電廠供熱機組運行方式優化思考

李敏 新疆華電喀什熱電有限責任公司

電廠供熱機組承擔著為區域供熱的任務，出于對環境保護、節能減排以及電廠經濟收益增加的考量，對電廠供熱機組運行方式展開優化改造是必然選擇，值得重點探究。

一、電廠供熱機組的概述

在新疆華電喀什熱電廠的實際生產運行中，使用的供熱機組為350MW 超臨界間冷機組，其主要技術參數如下所示：機組為一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽抽氣凝汽式超臨界汽輪機；啟動方式為中壓缸啟動，或是高壓、中壓聯合啟動；熱耗率驗收工況功率為350 兆瓦；汽輪機額定功率為350 兆瓦；汽機閥門全開功率為383 兆瓦；最大連續功率為369 兆瓦；額定主蒸汽壓力為24.2兆帕；額定主蒸汽溫度為566℃；額定再熱蒸汽進口溫度為566℃；主蒸汽額定進氣量為每小時1010 噸；主蒸汽最大進氣量為每消失1125 噸；額定抽汽壓力為0.4 兆帕；最大抽汽量為每小時580 噸；額定排氣壓力為4.9 兆帕；設計冷卻水溫度為20℃；額定給水溫度為280.7℃；額定轉速為每分鐘3000 轉；汽輪機總效率（熱耗率驗收工況）為89.82%；熱耗率驗收工況熱耗為每千瓦時7665.6 焦耳。

二、電廠供熱機組運行方式優化改造的總體思路分析

大型機組高背壓循環水供熱技術是最近幾年開始流行推廣的機組供熱改造技術，使用該技術可以充分回收利用機組冷源損失。對于超臨界間冷機組高背壓循環水供熱早在線切換技術而言，其關鍵內容如下所示：基于間接空冷超臨界供熱機組既有的技術特征，提出了汽輪機本體不改造且基于在線切換的高背壓循環水直接供熱技術，研發了雙溫區凝汽器換熱、低壓缸末級葉片顫振的實時監控、機組背壓控制、空冷島防凍、應急冷卻、熱電聯產運行優化等系統，實現了超臨界間冷機組不停機情況下純凝發電、抽汽供熱、背壓供熱等多種運行工況的在線切換、廠內雙機背壓供熱互換，解決了高背壓工況下汽輪機末級葉片的保護及停熱不停機等問題，提升了大型高背壓循環水供熱機組的安全性及調峰靈活性。

我公司針對間接空冷式供熱機組的特點，充分利用間接空冷機組自身的優勢，實現機組在純凝發電、抽凝供熱、背壓供熱等多種運行模式下的在線切換，及實現停熱不停機，雙機背壓供熱在線切換、背壓供熱兼具電網調峰的功能制定雙溫區凝汽器供熱技術方案。具體來說：凝汽器采用兩路獨立冷卻水源，各半側運行，兩個溫區換熱。即凝汽器半側通過熱網循環水，實現對外供熱，半側通過空冷島冷卻循環水，做為備用冷卻系統。熱網回水先進入凝汽器半側進行一次加熱，一般由50℃加熱到68℃，經過熱網循環泵進入熱網加熱器進行二次加熱，一般熱網的需求加熱至90-95 左右℃，當鄰機抽汽不夠且本機排氣量大于設計流量時可以增加本機抽汽。當熱網回水流量為每小時14500 噸、溫度50℃時，在凝汽器內排汽熱量可以全部吸收，且背壓不超限，排氣損失可以接近零，應急冷卻系統循環水量可以減到每小時0 噸。

在本次電廠供熱機組運行方式優化改造實踐中，除了引入超臨界間冷機組高背壓循環水供熱早在線切換技術之外，還納入了雙溫區凝汽器供熱技術，該技術的優點主要集中在以下兩點：（1）當凝汽器排汽流量大于設計流量背壓大于允許背壓時，自動增加冷卻循環水量，保持機組背壓不超限，有效避免機組進入顫振區。（2）熱網系統出現失壓情況或熱網水中斷情況，應急冷卻系統自動增加循環水量并投入備用循環水泵，保證機組背壓不超限，從而實現熱網停熱機組不停機功能。

三、電廠供熱機組運行方式優化改造方案的具體設計與實施成效

（一）電廠供熱機組運行方式的優化改造

1.高背壓供熱的優化改造

第一，凝汽器雙溫區的優化。間接空冷機組抽凝工況條件下，凝汽器應用循環冷卻水低壓缸完成排汽，并在間冷塔的支持下對循環水實施冷卻處理；高背壓供熱工況下，凝汽器以雙溫區運行模式的展開生產實踐。此時，凝汽器內包含著兩路相互獨立的冷卻水源，分別承擔起半側換熱的任務。其中，凝汽器的半側接入熱網循環水，在熱網循環水、低壓缸排氣的支持下，完成換熱，并對低壓缸排氣實施冷卻處理，促使熱網循環的一級加熱成為現實，而對于熱網循環水而言，其在熱網加熱器二級加熱后可以完成對外供熱。凝汽器的另一半側接入冷卻循環水，承擔著備用冷卻、空冷塔防凍循環水的任務。

第二，空冷塔循環水系統的優化。出于對維持的循環水系統供水能力以及供熱機組整體運行安全平穩程度的考量，主要落實對空冷塔循環水系統的優化。實踐中，在機組內加設公用的小流量變頻循環水泵，此時，在高背壓供熱工況下，依托該小流量變頻循環水泵的運行支持，可以結合機組負荷、熱網循環水量實現對水泵流量的合理控制；結合新循環水管道的加設，促使并小流量變頻循環水泵與原機組的主循環水管道實施連接。將電動蝶閥新增值凝汽器進/出口與熱網水連接口區域，即可參考不同工況現實需求的差異性，對熱網水、循環水實施自動化切換。

第三，凝結水系統的優化。在供暖期內，當機組運行工況為高背壓供熱時，熱井出口位置的凝結水實際溫度始終大于凝結水精處理正常溫度。在改造前，凝結水精處理裝置的主要材料為普通樹脂，因此凝結水溫度表現出較高水平的條件下，難以確保凝結水精處理裝置長時間維持在安全穩定運行的狀態下。基于這樣能的情況，在本次優化改造過程中實施了換熱器系統的增設，在熱網循環回水的支持下完成對凝結水的冷卻處理，促使凝結水的最高溫度穩定為65℃（實際溫度始終不超過該最高溫度），以此實現對凝結水精處理過程中實際工藝需求的滿足，并在凝結水降溫冷卻的同時對系統放熱量進行吸收，換言之，對空冷塔防凍熱量落實回收利用，避免出現更高的熱量損失，進一步實現熱量能源的高效利用。

2.供熱初、末期的供熱機組運行改造

在供熱初末期，切實依照能耗指標排序，以此確定出優先啟動接帶熱網機組。以供熱經濟性增強的角度為入手點，對小供熱機組、熱水鍋爐與大機組進行對比，能夠了解到，小供熱機組、熱水鍋爐的供熱經濟性偏低，在供熱時間持續增加、接帶供熱面積不斷提升的條件下，所產生的消耗指標也隨之提升。當供熱處于初期階段時，供熱參數呈現出較低水平，需要對機組能耗指標展開排序，對消耗指標相對較低的機組實施優先性啟動，同時提供最大供熱能力，除了接帶自身設計負荷之外，還需要另外接帶其他熱源負荷[1]。針對能耗指標維持在較高水平的機組與熱水鍋爐，控制熱源停運。在室外環境溫度持續下降的條件下，依托能耗指標排序，對其他機組運行臺數進行逐步增加，實現補充供熱。相對應的，在轉入供熱末期后，要求根據能源消耗指標排序，對供熱機組實施逐步停運處理，滿足供熱需求的同時，降低能源消耗以及廠用電率。

3.廠內供熱方式優化和余熱利用

可以將原有的蒸汽供熱系統升級改造為熱水循環系統，避免產生較高的汽水與熱量損失；可以將煙冷器加設于鍋爐尾部煙道區域，對鍋爐排煙余熱進行充分利用，加熱廠內供熱循環水[2]；可以對低壓省煤器與熱網系統進行合并改造，在非供熱期實施加熱凝結水，并在供熱期作為熱網加熱器使用，以此促使低壓省煤器系統的經濟性增強；對廠內各種低溫低壓汽水余熱實施最大化的回收利用，對供熱管道的疏水熱量展開切實利用，以此實施對外供生活熱水，達到促進能源梯級利用程度和經濟效益逐步提升的目標。

4.降低熱網回水溫度

出于對提升供熱溫差與供熱效率的考量，對熱網回水溫度進行適當降低，促使“大流量小溫差”的熱網運行方式做出改變的方法極為有效。同時，依托降低熱網回水溫度的落實，還能夠達到減小熱網循環水量的效果，在提升低真空供熱或熱泵供熱機組的經濟性方面，也發揮出較為理想的作用。實踐中，通過改造、調整各換熱站板式加熱器增加面積，可以實現回水溫度的下降（溫度下降量可以達到5-10℃），并收獲更為理想的供熱改造效益。

5.合理使用尖峰加熱器

在供熱初期以及末期背景下，低真空供熱機組的循環水流量維持在較低水平。此時，想要實現低真空供熱，就必須要提前啟動機組，或是對機組實際運行時間進行適當延長。同時，在上述過程中，機組的接帶電負荷偏低，因此機組整體的運行經濟性并不理想。基于這樣的情況，可以積極選用尖峰加熱器完成供熱。當室外環境溫度處于較低水平（氣候寒冷）時，應當對機組的抽汽能力展開最大程度的利用，或是應用其他機組的抽汽加熱尖峰加熱器，規避使用主蒸汽減溫減壓直供尖峰加熱器[3]。

6.其他

第一，配合熱源優化運行，提升熱網系統切換的靈活性。依托對管網進行優化改造，促使多個熱源之間的聯系性提升，以此使得熱源與熱網之間的互補成為現實。實踐中，參考不同供熱時期條件下熱消耗系數的差異性，推動熱源與熱網之間實現更具靈活性的互換，以此達到提升高效熱源實際供熱量的效果，強化熱網整體運行的經濟性。

第二，充分利用熱網加熱器疏水。對熱網加熱器及時引入防漏及水質處理初始，以此促使熱網加熱器疏水能夠切實返回至除氧器或者是溫度相當的加熱器，而不會直接流入凝汽器[4]。另外，也可以應用在熱網加熱器疏水加設后置加熱器的方式，對疏水熱量實施充分利用。

第三，供熱機組主要輔機的優化改造。對供熱機組的主要輔機驅動方式實施優化調整，將原有的電驅動升級改造為蒸汽驅動。此時，涉及的優化改造范圍為給水泵、送引風機、磨煤機、循環水泵等一系列在實際運行中耗電量相對較大的輔機。同時，也可以使用對仍循環泵等輔機進行變頻改造的方式，促使廠用電率呈現出明顯下降的趨勢。

（二）電廠供熱機組運行方式優化改造的成效

依托上述優化改造方案實施試驗運行，對比原有條件下供熱機組的運行情況，得到結果如下：在完成上述改造后，供熱機組實際運行中的能源消耗量明顯下降，收獲更為理想的節能效果，達到預期；改造后，折算總熱量平均為513.16 兆瓦，相比未優化改造前增加了189.32 兆瓦的供熱量，增加可供熱面積378.58 萬平方米，超出預期目標；經過折算得出，相比未優化改造前，改造后的供熱機組在整個供熱期可節約標準煤55882.09 噸，經濟效益得到明顯增大。

四、總結

綜上所述，為了在保證供熱效果的同時進一步降低能源消耗量，對供熱機組運行展開優化改造是必然選擇。實踐中，通過高背壓供熱的優化改造，結合供熱初末期的供熱機組運行改造、廠內供熱方式優化和余熱利用、降低熱網回水溫度、合理使用尖峰加熱器、供熱機組主要輔機的優化改造等措施的落實，實現了供熱機組實際運行中的能源消耗量明顯下降，經濟效益增加，整體改造成效達到預期。