渠東電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)方式探討

任振偉，周 敏

（華電渠東發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

華電渠東發(fā)電有限公司一期工程（2×330 MW機(jī)組）為新鄉(xiāng)市的城市熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，要求渠東熱電廠建成以后，設(shè)計(jì)集中供熱建筑面積為1 100 m×104 m和210 t/h的工業(yè)抽汽能力，其中計(jì)劃2010年實(shí)現(xiàn)380萬m2的采暖面積和工業(yè)蒸汽量為150 t/h，即為本工程的近期發(fā)展采暖負(fù)荷，到2015年全部實(shí)現(xiàn)本工程的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，即為本工程的遠(yuǎn)期發(fā)展熱負(fù)荷。

按汽輪機(jī)抽汽參數(shù)，折合到電廠端后數(shù)值見表1。

表1 設(shè)計(jì)熱負(fù)荷表 t/h

工業(yè)抽汽由汽輪機(jī)抽汽口接出的各一根DN700抽汽管道經(jīng)減溫器后匯合成一根供熱蒸汽母管 （DN700）由主廠房固定端引至廠外各用汽點(diǎn)，設(shè)計(jì)總流量約200 t/h。

供熱抽汽口接出的兩根抽汽管道（2×DN1000）匯合成供熱蒸汽母管（DN1400），均引至廠房固定端換熱首站的供熱聯(lián)箱（DN1400），經(jīng)支管分別接入熱網(wǎng)加熱器。

熱網(wǎng)水系統(tǒng)采用母管制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)設(shè)置4臺(tái)約2 000 m2（25%的容量）熱網(wǎng)加熱器，4臺(tái)流量約為 3 100 t/h，揚(yáng)程 120 mH2O，功率 1 600 kW/臺(tái)，三運(yùn)一備，其中兩臺(tái)采用機(jī)械調(diào)速，兩臺(tái)采用定速水泵。可根據(jù)熱負(fù)荷的變化進(jìn)行質(zhì)調(diào)和量調(diào)相結(jié)合調(diào)整，熱網(wǎng)循環(huán)水設(shè)計(jì)供回水溫度130/70℃，總流量9 300 t/h，出口總管管徑DN1200。設(shè)置2臺(tái)熱網(wǎng)補(bǔ)水泵，按熱網(wǎng)循環(huán)水量的0.5%對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)定壓補(bǔ)水，安裝在換熱首站并起定壓作用。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)耗用的是電廠的發(fā)電量（廠用電），是主機(jī)從煤經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換而成的，可有效節(jié)約供熱企業(yè)龐大的電費(fèi)開支。為進(jìn)一步提高渠東熱電廠一期工程建設(shè)綜合水平和機(jī)組投產(chǎn)后的安全、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)熱網(wǎng)首站所配熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行探討和分析，即電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵方式，兩個(gè)方案均采用母管制，系統(tǒng)補(bǔ)充水采用補(bǔ)水泵定壓方式運(yùn)行。

1 熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)方式分析

1.1 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

該方案為常規(guī)方案，根據(jù)城市熱網(wǎng)現(xiàn)狀和近期的熱負(fù)荷來配置熱網(wǎng)加熱器和循環(huán)泵，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，同類設(shè)備型號(hào)一致，互換性強(qiáng)，便于檢修維護(hù)，有利于分期施工。

加熱蒸汽系統(tǒng)。熱網(wǎng)加熱器的加熱蒸汽來自兩臺(tái)機(jī)組的五段抽汽，額定工作壓力0.5 MPa，工作溫度303℃，加熱器不設(shè)備用，系統(tǒng)配置4臺(tái)同容量熱網(wǎng)加熱器，當(dāng)1臺(tái)熱網(wǎng)加熱器故障時(shí)，其余幾臺(tái)加熱器可滿足75%的供熱量。

熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)。熱網(wǎng)加熱器的疏水經(jīng)熱網(wǎng)疏水泵引至高壓除氧器，系統(tǒng)共配置4臺(tái)型號(hào)為A460-7疏水泵，為“三運(yùn)一備”。

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)。70℃城市熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)除污器和電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，加熱到120℃后，供到城市熱網(wǎng)系統(tǒng)。電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用兩臺(tái)采用液力偶合器調(diào)速和兩臺(tái)采用定速方式，達(dá)到節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)共設(shè)置4臺(tái)電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，其中3臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。

圖1 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)圖

設(shè)備選型表2所示。

1.2 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵是采用熱功聯(lián)產(chǎn)工業(yè)汽輪機(jī)（小背壓機(jī)）替代電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置直接驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵的成套設(shè)備。采用五段抽汽作為汽動(dòng)泵汽源，排汽又可作為汽源滿足熱交換器供暖水加熱蒸汽，因沒有冷源損失，能效很高。提高了熱交換的效率并有效節(jié)約企業(yè)用電消耗。并且通過對(duì)熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵的變速調(diào)節(jié)，消除了調(diào)節(jié)過程中的節(jié)流損失。

表2 設(shè)備選型一覽表

加熱蒸汽系統(tǒng)。熱網(wǎng)加熱器的加熱蒸汽來自兩臺(tái)機(jī)組的五段抽汽，額定工作壓力0.5 MPa，工作溫度303℃。將4臺(tái)并列運(yùn)行的加熱器設(shè)計(jì)成兩兩串并聯(lián)的方式，部分四段抽汽通過背壓式汽輪機(jī)做功驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵，排汽排入首級(jí)兩臺(tái)并聯(lián)的熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)水，被加熱后的熱網(wǎng)水再進(jìn)入下一級(jí)并聯(lián)的兩臺(tái)熱網(wǎng)加熱器，經(jīng)過另一部分的四段抽汽加熱至要求的溫度。具體聯(lián)接方式如圖2所示。

圖2 聯(lián)接方式圖

熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)。熱網(wǎng)加熱器的經(jīng)過疏水泵送回到6號(hào)機(jī)組的除氧器，系統(tǒng)共配置4臺(tái)疏水泵，為“三運(yùn)一備”。

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)。70℃城市熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)除污器和電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，加熱到130℃后，供到城市熱網(wǎng)系統(tǒng)。電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速方式，達(dá)到節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)共設(shè)置4臺(tái)電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，3臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。

設(shè)備選型表3所示。

表3 設(shè)備選型一覽表

2 熱網(wǎng)首站布置

本期首站布置于主廠房固定端。由每臺(tái)汽輪機(jī)供熱抽汽口接出的兩根抽汽管道 （2×DN1000）匯合成供熱蒸汽母管（DN1400），均引至廠房固定端換熱首站的供熱聯(lián)箱（DN1400），經(jīng)支管分別接入熱網(wǎng)加熱器。熱網(wǎng)循環(huán)水母管廠區(qū)內(nèi)采用架空敷設(shè)。根據(jù)系統(tǒng)不同，本站共有兩種布置方案。方案一為汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵布置方案，方案二為電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵布置方案。兩個(gè)方案的廠房大小一致，僅根據(jù)系統(tǒng)不同，設(shè)備的布置方式不同，檢修維護(hù)條件也有所不同。

2.1 汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵布置方案

根據(jù)熱網(wǎng)系統(tǒng)情況，本著工藝流程合理，布置簡(jiǎn)潔，方便檢修維護(hù)、降低工程造價(jià)等，將4臺(tái)汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和兩臺(tái)高壓熱網(wǎng)加熱器布置于廠房的一側(cè)，2臺(tái)低壓熱網(wǎng)加熱器布置于廠房另一側(cè)，高低壓熱網(wǎng)加熱器的疏水泵各靠近加熱器本體。水泵和加熱器均有足夠的檢修空間，廠房寬敞舒適。

2.2 電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵布置方案

將4臺(tái)電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵布置于廠房的一側(cè)，4臺(tái)熱網(wǎng)加熱器和4臺(tái)疏水泵布置于廠房另一側(cè)，廠房布置整齊，水泵檢修方便，汽水管道布置簡(jiǎn)捷，但設(shè)備檢修維護(hù)不方便，加熱器沒有足夠的空間抽管檢修。

3 節(jié)能效果分析

采用五段汽源作為背壓汽輪機(jī)汽源的驅(qū)動(dòng)方式與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式相比具有明顯的節(jié)能效果。主要因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了能級(jí)梯度的最佳利用：五段抽汽作為熱網(wǎng)加熱器熱源，具有一定的過熱度和較高的能級(jí)品位，在加熱網(wǎng)水的過程中，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，具有較大的可用能損失，現(xiàn)通過背壓汽輪機(jī)使這部分可用能得以利用。熱網(wǎng)水在加熱過程中主要吸收蒸汽的汽化潛熱，對(duì)本系統(tǒng)使用的蒸汽而言，汽化潛熱量約是過熱熱量的15倍，因此，采用五段抽汽作為汽源驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵后，熱網(wǎng)加熱耗汽量增加很少，約增加2.1 t左右，此增加的2.1 t的汽量即可視為投入，產(chǎn)出則為節(jié)約的1 427 kW功率電量。

運(yùn)用等效焓降計(jì)算，在主機(jī)定流量時(shí)此多耗的2.1 t蒸汽將減少上網(wǎng)電量約320 kW。因此采用此種方案，綜合效益為凈節(jié)約電量1 100 kW。按每年采暖期運(yùn)行3 000 h，電價(jià)按0.40元/kW·h，供電標(biāo)煤耗330 g/kW·h計(jì)算，額定采暖工況下，每年可節(jié)約電量332萬kW·h，可節(jié)標(biāo)煤1 096.4 t，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益：1 100×0.40×3 000=132.0萬元。具體計(jì)算過程表4所示。

表4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

項(xiàng) 目 數(shù)值 說明排汽壓力/kPa 4.9 設(shè)計(jì)排汽焓/（kj·kg-1） 2 433 設(shè)計(jì)主機(jī)機(jī)械效率/% 0.97 設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)效率/% 0.98 設(shè)計(jì)主變效率/% 0.98 設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)效率/% 0.94 設(shè)計(jì)聯(lián)軸器效率/% 0.97 設(shè)計(jì)線路效率/% 0.99 設(shè)計(jì)變頻器效率/% 0.95 設(shè)計(jì)多耗汽少供電量/kW 320.460 717 4 計(jì)算電動(dòng)機(jī)從網(wǎng)上取功/kW 1 427.896 676 計(jì)算運(yùn)行小時(shí)/h 3 000 取值電價(jià)（不含稅）/[元·（kW·h）-1] 0.40 取值供電煤耗/[g·（kW·h）-1] 330 取值年發(fā)電量/（億kW·h） 16.5 取值年節(jié)約電量/（kW·h） 3 322 307.876 計(jì)算年節(jié)約標(biāo)煤量/t 1 096.361 599 計(jì)算直接效益/萬元 132.892 315 計(jì)算供電標(biāo)煤耗降低/[g·（kW·h）-1] 0.664 461 575 計(jì)算廠用電率下降/% 0.201 351 992 計(jì)算

進(jìn)一步計(jì)算表明可以降低設(shè)計(jì)供電煤耗0.664 g/kW·h，降低設(shè)計(jì)廠用電率0.20%。

4 結(jié)語

綜上所述，從系統(tǒng)配置上看，汽泵和電泵各有優(yōu)缺點(diǎn)，電泵系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備互換性強(qiáng)，檢修維護(hù)方便，便于分期施工。汽泵系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，無法分期施工，首站運(yùn)行初期設(shè)備不在額定工況下運(yùn)行，效率低，且汽泵運(yùn)行時(shí)間較短，每年僅運(yùn)行一個(gè)季度，檢修保養(yǎng)工作量大，優(yōu)點(diǎn)是首站內(nèi)無高壓電機(jī)，節(jié)約高壓電纜及控制柜的造價(jià)，但由于增加了小汽機(jī)，整個(gè)首站的對(duì)外供熱量相應(yīng)減少。從設(shè)備投資上看方案一比方案二設(shè)備總體投資少；從技術(shù)上說，兩種系統(tǒng)均可用。從布置上看，兩個(gè)方案土建投資相當(dāng)，只是根據(jù)設(shè)備不同布置方式不同。方案一每一臺(tái)設(shè)備的檢修空間都比較大，設(shè)備布置整齊。方案二設(shè)備布置整齊，但加熱器無檢修空間。