燃煤機組提升供熱蒸汽參數的設計要點

楊林

摘要：在現行碳中和、碳達峰國家政策條件下，需擴大燃煤電廠的供熱半徑實現現行政策目標，需提高燃煤電廠供熱壓力及溫度擴大供熱半徑，本文通過壓力匹配器及減溫減壓器的優缺點對比，并參照常用燃煤機組的抽汽方案，初步提出燃煤電廠內如何滿足對外供熱參數要求，提出供熱參數提升方案;并進行經濟性對比。

關鍵詞：燃煤機組、煤耗、壓力匹配器、減溫減壓器、噴嘴、壓力、溫度

一、概述

為我國順利完成碳中和、碳達峰目標，最近國家發改委和能源局《關于開展全國煤電機組改造升級的通知》發改運行【2021】1519號文對燃煤機組提出了更高的要求和相應的改造路線。現行國家政策要求越來越高，目前現有300MW以上純凝發電機組和供熱機組面臨巨大壓力，為適應未來碳中和、碳達峰的要求，達到降低煤耗及減排的目標，機組供熱改造和擴大供熱距離尋找更多的熱負荷將是現有燃煤發電機組和供熱機組生存及實現1519號文的計劃降低供電煤耗的首選方案。

由于大部分燃煤電廠地處偏僻，為保證能夠有充足的熱負荷，大部分電廠需進行遠距離輸送蒸汽，才能保證對外供熱量，達到預期的降低煤耗率和熱電比。隨著供熱技術的不斷發展，尤其是長輸熱網技術和低能耗蒸汽熱網技術的提出，使電廠蒸汽遠距離輸送成為可能，但在此情況下對電廠出口蒸汽參數提出了較高要求，需以較高參數對外實施供熱，在此之前通常電廠供熱改造做法為高壓蒸汽直接減溫減壓適應對外供熱參數的需求，此方式不太經濟，節流損失較大;因此需考慮采用低壓參數蒸汽提高壓力、溫度對外供熱的設計方案。

二、供熱參數提升改造方案

以300MW機組改造為例：

燃煤電廠如需對外供應1.2Mpa，380℃的90t/h蒸汽，通常做法為通過再熱熱段抽汽經減溫減壓達到對外供熱參數的要求，此種方式采用高品質熱再蒸汽經節流后損失較大，經濟性不高。但如采用中壓缸排汽供熱，由于蒸汽壓力及溫度較低，參數為0.8Mpa、337℃不能滿足對外使用要求，如需采用中壓缸排汽供熱，需提升中排抽汽的溫度及壓力，因此本設計方案提出采用壓力匹配器方案來提高對外供熱參數，利用熱再高溫高壓蒸汽通過壓力匹配器噴射抽吸中壓缸排汽的低溫低壓蒸汽達到提升中壓缸排汽抽汽的參數到1.2Mpa，380℃對外供熱的目的。

壓力匹配器是提高低壓蒸汽參數的專用設備。其原理是利用高參數蒸汽（驅動蒸汽）通過壓力匹配器內置噴咀噴射產生的高速氣流，將低參數蒸汽吸入，使其壓力和溫度提高，而高參數蒸汽的壓力和溫度降低。從而使低參數蒸汽的參數滿足不同用戶企業的要求，利用了原來不能利用的低參數蒸汽，減少了節流損失，增加了機組發電量，達到節能的目的。

2.1減溫減壓器與壓力匹配器優缺點對比

通過上文可以看出采用壓力匹配器是提高對外供熱壓力及溫度的有效途徑。

三、壓力匹配器設計技術特點

3.1壓力匹配器的選擇

壓力匹配器是提高低壓蒸汽參數的專用設備，高壓氣體噴射，吸入低壓氣體，經壓縮擴壓產生中壓氣體，達到利用低壓氣體、節能的目的。

通常評價壓力匹配器性能的重要指標為引射系數，比如1個單位的高壓氣體能吸入越多單位的低壓蒸汽，引射系數就越高，說明壓力匹配器性能越好，節能改造效果越好。影響引射系數的主要因素為進汽壓力、溫度及供熱流量，進汽壓力和溫度受機組負荷的影響不可控，但一但機組認定為供熱機組后保持較高的發電負荷壓力、溫度正常可保持不變，因此此處影響引射系數的最重要因素就是對外供熱流量了。對于壓力匹配器如果外部熱負荷變化頻繁直接影響壓力匹配器的工作效率，因此壓力匹配器設計選型時需結合熱負荷的波動情況，合理設置壓力匹配器內置噴嘴，保證壓力匹配器適應各工況下都能高效的工作，此處匹配器的內置噴嘴的設置就尤為重要。

壓力匹配器內置噴嘴通常可分為單噴嘴、多噴嘴結構：

單噴嘴結構結構簡單、對供熱量變化適應性差，供熱量變化不能保證較高的引射系數，降低了單噴嘴匹配器的使用效率;多噴嘴結構為各單噴嘴并聯，其進汽原理與汽輪機的調節汽門配汽方式類似，用一根閥桿通過提板依次開啟多個噴嘴的針型調節閥，在小流量時打開一個噴嘴，大流量時開啟兩個或三個噴嘴，保持壓力匹配器噴嘴在設計引射系數下高效工作，此結構適用于流量在出口蒸汽流量在30%--100%范圍內變動。

本技術方案考慮采用多噴嘴壓力匹配器，在多噴嘴訂貨時可根據需要設置不同噴嘴的使用流量。以出口最大流量為90噸為例，壓力匹配器由 A、B、C四個噴嘴組成，正常可設置A、B、C所對應的流量分別為30噸、30噸、30噸;也可優化A、B、C所對應的流量分別為10噸、30噸、50噸，此方式采用雙重控制系統（管道流量控制系統與壓力控制系統，流量控制采取“事前指令+事后校正”的控制模式）。本技術方案采用后者流量配置方案，此配置可進一步縮小壓力匹配器適應最小流量的范圍。

3.2壓力匹配器的布置方式

壓力匹配器布置方式通常有兩種方式：臥式和立式。

立式安裝布置方式占地面積小，但立式安裝時考慮到匹配器運行時氣流引起的振動，對平臺支座及管嘴要求較高，如安裝及設計不當容易造成管嘴或支架斷裂;臥式安裝布置方式雖需較大的空間，但臥式安裝穩定性好，且考慮到壓力匹配器的運行噪音，臥式安裝便于隔音罩的安裝，因此推薦在空間位置足夠的情況下優先采用臥式安裝方式。

四、節能效益對比

根據上文300MW機組供熱參數及抽汽方案為例，按假定機組THA工況下發電量300MW，熱耗7954.3KJ/KWh計算壓力匹配器方案的節能收益。

假定對外供熱量90t/h，供熱參數1.2Mpa，350℃，減溫減壓器及壓力匹配器抽汽方案如下：

減溫減壓器方案：熱再抽汽參數3.15Mpa，538℃，抽汽量為77.5t/h;減溫水參數10Mpa，180℃，減溫水量為12.5t/h。

壓力匹配器方案（THA工況下引射系數約為1）：熱再抽汽參數3.15Mpa，538℃，抽汽量為38.6t/h;中排抽汽參數0.8Mpa，337℃，抽汽量為45t/h;減溫水參數10Mpa，180℃，減溫水量為6.4t/h。

根據以上計算結果，壓力匹配器方案可比減溫減壓器方案少用熱再抽汽約38.9t/h，此部分蒸汽可用于中壓缸發電后從中排抽出于前序熱再抽汽匹配后供熱，壓力匹配器方案可在機組同樣的供熱流量下多發電4386kw，可降低機組熱耗為114.6KJ/KWh，節約煤耗為3.9g/KWh，按機組發電小時數4000小時，標煤價格700元/t計算，年可節約標煤4680噸，年節約費用約為327萬元。

結論

根據以上分析及節能計算可以看出，壓力匹配器在提升蒸汽供熱參數有著很大的優勢，對純凝機組供熱改造及節能降耗方面有著巨大的優勢，完全適應國家的節能減排及碳中和、碳達峰的政策。

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