王忠成

(大唐國際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075100)

發(fā)電廠供熱蒸汽余壓利用探討

王忠成

(大唐國際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075100)

純凝300 MW汽輪機組進行供熱改造均采用中低壓缸連通管打孔抽汽方式，抽汽壓力偏高，由于地方熱網(wǎng)用戶需要的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般不超過100℃，實際熱網(wǎng)加熱器需要的加熱蒸汽壓力偏低，抽汽壓力與熱網(wǎng)加熱器加熱蒸汽壓力有較大的壓差。文中探討在供熱蒸汽母管增設背壓機或熱泵裝置，吸收這部分供熱蒸汽壓差做功，以提高發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。

供熱蒸汽;余壓利用;研究

純凝300 MW汽輪機組滿負荷時，汽輪機中、低壓缸連通管處壓力一般為0.7 MPa，根據(jù)地方熱網(wǎng)用戶對熱網(wǎng)循環(huán)水溫度的需求，熱網(wǎng)加熱器正常工作時對應要求的加熱蒸汽壓力為0.02 MPa左右，如通過減壓閥節(jié)流來滿足熱網(wǎng)加熱器對蒸汽壓力的要求，存在較大節(jié)流損失和噪音。應探討和研究在不影響現(xiàn)有供熱和電廠安全、連續(xù)穩(wěn)定運行的前提下，采取何種技術措施，如何充分利用供熱蒸汽壓力差，提高電廠的供熱運行安全和效益。為了有利于對供熱蒸汽余壓利用的探討，本文中的余壓利用分析數(shù)據(jù)，全部采用某廠5、6號機組供熱改造后，利用相關設計參數(shù)通過計算的數(shù)據(jù)以及和實際運行參數(shù)相結合的數(shù)據(jù)。

1 供熱蒸汽可供利用余壓分析

某廠5、6號機組打孔抽汽供熱改造后，汽輪機側供熱蒸汽參數(shù)為0.7 MPa、340.6℃，熱網(wǎng)加熱器進口所需最高蒸汽壓力為0.1 MPa，當時供熱改造設計熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為120℃。鑒于熱網(wǎng)實際運行情況，地方的熱網(wǎng)用戶需要的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般按100℃計算，熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口壓力可為 0.02 MPa。

1.1 不同熱負荷和不同供水溫度下可供利用余壓分析

表1為在實際熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度下主機100%THA工況下不同熱負荷對應的供熱參數(shù)［1］，可見隨著熱負荷需求的增加，熱網(wǎng)供水溫度提高，供熱采暖抽汽流量增大，由于流量增加、廠區(qū)蒸汽管道壓損增加，導至供熱首站調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力降低，而熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口所需壓力升高。因此，供熱抽汽可用壓差隨熱負荷增加而減小，采暖抽汽流量隨熱負荷增加而增大。

表1 主機100%THA工況下不同熱負荷對應的供熱參數(shù)

1.2 不同電負荷下可供利用余壓分析

表2為熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為100℃不同電負荷下的供熱參數(shù)，在同樣的供熱抽汽量下，隨著電負荷的降低，可用余壓隨之降低。在66%THA工況下，可用余壓已經(jīng)較小，電負荷進一步降低，余壓可以利用的范圍變小。

表2 熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為100℃不同電負荷下的供熱參數(shù)

1.3 不同熱負荷在設計供水溫度下可供利用余壓分析

表3為熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為設計溫度120℃主機100%THA工況對應的供熱參數(shù)，熱網(wǎng)循環(huán)水溫度越高，余壓利用的裕量越小。

通過表1～表3數(shù)據(jù)的可供余壓利用分析，供熱抽汽量越大，從主機至供熱首站的蒸汽管道流動壓力損失越大，供熱抽汽量越小，壓力損失越小，而每年在實際供熱過程中，供熱初期和末期，所需的供熱抽汽量小，最高的熱負荷階段一般為1個月左右，因此蒸汽管道的壓損也不會過于影響余壓利用。供熱改造設計時的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般為120～130℃，而在實際冬季供熱運行時，地方熱網(wǎng)一般要求水溫不超過100℃，利用增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量來彌補水溫的熱量，這樣就給實際可利用的富裕供熱蒸汽余壓越大。在冬季供熱機組運行，為了滿足地方熱網(wǎng)的用熱量，一般都會向電網(wǎng)調(diào)度申請最低電負荷，機組的電負荷比較高，抽汽壓力就會保持較高的參數(shù)，因此供熱蒸汽余壓利用的空間就會有所保障。

表3 循環(huán)水為設計溫度120℃主機100%THA工況的供熱參數(shù)

2 供熱蒸汽余壓利用方式

2.1 在供熱蒸汽管道間安裝背壓機

供熱蒸汽先作為背壓機的汽源，通過背壓機做功發(fā)電，再利用背壓機的低壓排汽來滿足采暖熱負荷的需要，可以合理梯級利用高品位的熱能。在每臺機組供熱蒸汽管道各增加1套背壓汽輪發(fā)電機組，背壓機無回熱系統(tǒng)和凝汽系統(tǒng)，系統(tǒng)設備大為簡化，主要包括背壓汽輪機蒸汽系統(tǒng)、汽機潤滑油系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)。

背壓機與主機及熱網(wǎng)加熱器采用單元制系統(tǒng)，即每臺機組的采暖抽汽各對應1臺或2臺背壓機，背壓機的排汽送至對應的熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口。每臺背壓機的進汽分別從供熱抽汽廠區(qū)管道上引接，再送至背壓機的進汽主汽門，背壓機的排汽母管分別送至對應的熱網(wǎng)加熱器。在供熱抽汽管至背壓機進汽管道上設置電動隔斷門，在背壓機排汽至原熱網(wǎng)加熱器入口蒸汽管道上設置電動隔斷門。供熱抽汽管道增設的電動隔斷門，要位于背壓機引出汽源點之后。若供熱抽汽流量超過背壓機最大進汽量時，超出部分蒸汽可經(jīng)原供熱抽汽管道送至熱網(wǎng)加熱器入口調(diào)節(jié)閥前;在背壓機停機狀態(tài)下，關閉供熱抽汽管上的隔斷門，抽汽直接進入原熱網(wǎng)加熱器，按原供熱方式運行［2-3］。

新增背壓發(fā)電機接至每臺機組熱網(wǎng)6 kV廠用工作A、B段，供給供熱系統(tǒng)電機用電，新增背壓機發(fā)出電能除了供給供熱系統(tǒng)所需電負荷外，還可通過新增熱網(wǎng)變壓器向機組主變壓器送至系統(tǒng)。

2.2 在供熱蒸汽管道間安裝熱泵

燃煤電廠循環(huán)水冷源損失是制約電廠綜合熱效率提升的重要因素。熱泵能夠將熱量從溫度較低的介質(zhì)“泵”送到溫度較高的介質(zhì)。隨著熱泵技術的發(fā)展，熱泵主要分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵2種。其中，吸收式熱泵已廣泛應用于燃煤電廠，利用電廠的低壓蒸汽，回收循環(huán)冷卻水余熱，用于提升熱網(wǎng)循環(huán)水的溫度。以供熱機組的一部分采暖抽汽作為熱泵驅動汽源，機組的循環(huán)冷卻水作為熱泵低溫余熱源，供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)熱泵升溫后再送至熱網(wǎng)加熱器進一步提高溫度后供出。

熱泵機組系統(tǒng)包括:驅動源——蒸汽系統(tǒng);熱源——循環(huán)冷卻水系統(tǒng);熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)。

按某電廠5、6號機組供熱系統(tǒng)說明，蒸汽系統(tǒng)采用DN700的熱泵驅動蒸汽取自6號機組采暖抽汽，并與5號機組采暖抽汽管道設置聯(lián)絡切換閥門。熱泵驅動蒸汽需135.3 t/h，5、6號機組單機額定采暖抽汽量為330 t/h。熱泵機組運行時，剩余的蒸汽經(jīng)原廠區(qū)蒸汽管道送至原5、6號機組供熱首站。

改造熱泵后循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，要從循環(huán)水的回水管道引出一路去往熱泵放熱降溫，降溫后的循環(huán)水直接回水塔集水池;另一路循環(huán)水的回水繼續(xù)通過中央豎井上水塔散熱。

改造熱泵后熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)為:熱網(wǎng)回水—熱泵機組—熱網(wǎng)加熱器—熱網(wǎng)供水［4］。增加熱泵機組后，由于回收了循環(huán)水余熱，熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度可提升，若供水溫度不變，熱網(wǎng)循環(huán)水流量會增加。

3 2種供熱蒸汽余壓利用方式比較

3.1 背壓機方案

3.1.1 背壓機方案優(yōu)點

a. 能夠充分利用中、低壓缸連通管打孔抽汽與供熱所需蒸汽之間的壓力差發(fā)電，避免了節(jié)流損失，實現(xiàn)了能量的梯級利用。

b. 背壓機的發(fā)電量全部用于廠用電，可以有效降低廠用電率，降低了全年理論供電標準煤耗，增加上網(wǎng)供電量，提高了電廠運行的效益。

3.1.2 背壓機方案缺點

a. 供熱量稍有降低，與技改前相比，全年理論發(fā)電標準煤耗增加。

b. 小容量背壓機組內(nèi)效率只有70% ～90%，相對300 MW機組中壓缸92%的內(nèi)效率相比，發(fā)電效率偏低。

c. 系統(tǒng)和管道相對復雜，背壓機排汽管道需引接至原供熱首站內(nèi)熱網(wǎng)加熱器入口，技改工程施工難度較大。

3.2 熱泵方案

3.2.1 熱泵方案優(yōu)點

a. 能夠回收利用循環(huán)冷卻水余熱，在供熱量不變的同時，減少采暖抽汽量，在主機進汽量不變的情況下，提高主機發(fā)電量;在相同蒸汽耗量的情況下，提高機組對外供熱能力。

b. 由于采用熱泵，在供熱蒸汽量不變的情況下，增加了采暖供熱量，同時減少了汽輪機的冷源損失，提高了電廠的熱效率，降低了全年理論發(fā)電和供電標準煤耗［5］。

c. 適用電負荷范圍廣，電廠低負荷運行時可滿足供熱參數(shù)要求。

3.2.2 熱泵方案缺點

a. 系統(tǒng)和管道相對復雜，改造工程施工難度較大。

b. 相對背壓機方案，改造費用較低。

3.3 2種方式比較

由于2種方案各有其優(yōu)點和缺點，要根據(jù)電廠迫切需要得到哪方面收益來確定余壓利用方式。背壓機方式具有明顯降低廠用電，提高對外供電能力。熱泵方式具有增加電廠對外供熱能力。詳細比較見表4。

表4 2種方式在均能滿足設計要求下的綜合比較［6］

4 結束語

余壓利用技改工程的建設充分體現(xiàn)了電廠服務社會、保護環(huán)境和節(jié)能減排的建廠宗旨，具有較好的社會效益。燃煤電廠實現(xiàn)供熱改造及余壓利用技改后，可節(jié)省大量燃煤，大大減少對環(huán)境的污染，符合國家能源政策和城市總體規(guī)劃，將為地方政府完成節(jié)能減排任務、發(fā)展低碳經(jīng)濟做出巨大貢獻。

［1］ DL/T 904—2004，火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法 ［S］.

［2］ CJJ34—2010，城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范 ［S］.

［3］ DL/T 5054—1996，火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定［S］.

［4］ 馬玉杰，王靜靜，王麗萍.熱泵技術在集中供熱系統(tǒng)中的應用 ［J］.東北電力技術，2013，34(8):26-30.

［5］ 邵連友，金 豐，天 罡.火力發(fā)電廠循環(huán)水余熱利用改造模式研究與探討［J］.東北電力技術，2014，35(5):11-13.

［6］ DL/T 5153—2002，火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定 ［S］.

Discussion on Residual Pressure Utilization of Heating Steam in Power Plant

WANG Zhong-cheng
(Datang International Zhangjiakou Power Plant，Zhangjiakou，Hebei 075100，China)

The pressure of steam extracted from the communicating pipe between intermediate pressure and low pressure cylinders is much higher than required heating pressure during the process of 300 MW pure condensing steam turbine heating retrofitting.Normally，the heating network circulating water temperature is under 100 degrees，steam pressure of the actual heating network heater is low，extraction steam pressure and heating steam pressure have a large pressure differential.This paper analyses that back pressure turbine or pump device is provided for heating steam pipe，doing work by absorbing the heating steam，and the economic benefit of power plant is expected to increase.

Heating steam;Residual pressure utilization;Research

TU995

A

1004-7913(2015)08-0060-03

王忠成 (1970—)，男，高級工程師，從事水泵檢修質(zhì)量管理和水泵點檢、維護保養(yǎng)全過程管理工作。

2015-05-22)