汽輪機(jī)乏汽在大溫差供熱中的應(yīng)用

中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 馬曉峰

1 前言

節(jié)能減排是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的國策之一。熱電聯(lián)產(chǎn)、乏汽高背壓供熱及大溫差供熱都是節(jié)能減排的重要措施。汽輪機(jī)排汽熱損失占全廠各項(xiàng)損失的50%以上[1]，并且該損失可占到供熱機(jī)組額定供熱量的30%以上，合理利用可以有效的增加熱電廠的供熱量[2]。

圖1 電廠供回水溫度與環(huán)境溫度曲線圖

乏汽供熱是指采用汽輪機(jī)的排汽加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水用來供熱，當(dāng)回水溫度較高時(shí)可提高低壓缸排汽壓力，使排汽溫度增加用來加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，即高背壓供熱[3]。

2 工程供熱概況

某電廠建設(shè)規(guī)模為2×300MW亞臨界空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，配2×1070t/h循環(huán)流化床鍋爐。汽輪機(jī)形式為亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、直接空冷抽汽凝汽式機(jī)組。機(jī)組額定抽汽工況下運(yùn)行背壓為14kPa，額定抽汽量500t/h，最大抽汽量550t/h。不同背壓下機(jī)組參數(shù)如表1所列：

表1 不同背壓下機(jī)組參數(shù)

根據(jù)空冷汽輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以對汽輪機(jī)本體不進(jìn)行改造，使汽輪機(jī)長期穩(wěn)定的在34kPa.a下運(yùn)行[4]，提高乏汽溫度供熱。

電廠的供熱要求，設(shè)計(jì)供熱面積1500萬m2，設(shè)計(jì)負(fù)荷768MW，近期供回水溫度為125/50℃，遠(yuǎn)期采用大溫差供熱技術(shù)，管網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度為125/31.4℃，可以充分利用乏汽供熱。此次改造計(jì)劃利用汽輪機(jī)高背壓乏汽余熱回收技術(shù)與常規(guī)熱網(wǎng)站結(jié)合實(shí)現(xiàn)供熱負(fù)荷。熱網(wǎng)運(yùn)行采用質(zhì)調(diào)節(jié)，曲線如圖1所示。

從圖1可以看出供回水溫度受環(huán)境溫度的影響較大，在初寒期及末寒期環(huán)境溫度較高，供回水溫度較低，采用汽輪機(jī)乏汽高背壓供熱就可以滿足要求，此階段不需要抽汽加熱，能有效的節(jié)約資源。

3 方案設(shè)計(jì)

采用高背壓乏汽供熱與常規(guī)熱網(wǎng)站供熱相結(jié)合的方式，將2x300MW機(jī)組增加熱網(wǎng)凝汽器，利用汽輪機(jī)乏汽加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。在采暖季，全廠的熱網(wǎng)循環(huán)水回水先通過供熱凝汽器，用乏汽加熱到某個(gè)溫度，然后再通過熱網(wǎng)加熱器，用機(jī)組抽汽做二級加熱。

3.1 供熱系統(tǒng)及布置連接

圖2為大溫差帶高背壓供熱方案原則性流程圖，兩臺機(jī)組的熱網(wǎng)凝汽器串聯(lián)布置，從圖中可以看出此供熱系統(tǒng)采用三級加熱，分別是1號機(jī)熱網(wǎng)凝汽器、2號機(jī)熱網(wǎng)凝汽器及常規(guī)熱網(wǎng)站的熱網(wǎng)加熱器。

乏汽高背壓供熱較常規(guī)熱網(wǎng)站相比增加的主要設(shè)備為，熱網(wǎng)凝汽器、空冷蝶閥、乏汽管道、熱網(wǎng)循環(huán)水管道、熱網(wǎng)凝結(jié)水管道及抽真空管道等。

3.2 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)

圖2 大溫差帶高背壓供熱方案原則性流程圖

在供熱期間，當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度要求低于62℃時(shí)，僅利用汽輪機(jī)排汽通過兩級熱網(wǎng)凝汽器加熱循環(huán)水即可滿足供熱要求；在供熱高峰期，當(dāng)供水溫度要求高于62℃時(shí)，除利用汽輪機(jī)排汽通過熱網(wǎng)凝汽器加熱循環(huán)水作為基本加熱手段外，利用常規(guī)熱網(wǎng)站五段抽汽供熱系統(tǒng)，繼續(xù)加熱循環(huán)水，從而達(dá)到外網(wǎng)要求的供水溫度。

當(dāng)循環(huán)水回水溫度低于49℃，利用1號機(jī)乏汽加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，使其水溫由41.5℃提高至49℃。然后再將熱網(wǎng)循環(huán)水引入2號機(jī)組的熱網(wǎng)凝汽器將其加熱到62℃，最后利用熱網(wǎng)站的熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行加熱。

3.3 乏汽系統(tǒng)

從機(jī)組空冷汽輪機(jī)主排汽管上增設(shè)一旁路排汽至熱網(wǎng)凝汽器，通過凝汽器表面換熱來加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水，在凝汽器入口蒸汽管道上裝有大口徑真空電動(dòng)蝶閥，在空冷島上方原6列排汽支管中，原已有3列設(shè)有大口徑真空電動(dòng)蝶閥，本次改增設(shè)3列大口徑真空電動(dòng)蝶閥，使機(jī)組的全部6列排汽支管上均裝設(shè)隔離閥，便于機(jī)組在供熱期運(yùn)行時(shí)利用這些閥門，實(shí)現(xiàn)對空冷凝汽器的供熱量調(diào)整和切除。考慮到實(shí)際運(yùn)行中閥門有泄漏現(xiàn)象，在計(jì)算過程中應(yīng)考慮空冷平臺的最小防凍流量70t/h。

3.4 高背壓抽真空系統(tǒng)

主廠房內(nèi)主機(jī)水環(huán)真空泵富裕量較大，本次改造不增加真空泵，抽真空系統(tǒng)接至主機(jī)排汽管道。

4 利用乏汽高背壓供熱的節(jié)能效果

通過上述節(jié)能改造，在冬季供熱階段最大可利用乏汽供熱251.6MW，在供熱的初寒期及末寒期完全可以采用乏汽供熱，無需抽汽。為了更好的評價(jià)乏汽在大溫差供熱中得節(jié)能效果，我們對常規(guī)熱網(wǎng)站供熱、供回水溫度125/50℃供熱及供回水溫度125/31.4℃供熱進(jìn)行了對比，如表1所列。

從表1可以看出在1號機(jī)背壓不變，2號機(jī)背壓增加的工況下，雖然2號機(jī)由于排汽壓力略有提高使得汽輪機(jī)做功能力下降，但低壓缸排汽做功能力遠(yuǎn)大于背壓的影響。在供熱熱負(fù)荷相同時(shí)，回水溫度較低為31.4℃的工況下，利用乏汽高背壓供熱增加了機(jī)組的發(fā)電功率38MW；同時(shí)回水溫度為50℃時(shí)增加了機(jī)組的發(fā)電功率15MW。按照平均發(fā)電標(biāo)煤耗300g/kW·h計(jì)算折算為標(biāo)煤量，分別節(jié)約了標(biāo)煤量11.4t/h及4.5t/h，若以此計(jì)算，按照年供熱時(shí)間3600h/a統(tǒng)計(jì)，分別節(jié)約標(biāo)煤4.1萬t/a及1.6萬t/a。

5 結(jié)論

采用高背壓技術(shù)進(jìn)行乏汽供熱可以大幅提高能源利用效率，符合節(jié)能減排的國家政策。供熱熱負(fù)荷相同時(shí)，汽輪機(jī)乏汽供熱的總抽汽量明顯小于常規(guī)熱網(wǎng)站；乏汽回收利用率較高。通過對空冷供熱機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的改造，改變供熱方式，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能更加高效和全面的利用，可以在現(xiàn)有供熱基礎(chǔ)上獲得更多的收益。在供熱期利用空冷機(jī)組可以高背壓運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)直接供熱，排汽直接加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)了蒸汽熱量的大部分和全部利用，變蒸汽廢熱為供熱熱量，汽輪機(jī)的冷源損失大幅減少。

表1 乏汽利用供熱結(jié)果

[1]任澤霈等主編.熱工手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002(11).

[2]魏巍,韓淑秀.利用火電廠冷凝熱集中供熱的新思路[J].熱機(jī)技術(shù),2011,4(29):38-42.

[3]常立宏.300MW亞臨界供熱機(jī)組高背壓供熱改造的研究[J].黑龍江電力,2012,6(34):421-423,427.