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        300MW級超臨界供熱機(jī)組熱網(wǎng)加熱器串并聯(lián)比選方案探討

        2021-11-17 10:20:54陳陽
        中國科技縱橫 2021年17期
        關(guān)鍵詞:汽輪機(jī)系統(tǒng)

        陳陽

        (國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,山西太原 030000)

        0.前言

        目前,大規(guī)模的城市集中供熱管網(wǎng)對熱網(wǎng)循環(huán)水的供水溫度要求較高(一般為130℃甚至到150℃),要求供熱汽輪機(jī)采用較高的抽汽壓力以滿足熱網(wǎng)供水溫度要求,而汽輪機(jī)抽汽壓力的提高,降低了機(jī)組的發(fā)電出力。對于大型供熱機(jī)組來說,在保證對外提供優(yōu)質(zhì)高效的供熱蒸汽的同時,采用合理措施對熱網(wǎng)循環(huán)水加熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,在保證供熱要求的前提下,提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性是非常必要的。

        針對超臨界供熱機(jī)組程的供熱要求特點,對供熱系統(tǒng)連接方式進(jìn)行分析比較,提出優(yōu)化方案是本文著重探討的。

        1.熱網(wǎng)系統(tǒng)簡述

        以某2×350MW超臨界供熱發(fā)電企業(yè)為例,汽輪機(jī)型式為:350MW超臨界蒸汽參數(shù)、一次再熱、雙缸雙排汽抽汽凝汽式機(jī)組。供熱系統(tǒng)承擔(dān)采暖設(shè)計熱負(fù)荷約700MW,熱網(wǎng)循環(huán)水供、回水溫度分別為130℃、70℃,熱網(wǎng)循環(huán)水量約9300t/h,電廠范圍內(nèi)供水壓力約1.6MPa。

        電廠范圍內(nèi)的熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)包括:來自外部熱網(wǎng)的熱網(wǎng)循環(huán)水回水(水溫70℃)經(jīng)熱網(wǎng)回水母管送至熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口,由熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后送至熱網(wǎng)加熱器,經(jīng)熱網(wǎng)加熱器出來的高溫?zé)峋W(wǎng)循環(huán)水(水溫130℃)再送回?zé)峋W(wǎng)供水母管,供應(yīng)至外部熱網(wǎng)供水母管,完成整個熱網(wǎng)熱力循環(huán)過程[1]。

        熱網(wǎng)加熱器的加熱蒸汽來自汽輪機(jī)五段抽汽,熱網(wǎng)循環(huán)水供熱溫度130℃,假定熱網(wǎng)加熱器端差15℃,對應(yīng)加熱器飽和蒸汽溫度145℃,對應(yīng)壓力為0.416MPa,考慮抽汽管道及調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓損等因素,汽輪機(jī)供熱抽汽壓力應(yīng)在0.45MPa左右。加熱蒸汽凝結(jié)水經(jīng)冷卻后返回汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)。

        每臺機(jī)組設(shè)置2臺熱網(wǎng)加熱器,2臺機(jī)組共設(shè)置4臺熱網(wǎng)加熱器[2],每臺機(jī)組的供熱抽汽分別進(jìn)入本機(jī)組對應(yīng)的2臺熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。

        熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)中,設(shè)置有4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵,3臺運行,1臺備用,4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵為二臺機(jī)組共用。

        2.熱網(wǎng)循環(huán)水加熱系統(tǒng)設(shè)計方案

        本工程熱網(wǎng)循環(huán)水供回水溫度為130/70℃,供水溫度要求較高。熱網(wǎng)循環(huán)水加熱系統(tǒng)連接方式可采用兩種設(shè)計方案:(1)熱網(wǎng)加熱器采用并聯(lián)加熱系統(tǒng);(2)熱網(wǎng)加熱器采用串聯(lián)加熱系統(tǒng),兩種系統(tǒng)對供熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有不同的影響。

        2.1 熱網(wǎng)加熱器并聯(lián)加熱系統(tǒng)

        并聯(lián)加熱系統(tǒng)是將熱網(wǎng)回水由熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后,同時送入每臺機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器,在熱網(wǎng)加熱器中與汽輪機(jī)供熱抽汽進(jìn)行換熱,水溫從70℃加熱至130℃,加熱后的高溫?zé)崴刂凉┧腹軐ν夤┏?。在這種連接系統(tǒng)中,二臺機(jī)組對應(yīng)的4臺熱網(wǎng)加熱器都是并聯(lián)運行的,通過每臺機(jī)組加熱的熱網(wǎng)循環(huán)水量為總循環(huán)水量的1/2,所有加熱器進(jìn)出水溫度都是一致的。根據(jù)熱網(wǎng)加熱器出水溫度130℃,熱網(wǎng)加熱器上端差按15℃考慮,管道蒸汽壓損按5%考慮,二臺汽輪機(jī)的供熱抽汽壓力設(shè)計值為0.45MPa,抽汽溫度256℃,在額定供熱工況下,單臺汽輪機(jī)對應(yīng)額定抽汽量550t/h,供熱量約350MW,二臺機(jī)組總供熱量約700MW。

        并聯(lián)加熱方案管道系統(tǒng)較為簡單,在工程采用較多,該方案的缺點是兩臺汽輪機(jī)供熱抽汽壓力均較高,機(jī)組發(fā)電量減少較多,經(jīng)濟(jì)性降低。

        2.2 熱網(wǎng)加熱器串聯(lián)加熱系統(tǒng)

        串聯(lián)加熱系統(tǒng)是將熱網(wǎng)回水分級加熱,熱網(wǎng)回水經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后,先經(jīng)過第一臺機(jī)組對應(yīng)的熱網(wǎng)加熱器由70℃加熱至100℃,再經(jīng)另一臺機(jī)組對應(yīng)的熱網(wǎng)加熱器由100℃加熱至130℃后對外供出。在這種連接系統(tǒng)中,二臺機(jī)組對應(yīng)的熱網(wǎng)加熱器是串聯(lián)運行的,通過每臺機(jī)組加熱的熱網(wǎng)循環(huán)水量為熱網(wǎng)系統(tǒng)總循環(huán)水量。采用分級加熱后,根據(jù)各級加熱水溫要求,將二臺汽輪機(jī)供熱抽汽壓力設(shè)定為高、低壓兩種不同的抽汽壓力。第一臺機(jī)組將熱網(wǎng)循環(huán)水70℃加熱至100℃,同樣考慮熱網(wǎng)加熱器端差,及抽汽管道壓損等因素,低壓抽汽壓力設(shè)計值采用0.25MPa.a。第二臺汽輪機(jī)將熱網(wǎng)循環(huán)水由100℃加熱至130℃,采暖抽汽壓力設(shè)計值仍為0.45MPa.a。二臺汽輪機(jī)采用不同的抽汽壓力后,在采暖期供熱期間,第二臺汽輪機(jī)供熱工作方式同熱網(wǎng)加熱器并聯(lián)系統(tǒng)相同。

        為保證加熱系統(tǒng)的靈活可靠性,串聯(lián)加熱系統(tǒng)中設(shè)有熱網(wǎng)加熱器的旁路管道,可允許任何一臺機(jī)組的2臺熱網(wǎng)加熱器獨立運行。

        串聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)點是可降低一臺汽輪機(jī)的抽汽參數(shù),從而提高該汽輪機(jī)效率,增大機(jī)組發(fā)電量,減小機(jī)組熱耗損失,與并聯(lián)加熱系統(tǒng)相比,單位抽汽的對外供熱量基本不變,二臺機(jī)組總供熱量700MW保持不變。在相同主蒸汽量,相同抽汽量條件下,第一臺汽輪機(jī)的采暖抽汽壓力降低了0.2MPa,蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)多做功約13.3MW,熱耗值降低約181kJ/kWh。

        2.3 串、并聯(lián)熱網(wǎng)加熱器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

        根據(jù)汽輪機(jī)廠為本工程提供的機(jī)組熱平衡計算,熱網(wǎng)加熱器采用串聯(lián)或并聯(lián)方案的熱經(jīng)濟(jì)影響[3]的比較見表1所示。

        表1 全廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表(二臺機(jī)組)

        由表1數(shù)據(jù)可看出,采用熱網(wǎng)循環(huán)水串聯(lián)加熱系統(tǒng),降低了采暖期機(jī)組的平均發(fā)電煤耗,全廠年平均熱效率比采用并聯(lián)加熱系統(tǒng)提高了0.3%,每年可節(jié)約發(fā)電成本254萬元。

        3.供熱可靠性及設(shè)備投資費用比較

        采用熱網(wǎng)循環(huán)水并聯(lián)加熱系統(tǒng)和串聯(lián)加熱系統(tǒng)對機(jī)組供熱能力和供熱可靠性方面沒有影響,供熱輔助設(shè)備中,熱網(wǎng)加熱器采用兩級串聯(lián)方式后,每臺熱網(wǎng)加熱器對應(yīng)通過循環(huán)水量增加一倍,熱網(wǎng)加熱器溫升降低50%。由于以上的改變,熱網(wǎng)加熱器管束內(nèi)循環(huán)水流速設(shè)計上更容易取得有利的流速值,提高設(shè)備的換熱效率,降低換熱面積。循環(huán)水溫升降低,對于多流程熱網(wǎng)加熱器,不同流程間管束平均溫差降低,熱網(wǎng)加熱器的熱應(yīng)力降低至少一半,對熱網(wǎng)加熱器的工作條件和設(shè)備壽命均得到改善和提高。

        由于采用熱網(wǎng)加熱器串聯(lián)系統(tǒng),熱網(wǎng)循環(huán)水泵揚程略有增高導(dǎo)致泵功率略有增高(每臺泵功率約增加40kW),其他設(shè)備的數(shù)量及容量基本沒有變化,因此二方案的初投資費用基本相當(dāng)。

        4.結(jié)語

        熱網(wǎng)加熱器采用高、低壓二級串聯(lián)加熱系統(tǒng),在工程實踐中運行安全可靠,能有效降低發(fā)電煤耗,對能源的綜合利用更為經(jīng)濟(jì)合理,提高了熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。

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