背壓機與高背壓聯合供熱技術研究

1.背壓機與高背壓聯合供熱系統設計

1.1背壓機與高背壓聯合供熱系統的構成與工作原理

為解決亞臨界及以上純凝機組供熱改造后低壓缸分缸壓力高、抽汽供熱損失大的問題，本研究采用背壓機和高背壓凝汽器的聯合供熱方案，該系統由汽輪機中壓缸、背壓機、高背壓凝汽器、熱網加熱設備及起輔助作用的控制裝置構成[]。將中壓缸排汽直接引入背壓機，利用蒸汽壓差發電，背壓機汽壓力低達 0.1MPa ，排汽進入高背壓凝汽器，與熱網回水進行換熱，使熱網水加熱至 75～95^°C 后進入熱網加熱器進一步升溫，實現蒸汽能量的梯級化利用。

1.2中壓缸排汽能量利用分析

在傳統純凝工況環境下，中壓缸排汽時壓差的利用效率不高，熱能存在大量浪費的現象。以600MW超臨界機組為例，中壓缸排出蒸汽的壓力值為 0.275～0.8MPa ，呈現較高的可用能量，排汽直接進入背壓機，膨脹到 0.1MPa 發電，可加大能量回收功效[2]。

1.3背壓機選型研究

以600MW超臨界機組為例，結合主機抽汽參數和供熱情況，對背壓機進行選型，背壓機的選型以滿足機組 20% 、 30% 、 75% 和 100% 不同負荷運行工況為基礎，研究不同進汽參數對背壓機運行情況的影響，見圖 1

1.4高背壓凝汽器熱網加熱特性

高背壓凝汽器接納背壓機排出的蒸汽，壓力始終維持在 0.1MPa ，可以將 2300t/h 的熱網回水從 60^°C 加熱到 75～95^°C ，再進入熱網加熱器加熱至滿足要求的溫度。該裝置展現出高效的換熱特性，具備上佳的調節能力，可在負荷波動時維持出口水溫的穩定，維持系統運行的可靠程度。

2.高背壓凝汽器及水環抽真空系統配置

2.1高背壓凝汽器的功能構成與傳熱特性

作為該系統熱能回收的核心裝置，高背壓凝汽器主要承擔背壓機排汽，完成熱能往熱網水的轉移，把熱網水加熱到 75～95^°C 后，再進入熱網加熱器進一步換熱。該裝置采用列管式結構，呈現高傳熱系數的狀態，運行期間熱損耗不大。根據熱網流量，選定的換熱面積為 1000m² ，管束布置的密集度比較適中，保障換熱效率，兼顧清洗維護便利[3]。

2.2水環抽真空系統匹配設計

為保障高背壓凝汽器于 0.1MPa 排汽壓力下平穩運行，配套添設水環抽真空系統，設計中抽真空泵額定抽氣速率為 165m³/h_c 。抽真空系統設置自動啟停和負載調節控制模式，能依據凝汽器壓力的實時動態變化實施反饋調節，保證背壓機排汽不出現倒灌。

3.電氣與控制系統優化及經濟性分析

3.1背壓機發電接入方案研究

以機組中壓缸排汽壓力特點為基礎設計背壓機發電系統，合理配置發電機容量及電氣接入模式，背壓機排汽額定壓力調控至0.1MPa，發電機設計參數契合機組不同工況抽汽參數，實現發電效率與穩定性目標。發電機利用變壓器接入用電系統，電氣接入方案兼顧安全與經濟，設計符合電網接入標準，保障系統在多工況狀態下安全穩定運轉。

3.2控制系統配置與運行協調

控制系統將PLC和DCS作為核心，把背壓機、抽真空系統與熱網供熱設備集成起來，實現多參數聯合調控，實時監測背壓機進汽壓力、排汽壓力及溫度等參數，自動調校背壓機負荷及抽真空系統運行狀態，保障系統安全穩定運行。

3.3經濟效益評估

此系統運用背壓機與高背壓凝汽器達成能量梯級利用，較傳統抽汽供熱而言，具有良好優勢。以600MW純凝機組改造為例，對兩種方案的關鍵經濟指標與運行性能展開對比，見表1。

通過表1可知，傳統純凝供熱系統未設置背壓機發電環節，難以充分利用中排抽汽余熱，存在著一定的冷源損失。聯合供熱系統借助高品質蒸汽帶動背壓機發電，通過高背壓凝汽器使熱網水完成 75～95^°C 的梯級加熱，實現供熱效率提升超 10% ，系統的動態調節能力得到提升，實現燃料利用率的提高，整體經濟表現遠勝傳統方案，投資的回收周期縮短，運行成本下降，既節能減排又具有良好的經濟效益優勢。

4.結束語

通過采用背壓機與高背壓聯合供熱技術顯著提升供熱效率和經濟效益。隨著能源結構的轉型和環保要求的不斷提高，背壓機聯合供熱技術的應用推廣范圍會不斷拓展，助力火電機組做到余熱高效利用，降低碳排放。同時，智能化控制和運行優化將成為技術發展的主攻點，這將提高系統響應速度及穩定性水平，維護供熱與發電的協同運轉，實現區域能源結構的優化，推動能源行業邁向綠色低碳發展。能

參考文獻：

[1]袁紅蕾、劉新龍、劉昕等。超臨界再熱型背壓機運行控制及仿真[J].南方能源建設，2023，10（06）：78-88.

[2]楊國強、劉巖、李軍錄等。供熱系統中雙背壓運行經濟性分析[J].機電信息，2022，（11）：10-12.

[3]程東濤、王生鵬、謝天等。抽汽供熱機組增設背壓機節能效果評價[J].熱能動力工程，2021，36（07）：7-11.

作者單位：國能滬電（上海）工程技術有限公司