朱斌帥， 張 赟

（杭州華電雙良節(jié)能技術有限公司，浙江杭州3100 30）

0 引言

近年來，根據(jù)國家環(huán)保政策和相關產(chǎn)業(yè)要求，北方供熱小鍋爐逐步關停，改由熱電廠集中供熱，有效降低了發(fā)電及城市供熱的綜合單位能耗。隨著國家節(jié)能減排工作的不斷深入，各電廠不斷加大節(jié)能潛力挖掘力度，其中較多電廠對傳統(tǒng)的抽凝機組進行了供熱改造，重點對乏汽余熱或循環(huán)水余熱進行回收用于城市供熱，以提高能源利用水平[1]。以下闡述了各類供熱節(jié)能改造方案的特點及選取原則，并以某燃機電廠供熱機組為例，進行了采用不用方案改造后節(jié)能效果和對機組運行可靠性的影響分析和對比，以期為其它同類供熱改造項目提供參考。

1 方案介紹

目前常見的供熱節(jié)能改造方案主要有低真空供熱方案、吸收式熱泵供熱方和NCB供熱方案等。下文將對各方案的結構形式、技術特點及應用情況進行闡述。

1.1 低真空供熱方案

低真空供熱又名高背壓供熱，改造完成后，凝汽器成為熱水供熱系統(tǒng)的基本加熱器，原來的循環(huán)冷卻水變成了供暖熱媒，在熱網(wǎng)系統(tǒng)中進行閉式循環(huán)。當需要更高的供熱溫度時，則在尖峰熱網(wǎng)加熱器中利用汽輪機抽汽進行二級加熱。

圖1給出了電廠低真空供熱系統(tǒng)的示意圖。熱網(wǎng)用戶成為發(fā)電熱力循環(huán)的冷端替代了冷卻塔，減少了冷源損失，因此系統(tǒng)總的熱效率會有很大程度的提高。但由于熱網(wǎng)回水溫度比常規(guī)冷卻塔出水溫度要高，導致凝汽器中真空下降，在相同的進汽量下與純凝工況相比，發(fā)電量會減少，同時汽輪機的相對內效率也有所降低。

低真空運行供熱技術的應用主要受到以下幾方面的限制：

（1）低真空運行機組類似于背壓式供熱機組，其通過的新汽量決定于用戶熱負荷的大小，所以發(fā)電功率受用戶熱負荷的制約，不能分開獨立的進行調節(jié)，即其運行是“以熱定電”，因此只適用于用戶熱負荷比較穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)。

（2）由于機組背壓限制，供暖水溫度較低，一般采用一次網(wǎng)直接至熱用戶，因此供熱范圍較小[1，2]。同時，若由于用戶側換熱站效率低等原因使得熱網(wǎng)回水溫度過高，此時會對機組的運行安全和經(jīng)濟性造成較大影響。

（3）考慮到凝汽壓力和排汽容積流量變動的影響，低真空供熱改造技術只適用于中小型機組，一般認為不高于200 MW等級。因為現(xiàn)代大型機組，尤其是中間再熱式大型汽輪機組，凝汽壓力過高會使機組的末級出口蒸汽溫度過高，且蒸汽的容積流量過小易引起機組的強烈振動，危及運行安全[3]。凝汽式汽輪機進行此類技術改造時，應對機組進行變工況運行計算，尤其應對排汽缸結構、軸向推力的改變、末級葉輪的改造等方面做嚴格校核。

該項技術應用較早，如華電的十里泉電廠、章丘電廠，華能的臨沂電廠、煙臺電廠等一批小機組實施了改造并投運，總體運行效果較好，但也有部分電廠由于供熱回水溫度過高影響了機組的正常運行。

1.2 吸收式熱泵供熱方案

在部分供熱蒸汽的驅動下，吸收式熱泵可以提取機組乏汽或循環(huán)冷卻水的余熱用于加熱熱網(wǎng)水，增加供熱出力，提高能源利用率[4～6]。通常熱泵出口的熱網(wǎng)水溫度可達70～90℃，如需更高供熱溫度時，可利用尖峰加熱器進行二級加熱。

圖2給出了電廠吸收式熱泵供熱系統(tǒng)示意圖。根據(jù)吸收式熱泵的工作特性，為獲取較好的供熱經(jīng)濟性，實際運行時通常會適當提高凝汽器壓力，但提升幅度會遠小于低真空方案，具體根據(jù)回收余熱量與發(fā)電量損失的綜合最優(yōu)工況分析確定。

吸收式熱泵供熱方案將原本上冷卻塔的余熱回收利用，有效提高了能源利用率，且存在運行調節(jié)靈活，改造對機組本體的變動和影響均較小等優(yōu)點。但目前吸收式熱泵的初期投資相對較大，應用于對供熱品質要求較高，且技改資金較為寬?；驘醿r較高的熱電項目居多。

圖2 吸收式熱泵供熱系統(tǒng)示意圖

該項技術近年來取得了快速的發(fā)展和大量的應用，如華電的東華熱電300 MW供熱機組、北京熱電燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組等均采用了熱泵技術進行供熱改造，節(jié)能效果顯著，各電力集團的多種類型的機組上已有較多應用，目前技術已成熟。大唐集團的長春二熱、哈一熱等一批項目也正在采用熱泵技術進行供熱改造實施中。

1.3 NCB供熱方案

NCB供熱方案即雙轉子方案，其特點是將高中壓缸和低壓缸分開，采用兩根轉軸分別帶動兩臺發(fā)電機，系統(tǒng)示意圖如圖3所示。通過調節(jié)供熱抽汽控制閥和低壓缸調節(jié)閥的開度，可使機組在不同運行條件下分別呈現(xiàn)純凝工況、抽凝工況和背壓工況運行狀態(tài)。在高峰供熱期呈背壓工況運行時，相當于將低壓缸解列，低壓缸部分處于低速盤車狀態(tài)，可隨時投運[7]。汽缸結構、軸向推力改變等因素的影響，同時需要進行汽輪機葉輪的改造等工作，改造工作量及難度都較大，國內類似改造項目較少。

1.4 各技術方案對比

表1給出了上述三種供熱節(jié)能技改方案的特點對比。

2 改造后經(jīng)濟性分析

圖3 NCB供熱系統(tǒng)示意圖

表1 供熱節(jié)能技改方案對比

采用NCB供熱方案可使機組在外界負荷變化時變換相應的運行工況，具有較好的調節(jié)靈活性和運行經(jīng)濟性。但對于單軸汽輪機進行技術改造時，需要解決排

結合某燃機電廠供熱改造項目，重點對低真空方案與吸收式熱泵方案進行改造后運行經(jīng)濟性進行比較。由于NCB供熱方案目前實施案例較少，技術尚不成熟，且更換轉子投入較大，該項目暫不考慮。

2.1 機組概況

某電廠一期工程設有2200 MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，燃氣輪機為南汽的PG 9171 E型燃機，對外供熱能力210 MW，余熱鍋爐為雙壓、無補燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐，汽輪發(fā)電機組為南汽的60 MW等級抽汽凝汽式供熱汽輪機，設計排汽壓力為6.3 kPa。供熱范圍在3 k m以內，以小熱網(wǎng)運行供居民采暖。

2.2 低真空供熱方案

采用低真空供熱方案時，由于凝汽器中水溫較高，機組排汽壓力上升，此時因蒸汽比容減小而使容積流量減小，因流場的不穩(wěn)定引起的動應力對低壓級組葉片的正常工作不利，因此機組不允許在容積流量很小的工況下長期運行。

該項目在不對機組末級葉片進行改造的情況下，根據(jù)葉片特性可得允許通過的最小容積流量約為365 m3/s。為得到較高的背壓，需提高工質的質量流量，以保證容積流量不低于最小值。機組達設計最大排汽量時，對應背壓為25 kPa，排汽溫度為65℃。端差取5℃，則循環(huán)水出口溫度為60℃。圖4給出了循環(huán)水供水溫度與背壓關系曲線圖。

圖4 循環(huán)水供水溫度與背壓關系曲線圖

取循環(huán)水在凝汽器中溫升為20℃，則循環(huán)水回水溫度為40℃，根據(jù)熱平衡可得循環(huán)水流量5885 t/h。此時，機組供熱出力為136.8 MW，因背壓升高而造成的發(fā)電出力損失為8.3 MW。

表2 熱泵參數(shù)

表3 低真空與熱泵改造方案參數(shù)對比

2.3 吸收式熱泵供熱方案

機組設計排汽壓力6.3 kPa，其飽和溫度為37.05℃，凝汽器出口循環(huán)水溫度約為32.5℃，滿足熱泵運行條件，無需提高背壓，可選取如表2所示的熱泵3臺。此時，熱泵總出力136.8 MW，熱網(wǎng)水流量3919.5 t/h，所需循環(huán)水流量7524 t/h，驅動蒸汽流量124.29 t/h，耗用蒸汽相當于減少發(fā)電出力5 MW。

表3給出了兩種方案的參數(shù)對比?？梢钥闯?，與低真空供熱方案相比，在相同供熱出力的情況下，吸收式熱泵供熱方案的熱網(wǎng)供水溫度更高，用戶可以獲得更好的采暖體驗，同時吸收式熱泵方案的發(fā)電量出力損失更小。若按年供熱時間3600 h計算，每年吸收式熱泵方案比低真空方案節(jié)省發(fā)電出力損失約675萬元。

3 結語

（1）電廠節(jié)能供熱技改方案中，低真空技術和吸收式熱泵技術應用案例較多，技術成熟；NCB方案目前應用案例少，改造工作量大，若采用該方案時，建議開展深入的論證分析工作。

（2）低真空方案由于大幅提升了機組排汽壓力，對機組經(jīng)濟性影響較大，以某燃機電廠的供熱改造為例進行的改造后運行經(jīng)濟性對比分析可知，在滿足對外同等供熱出力的情況下，低真空方案引起的機組發(fā)電出力損失比熱泵方案多3.3 MW，即該項目采用熱泵方案時，比低真空方案年發(fā)電收益要多約675萬元。

（3）采用何種節(jié)能方案進行技改不能一概而論，應結合電廠外部條件具體情況進行具體分析，確保最大程度滿足技改需求。

[1]王學棟，等.凝汽器高背壓改造后性能的試驗研究與分析[J].汽輪機技術，2013，55（2）：135～138.

[2]王學棟，等.150 MW機組高背壓供熱改造的試驗研究與分析[J].汽輪機技術，2012，54（5）：387～400.

[3]李勇，等.汽輪機低真空供熱時最末級的運行特性分析[J].東北電力大學學報，2004，24（2）：6～9.

[4]張學鐳，等.回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析[J].中國電機工程學報，2013，33（8）：1～8.

[5]魏潘，張士杰，肖云漢.開式循環(huán)吸收式熱泵系統(tǒng)變工況性能研究[J].工程熱物理學報，2009，30（7）：1081～1085.

[6]王力彪，等.基于吸收式熱泵的循環(huán)水余熱利用技術在大型抽凝機組熱電聯(lián)產(chǎn)中的應用[J].汽輪機技術，2011，53（6）：470～472.

[7]鄭立文.350 MW超臨界燃煤供熱機組凝抽背裝機方案及經(jīng)濟性分析[J].華電技術，2013，35（5）：1～4.