量30%。
将标煤换算成到厂煤即：5029.14×7000/2800=12572.85t
单台机组年减少排放SO2：12572.85×（0.7%×2）=176t
单台机组年减少排放CO2：12572.85×（30%×44/12）=13830t
碳中和背景下，以CO2排放价格按50元/吨计算，年节约CO2排放购置费用69.15万元，即年减排收益69.15万元。
项目综合收益
经济效益310.66万元+社会效益69.15万元=综合效益379.81万元
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