凝結水系統優化設計

摘 要：文章主要描述燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組的凝結水系統配置情況。探討熱網疏水泵設置的合理性，從減少能耗、安全及成本等方面優化系統設計。

關鍵詞：凝結水系統；凝結水泵；熱網疏水泵

對于供熱機組，凝結水系統和熱網疏水系統為供熱機組的主要熱力系統，系統配置是否合理，不僅直接影響機組整體運行的經濟性，而且對機組整體安全性也有重大影響。

1 運行工況

首先介紹SSS離合器技術基本原理：對于燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組的蒸汽輪機，其高中壓模塊和低壓模塊之間采用SSS離合器連接，汽輪發電機位于高壓側，低壓模塊可通過SSS離合器脫開，供熱工況下蒸汽輪機既可背壓運行也可抽凝運行，冬季供熱工況抽汽量大時，汽機低壓缸可解列，高中壓缸背壓運行，其排汽及低壓主汽全部用于加熱熱網加熱器，此時，機組抽汽量可增加20%；非供熱工況時，高中壓缸和低壓缸通過SSS離合器連成一個軸，機組純凝運行。

工況一：非采暖和制冷季，機組純凝工況運行。

工況二：采暖和制冷季，汽輪機采用SSS離合器技術，汽機采用背壓運行。

工況三：采暖和制冷季，一臺汽機或一套聯合循環機組故障。

2 方案描述

對于燃氣輪機聯合循環供熱機組，擬定兩個凝結水系統方案，根據以上三種工況，對凝結水系統配置從技術可靠性、運行經濟性等方面進行比較。

2.1 方案一

對于冬季采暖和夏季制冷季，熱負荷穩定，凝結水系統配置了3臺50%容量的凝結水泵，采用變頻方式。每臺熱網疏水系統配置3臺50%容量熱網疏水泵，熱網疏水經過熱網疏水泵升壓后進入凝結水系統。具體系統如圖1。

工況一：非采暖制冷季，機組純凝工況運行，凝汽器來的凝結水由凝結水泵升壓后，經過軸封加熱器，送入鍋爐尾部低壓省煤器，并進入低壓汽包兼除氧器。工況二：采暖和夏季制冷季，汽輪機采用SSS離合器技術，汽機背壓運行，低壓缸解列，中壓缸排汽和低壓主汽全部進入熱網加熱器，凝汽器處于熱備用狀態，只有少量疏水進入凝汽器，此時，凝結水泵間歇運行。熱網疏水經過熱網疏水泵升壓后進入凝結水管道，送入鍋爐低壓省煤器，熱網系統正常運行。工況三：當一臺汽機或一套聯合循環機組事故時，另一套蒸汽輪機背壓運行，低壓缸解列，中壓缸排汽和低壓主汽全部進入熱網加熱器，凝汽器處于熱備用狀態，只有少量疏水進入凝汽器，此時，凝結水泵間歇運行。熱網疏水經過熱網疏水泵升壓后進入凝結水管道，送入鍋爐低壓省煤器，此時熱網系統減半運行。

2.2 方案二

由于冬季采暖和夏季制冷期間熱負荷穩定，所以凝結水系統配置了3臺50%容量的凝結水泵，采用變頻方式，具體系統如圖2。

工況一：非采暖制冷季，機組純凝工況運行，凝汽器來的凝結水由凝結水泵升壓后，經過軸封加熱器，送入鍋爐尾部低壓省煤器，并進入低壓汽包兼除氧器。

工況二和工況三：不設置熱網疏水泵，熱網疏水均自流入凝汽器，經過凝結水泵升壓后進入余熱鍋爐尾部低壓省煤器，熱網系統正常運行。

3 方案比較

兩方案設備配置見表1：

方案一為常規供熱機組凝泵、疏水泵配置方案，凝泵和疏水泵均為高壓泵，采暖及制冷期，凝泵和疏水泵均投入運行，存在并泵運行的情況，控制較復雜，此種配置方式，雖然保證了熱網疏水無熱量損失，但由于熱網疏水溫度偏高，降低了余熱鍋爐的余熱利用，且由于低壓汽包（兼除氧器）為定壓運行，為了配套變頻凝結水泵，熱網疏水泵也應該設置變頻器，節能性較差。當采用SSS離合器汽機背壓運行時，凝汽器凝結水量極少，凝泵一直運行，非常不經濟，如果間歇運行頻繁啟停，對凝泵壽命影響也較大；且背壓工況時軸封冷卻器冷卻水源為熱網疏水，對汽機廠軸封加熱器選型造成困難，或需額外尋找冷卻水源（開式水或閉式冷卻水）。

方案二的特點：（1）系統簡單，熱網疏水回至凝汽器，系統只有凝結水泵，系統控制較簡單，不論純凝或者背壓工況運行，凝結水泵流量變化不大。機組純凝和采暖制冷期背壓運行時，均能保證凝結水泵在高效區運行。（2）不需要設置高壓熱網疏水泵，可節省疏水泵的投資。（3）熱網系統采用了一級熱網冷卻器（疏水溫度可達到75℃），經過生水加熱器（120t/h生水從5℃加熱到25℃。）后，最終進入凝汽器的疏水溫度可降至～68.5℃后排至凝汽器，在凝汽器處被循環水降溫至52℃左右，熱量損失不大，再者，與方案一比較，因為凝結水溫度較低，余熱鍋爐的余熱也可以充分得到利用。（4）軸封加熱器不存在方案一選型困難的問題。（5）雖然凝結水溫度較純凝工況偏高，但由于凝汽器高背壓運行，不存在疏水在凝汽器內蒸汽閃蒸的現象，熱損失不大。

此種配置方案特別適用于熱負荷較飽滿、采暖期經常采用SSS離合器背壓運行的熱電廠。

4 結束語

兩種方案都充分考慮了機組的各種運行工況。但方案一系統簡單，凝結水泵在高效區運行，節省疏水泵的投資，從安全、節能及成本看最優，可以作為以后項目的首選方案。

參考文獻

[1]謝亞軍.供熱燃機電廠凝結水系統配置研究[J].陜西電力雜志，2013（6）.

[2]韓素彬.300MW級供熱機組凝結水系統配置優化[J].科研，2015（10）Vol.65.

作者簡介：藺雪莉（1964-），女，中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，1987年畢業于西安交通大學能源與動力工程系，職稱：高級工程師，研究方向：從事電廠熱能動力研究工作，近幾年主要從事蒸汽輪機、燃氣輪機、分布式能源等新能源領域的研究設計。