宋振龍

(中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310020)

我國化石能源儲量豐富，但能源綜合利用效率約為33%。在化石能源被大量消費(fèi)的過程中，對自然環(huán)境和大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，粉塵、SO2、NOx等大氣污染物的排放導(dǎo)致空氣污染愈加嚴(yán)重，環(huán)境污染引起霧霾現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)研究和預(yù)測，冬季取暖排放的大氣污染物是導(dǎo)致霧霾現(xiàn)象的一項(xiàng)重要因素[1]。

近些年，氣候變化對人類生存環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的影響日益嚴(yán)重，全社會對環(huán)保的認(rèn)識有了質(zhì)的提升，同時也推動企業(yè)在生產(chǎn)過程中全面實(shí)施清潔、節(jié)能的生產(chǎn)方式。能源企業(yè)需要將能源的高效率使用作為企業(yè)的未來發(fā)展方向。在生產(chǎn)過程中充分利用好各級能量，通過能量的分級利用，充分發(fā)揮不同品級能量的能效，推動能源行業(yè)能耗水平的整體下降。

火電廠綜合效率低下的部分原因就是機(jī)組中有部分蒸汽的過熱度和可用能未充分利用，導(dǎo)致較多的蒸汽能量被浪費(fèi)。充分高效地利用這部分能量可以增加有效能量的輸出，減少排放到環(huán)境中的大氣污染物，減輕霧霾的生成；同時火電廠可以減少燃煤和水的消耗，降低運(yùn)行成本的同時還能為企業(yè)帶來額外的收益，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

為滿足當(dāng)?shù)匚磥?年內(nèi)新增的供暖需求，某電廠計(jì)劃對現(xiàn)有兩臺660 MW供熱汽輪機(jī)進(jìn)行采暖蒸汽增容改造，在每臺機(jī)已具備400 t/h采暖供汽能力的基礎(chǔ)上，每臺機(jī)再增加400 t/h采暖蒸汽能力，根據(jù)汽機(jī)廠家設(shè)計(jì)，改造后自中低壓連通管引出的采暖蒸汽設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa.a，設(shè)計(jì)溫度355 ℃。在當(dāng)?shù)貙?shí)際供暖過程中，以散熱器為主的供暖系統(tǒng)需要的熱水溫度約100 ℃，地暖方式供暖系統(tǒng)需要的熱水溫度約50 ℃，改造后的蒸汽溫度相對于常規(guī)散熱器取暖系統(tǒng)的熱水溫度有250 ℃左右的溫差，與地暖取暖方式的熱水溫差更是達(dá)到300 ℃。供熱系統(tǒng)中巨大的傳熱溫差導(dǎo)致大量蒸汽可用能的浪費(fèi)，平均1 kg過熱蒸汽約有500 kJ可轉(zhuǎn)換為動力能的可用能以熱能形式傳給了熱網(wǎng)系統(tǒng)[2]。如能提高這些可用能的利用效率，可以輸出更多的動力能，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

同時根據(jù)熱力學(xué)第二定律，類型或狀態(tài)不同的能量之間自發(fā)的傳遞過程，需要有附加條件才能進(jìn)行，因此熱力過程具有方向性[3]。這說明能量也是劃分為不同品級的，能量的品級高低與熱力工質(zhì)的壓力和溫度密切相關(guān)。對蒸汽而言，蒸汽參數(shù)與能量的品級是正相關(guān)的，能量的品級隨著蒸汽參數(shù)的提高而增大，并且能釋放出更多的可用能。本項(xiàng)目中，熱網(wǎng)循環(huán)水設(shè)計(jì)供水溫度為130 ℃，對應(yīng)0.35 MPa.a的過熱蒸汽即可滿足加熱要求。改造后從660 MW汽輪機(jī)抽出的1.0 MPa.a蒸汽直接去熱網(wǎng)首站內(nèi)的熱網(wǎng)加熱器與循環(huán)水換熱，等同于將高品級的1.0 MPa.a蒸汽當(dāng)做低品級0.35 MPa.a蒸汽使用，人為的降低1.0 MPa.a蒸汽品級，導(dǎo)致較多的可用能未能被利用。

如在系統(tǒng)中增設(shè)吸收式熱泵，熱網(wǎng)循環(huán)水的回水將先流經(jīng)熱泵，熱泵吸收主汽輪機(jī)乏汽的熱量將循環(huán)水加熱至某一溫度，然后進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器繼續(xù)加熱升溫至規(guī)定的溫度，再供至熱用戶。但由于本項(xiàng)目所處城市的熱網(wǎng)回水溫度可達(dá)到65 ℃以上，將導(dǎo)致較高的熱泵工作制熱溫度，會對熱泵能效產(chǎn)生較大不利影響。同時本項(xiàng)目中的一次熱水管網(wǎng)已建成，僅在電廠內(nèi)采用熱泵改造方案將存在初投資高、回收期長、經(jīng)濟(jì)收益單一的問題。因此不推薦采用吸收式熱泵對本項(xiàng)目的蒸汽進(jìn)行改造利用，設(shè)置抽汽式背壓機(jī)對新增的采暖蒸汽進(jìn)行分級利用即可實(shí)現(xiàn)可用能充分回收的目的，同時還能增加額外的發(fā)電收益。

為有效利用改造后660 MW汽輪機(jī)新增采暖蒸汽的過熱度和可用能，增設(shè)抽汽背壓機(jī)，改造后新增的采暖蒸汽首先進(jìn)入背壓機(jī)做功，背壓機(jī)設(shè)置一級抽汽，與背壓機(jī)排汽、660 MW汽輪機(jī)已有采暖抽汽共同提升熱網(wǎng)水供水溫度，既能確保機(jī)組供暖能力滿足用戶需求，也能增加機(jī)組供電能力，實(shí)現(xiàn)采暖蒸汽可能最大限度地轉(zhuǎn)換為電能。

1 供熱現(xiàn)狀

1.1 機(jī)組現(xiàn)狀

某電廠現(xiàn)有兩臺660 MW超臨界直接空冷抽汽凝汽式汽輪機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 660 MW汽輪機(jī)改造前主要技術(shù)數(shù)據(jù)

1.2 熱負(fù)荷及供熱現(xiàn)狀

該電廠現(xiàn)有兩臺660 MW機(jī)組已做過一次采暖供熱改造，第一次改造后2×660 MW汽輪機(jī)采暖供汽能力為2×400 t/h，采暖蒸汽設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa.a，設(shè)計(jì)溫度355 ℃。配套建設(shè)有一座熱網(wǎng)首站。

根據(jù)當(dāng)?shù)毓崞髽I(yè)提供的資料，至2020年采暖期，當(dāng)?shù)毓┡羝?fù)荷缺口258 t/h；至2025年當(dāng)?shù)毓┡羝?fù)荷缺口984 t/h。為滿足增加的熱負(fù)荷，電廠計(jì)劃做第二次改造以增加兩臺660 MW汽輪機(jī)的供熱能力，改造后每臺機(jī)增加400 t/h采暖蒸汽，兩臺機(jī)增加800 t/h采暖蒸汽，總的采暖供汽能力將增加至1 600 t/h。

2 采暖蒸汽過熱度利用及分級利用技術(shù)方案

2.1 660 MW汽輪機(jī)供熱改造概述

2×660 MW機(jī)組供熱改造是在維持原汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)及通流部分均不變的前提下進(jìn)行改造，汽輪機(jī)高中低壓部分不做改動，改造后鍋爐來的蒸汽在高中壓缸做功后在中低壓缸聯(lián)通管上引出一路蒸汽直接去熱網(wǎng)首站供熱。改造后采暖蒸汽壓力1.0 MPa.a，溫度355 ℃。機(jī)組改造后蒸汽系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 660 MW汽輪機(jī)供熱改造系統(tǒng)流程

2.2 常規(guī)采暖蒸汽利用

常規(guī)采暖蒸汽利用方式是將汽輪機(jī)中低壓連通管引出的采暖蒸汽直接送至熱網(wǎng)首站的熱網(wǎng)加熱器內(nèi)，與熱網(wǎng)循環(huán)水換熱后，凝結(jié)水再返回主機(jī)系統(tǒng)中。常規(guī)采暖蒸汽利用系統(tǒng)流程見圖2。

圖2 常規(guī)采暖蒸汽利用系統(tǒng)流程

2.3 采暖蒸汽過熱度與分級利用

上述常規(guī)采暖蒸汽利用方式會導(dǎo)致較高壓力采暖蒸汽的可用能損失，為了提高采暖蒸汽可用能的利用效率，每套系統(tǒng)增設(shè)2臺采暖用抽汽背壓機(jī)，以增加全廠的發(fā)電出力。同時對進(jìn)入背壓機(jī)的1.0 MPa.a蒸汽進(jìn)行分級利用，背壓排汽進(jìn)入本次新增的1號、2號高背壓凝汽器，加熱熱網(wǎng)回水，將熱網(wǎng)回水加熱至84 ℃；自背壓機(jī)中間級抽出部分0.35 MPa.a蒸汽，供至本期工程新增的熱網(wǎng)加熱器，將高背壓凝汽器出口的循環(huán)水加熱到98 ℃，最后送至已建成的熱網(wǎng)首站被加熱至130 ℃供出。

采暖蒸汽分級利用系統(tǒng)流程見圖3。

圖3 采暖蒸汽分級利用系統(tǒng)流程

采用這種過熱度利用與分級利用方式，具有以下特點(diǎn)：

(1)對改造后新增的采暖蒸汽過熱度和可用能進(jìn)行了合理利用，避免了高品級能量中蘊(yùn)含的可轉(zhuǎn)換為動力能的可用能未被充分利用而導(dǎo)致的能量浪費(fèi)。根據(jù)清華大學(xué)付林等人的研究，在熱電廠供熱首站的汽水換熱環(huán)節(jié)中，存在熱量傳遞的不可逆環(huán)節(jié)。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水供回水溫度分別是130 ℃/70 ℃時，供回水的對數(shù)平均溫差為97 ℃[4]。根據(jù)該文獻(xiàn)，不同參數(shù)采暖蒸汽在供熱首站汽水換熱過程中，對應(yīng)不同的熱網(wǎng)供回水對數(shù)平均溫度時的效率見圖4。

圖4 供熱首站汽水換熱過程的效率

根據(jù)圖4可以判斷，當(dāng)供回水的對數(shù)平均溫差為97 ℃時，汽水換熱過程中采暖蒸汽壓力為1.0 MPa.a時對應(yīng)的效率為65%，采暖蒸汽壓力為0.35 MPa.a時對應(yīng)的效率約為78%，背壓機(jī)排汽直接與水換熱對應(yīng)的效率可達(dá)到90%以上。因此分級利用后的能源效率更高。

(2)實(shí)現(xiàn)了能量分級利用。在充分利用改造后新增采暖蒸汽富余壓力能的同時，對該部分蒸汽進(jìn)行分級利用。在背壓機(jī)中做過功的部分蒸汽從背壓機(jī)中間級抽出進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行第二級加熱，其余蒸汽做功后進(jìn)入高背壓凝汽器進(jìn)行第一級加熱。既滿足了外界采暖需求，又能增加機(jī)組的對外供電能力，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

(3)設(shè)置高背壓凝汽器后，背壓機(jī)排汽熱量幾乎全部被熱網(wǎng)循環(huán)水吸收，不存在冷源損失，提高了蒸汽利用效率。

(4)供熱調(diào)節(jié)靈活性較好。抽汽背壓機(jī)可以將抽汽調(diào)節(jié)與背壓調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)為互相牽聯(lián)調(diào)節(jié)。背壓排汽量需要變化時，同步開大或減小背壓機(jī)進(jìn)口高壓調(diào)節(jié)閥門與抽汽口后至低壓缸的流通截面上的低壓調(diào)節(jié)閥門，改變排汽量的同時可以維持抽汽量和背壓基本不變。當(dāng)背壓機(jī)抽汽量需要變化時，通過調(diào)節(jié)回路系統(tǒng)控制背壓機(jī)進(jìn)口高壓調(diào)節(jié)閥開大或減小，同時保持抽汽口后至低壓缸的流通截面上的低壓調(diào)節(jié)閥門開度基本不變，可以改變抽汽量并且維持排汽量與背壓不變。

利用抽汽背壓機(jī)的這種牽聯(lián)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以通過改變抽汽量與排汽量，在維持背壓不變的同時，調(diào)節(jié)循環(huán)水供水溫度，實(shí)現(xiàn)供暖量的調(diào)節(jié)。在不同的采暖階段，調(diào)整660 MW汽輪機(jī)對外供出的采暖蒸汽量，改變背壓機(jī)進(jìn)口蒸汽流量，并根據(jù)采暖負(fù)荷的變化調(diào)整背壓機(jī)的抽汽量和排汽量，在確保背壓機(jī)的排汽壓力基本不變的情況下滿足采暖期各階段的采暖需求。

采暖初末期時，外界熱負(fù)荷需求為232 MW，此時660 MW汽輪機(jī)提供400 t/h采暖抽汽分別進(jìn)入兩臺背壓機(jī)，背壓機(jī)抽汽量為0，背壓機(jī)排汽背壓維持額定值，所有蒸汽排至高背壓凝汽器加熱循環(huán)水，兩臺背壓機(jī)可提供246 MW的熱量，供水溫度達(dá)到83 ℃，可滿足此時的采暖需求。在采暖期的中期，平均采暖熱負(fù)荷增加至446 MW，660 MW汽輪機(jī)將外供的采暖蒸汽量增加至2×360 t/h，此時每臺背壓機(jī)抽汽量增加至160 t/h，背壓機(jī)排汽量仍維持200 t/h，兩臺背壓機(jī)可提供448 MW熱量，供水溫度達(dá)到98 ℃，滿足平均采暖熱負(fù)荷需求。當(dāng)進(jìn)入到最寒冷時期，采暖熱負(fù)荷需求達(dá)到720 MW，兩臺背壓機(jī)達(dá)到滿負(fù)荷出力，可提供498 MW熱量，熱網(wǎng)水進(jìn)入原有的熱網(wǎng)首站加熱器，被來自一期供熱改造的800 t/h采暖蒸汽加熱至130 ℃，滿足熱負(fù)荷需求。

2.4 背壓汽輪機(jī)附屬系統(tǒng)

高背壓凝汽器疏水系統(tǒng)：背壓機(jī)排汽在高背壓凝汽器內(nèi)換熱后產(chǎn)生的凝結(jié)水經(jīng)過汽封加熱器后分別回至660 MW機(jī)組各自的排汽裝置。

背壓汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)：每臺機(jī)組設(shè)置一臺容量為1 m3的汽機(jī)本體疏水?dāng)U容器。

高背壓凝汽器真空系統(tǒng)：凝汽器進(jìn)口設(shè)計(jì)進(jìn)汽流量200 t/h，高背壓凝汽器管材選用不銹鋼TP316材質(zhì)。每臺背壓機(jī)配2×100%容量真空泵。

背壓機(jī)潤滑油輔助系統(tǒng)：每臺背壓機(jī)組配置一套潤滑油凈化裝置。首站外布置事故油池，背壓機(jī)主油箱設(shè)事故油管道，事故時將主油箱內(nèi)潤滑油緊急排至首站外事故油池。

熱網(wǎng)加熱器的安全閥排汽排至熱網(wǎng)首站外。

3 主要設(shè)備選型設(shè)計(jì)

3.1 背壓機(jī)選型

每臺背壓機(jī)設(shè)計(jì)蒸汽流量400 t/h，主汽門進(jìn)汽壓力1.0 MPa.a，溫度355 ℃。

如果忽略汽封漏汽量，背壓機(jī)進(jìn)汽流量與排汽流量基本一致，即

D1≌D2+D3

式中：D1為背壓機(jī)主汽門進(jìn)汽流量，t/h；D2為背壓機(jī)末級排出蒸汽流量，t/h；D3為背壓機(jī)中間抽汽流量，t/h。

新增的背壓機(jī)排汽進(jìn)入本次新增高背壓凝汽器加熱來自用戶的熱網(wǎng)循環(huán)回水，循環(huán)回水進(jìn)入凝汽器的設(shè)計(jì)溫度70 ℃，凝汽器出口設(shè)計(jì)溫度83 ℃，設(shè)計(jì)端差5 ℃，新增背壓機(jī)的排汽壓力為65 kPa.a。

背壓機(jī)設(shè)置一級可調(diào)抽汽，該抽汽進(jìn)入熱網(wǎng)首站內(nèi)的汽水換熱器，將高背壓凝汽器出口的83 ℃熱網(wǎng)循環(huán)水溫度進(jìn)一步提升至98 ℃。抽汽參數(shù)采用常規(guī)的蒸汽參數(shù)，抽汽壓力0.35 MPa.a，抽汽溫度238 ℃。抽汽量根據(jù)式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Dc為抽汽量，t/h；Dw為進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水流量，t/h；hw2為熱網(wǎng)加熱器出口循環(huán)水的焓值，kJ/kg；hw1為熱網(wǎng)加熱器進(jìn)口循環(huán)水的焓值，kJ/kg；hc1為抽汽的焓值，kJ/kg；hc2為抽汽凝結(jié)水的焓值，kJ/kg；ηj為熱網(wǎng)首站內(nèi)汽水換熱器的換熱效率，%，ηj為實(shí)際換熱量與理論上的最大換熱量之比，工程設(shè)計(jì)中常規(guī)取值為98%。

計(jì)算后可確定背壓機(jī)中間抽汽量為200 t/h。

背壓機(jī)輸出功率可由式(2)計(jì)算[5]：

(2)

式中：N為背壓機(jī)發(fā)電出力，kW；h2為背壓機(jī)排汽焓，kJ/kg；h1為背壓機(jī)進(jìn)口蒸汽焓值，kJ/kg；ηi為背壓機(jī)內(nèi)效率，%；ηm為機(jī)械效率，%；A為考慮抽汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功不足的系數(shù)，A根據(jù)式(3)計(jì)算：

(3)

式中：hc為抽汽焓值，kJ/kg；αi為抽汽量占背壓機(jī)進(jìn)汽總流量的百分?jǐn)?shù)，%。

根據(jù)以上計(jì)算確定抽汽背壓機(jī)額定功率為35 MW。

背壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 抽汽式背壓機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

3.2 高背壓凝汽器選型

本工程設(shè)置2臺高背壓熱網(wǎng)凝汽器，凝汽器設(shè)計(jì)蒸汽流量200 t/h，排汽壓力0.065 MPa；熱網(wǎng)循環(huán)水設(shè)計(jì)流量15 000 t/h，凝汽器進(jìn)口循環(huán)水溫度70 ℃，出口設(shè)計(jì)水溫83 ℃，設(shè)計(jì)端差5 ℃。

凝汽器的熱負(fù)荷：

Q=(hk-hc)×q

(4)

式中：Q為總熱負(fù)荷，kJ/s；hk為背壓機(jī)末級排至凝汽器的蒸汽焓值，kJ/kg；hc為蒸汽疏水焓值，kJ/kg；q為凝汽器進(jìn)汽流量，kg/s。

凝汽器的換熱面積根據(jù)式(5)計(jì)算：

(5)

式中：A1為凝汽器計(jì)算面積，m2；K為總體傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Δt為對數(shù)平均溫差， ℃。

根據(jù)以上參數(shù)，設(shè)計(jì)壓力65 kPa時，根據(jù)排汽量的需要和端差的要求計(jì)算，換熱系數(shù)取值為3 400 W/(m2·K)，新增高背壓循環(huán)水供熱凝汽器的換熱面積暫定5 500 m2。

4 主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算與分析

針對660 MW機(jī)組新增采暖蒸汽設(shè)置背壓機(jī)和不設(shè)置背壓機(jī)兩個方案的主要技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。方案一是設(shè)置背壓機(jī)的采暖蒸汽分級利用方案；方案二是常規(guī)采暖蒸汽利用方案。

表3 不同方案主要技術(shù)數(shù)據(jù)對比

從表3可以看出，增設(shè)采暖用抽汽背壓機(jī)后，因?yàn)橹鳈C(jī)的進(jìn)汽量及抽汽量均不變，因此主機(jī)的熱耗及全廠煤耗沒有發(fā)生變化。新增的背壓機(jī)系統(tǒng)用水均來自現(xiàn)有機(jī)組，不新增機(jī)組的用水量。新增的背壓機(jī)由于利用了采暖蒸汽的壓力差，增加了機(jī)組的對外供電能力，在去除背壓機(jī)自身的用電量后，采暖期單臺背壓機(jī)可新增供電量0.934億kW·h。

5 投資回收期與年凈收益計(jì)算和分析

5.1 投資回收期計(jì)算

以采暖期的平均熱負(fù)荷為基準(zhǔn)，計(jì)算了方案一的靜態(tài)投資回收期等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。此工況下與平均熱負(fù)荷對應(yīng)的背壓機(jī)供熱能力為設(shè)計(jì)值，采暖期平均熱負(fù)荷持續(xù)時間為2 736 h。投資回收期計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 投資回收期分析

從表4可以看出，設(shè)置背壓機(jī)、對蒸汽分級利用對外供熱的方案，單臺抽汽背壓機(jī)的發(fā)電能力為35 MW。平均采暖期小時數(shù)按2 736 h計(jì)算，整個采暖期、兩臺抽汽背壓機(jī)可增加售電收入2 210×2=4 420萬元。

根據(jù)初步估算，2×35 MW抽汽背壓機(jī)及其附屬系統(tǒng)、管道和建筑投資約7 500萬元，每個采暖季因背壓機(jī)發(fā)電增加的收益為4 420萬元，可將靜態(tài)投資回收期控制在兩年左右。

5.2 年凈收益計(jì)算

本文選取技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中的等額支付模型計(jì)算增加背壓機(jī)改造后的年凈收益，計(jì)算如式(6)所示[6]：

Cnet=△I-Cinv-Co&m

(6)

式中：△I為每年多發(fā)電的收益;Co&m為設(shè)備年運(yùn)行和維護(hù)成本，本文取為一次性投資額的6%;Cinv為折合到壽命期內(nèi)每年的投資成本，計(jì)算如式(7)所示：

(7)

式中：C為項(xiàng)目新增的一次性投資;n為資金回收年限，因本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，所以資金回收期按20年計(jì)算;i為貸款利率，執(zhí)行現(xiàn)行固定資產(chǎn)投資貸款利率，按五年期以上固定資產(chǎn)投資貸款年利率 4.90%計(jì)列。

背壓機(jī)改造后的年凈收益見表5。

表5 年凈收益分析 萬元

從表5可以看出，設(shè)置背壓機(jī)、對蒸汽分級利用對外供熱的方案，年凈收益可達(dá)到3 373萬元。

6 運(yùn)行方式及可行性分析

本項(xiàng)目對采暖蒸汽進(jìn)行分級利用，通過新增采暖背壓機(jī)系統(tǒng)將低溫的高背壓凝汽器與高溫的熱網(wǎng)加熱器串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)高背壓凝汽器回收背壓機(jī)的排汽、熱網(wǎng)加熱器回收較高參數(shù)的背壓機(jī)抽汽來提高供水溫度，達(dá)到寒冷時期供熱品質(zhì)的要求。在采暖的初末期，每臺背壓機(jī)以純背壓方式運(yùn)行，背壓機(jī)排汽全部進(jìn)入高背壓凝汽器將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至83 ℃，可提供246 MW的采暖熱量，滿足此時的采暖需求。當(dāng)天氣逐漸變寒冷時，增加背壓機(jī)抽汽量并投入本項(xiàng)目新設(shè)置的熱網(wǎng)加熱器，將熱網(wǎng)循環(huán)水串聯(lián)加熱到98 ℃。在采暖期的最寒冷階段，投入原有熱網(wǎng)首站加熱器，最終將循環(huán)水加熱到設(shè)計(jì)溫度130 ℃。與常規(guī)采暖蒸汽利用方案相比，在供熱的同時，還可以提供額外的供電量，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

綜合經(jīng)濟(jì)性分析，新增背壓機(jī)、對蒸汽分級利用對外供熱的方案優(yōu)勢明顯，經(jīng)濟(jì)效益可觀。背壓機(jī)的各級蒸汽參數(shù)較為常規(guī)，不存在設(shè)計(jì)困難。其他配套輔機(jī)及汽水系統(tǒng)也均為國內(nèi)火電機(jī)組常規(guī)配置形式，設(shè)計(jì)、制造、安裝不存在風(fēng)險。只是新增背壓機(jī)需增加較大的占地面積，對于改造機(jī)組而言，需根據(jù)廠區(qū)已有總平布置進(jìn)行綜合考慮，本項(xiàng)目新增背壓汽機(jī)房尺寸為64.2 m×21 m(長×寬)?？傮w而言，采用新增背壓機(jī)方案不存在技術(shù)風(fēng)險與安全運(yùn)行隱患，方案的可行性較高。

7 結(jié) 論

針對本項(xiàng)目2×660 MW超臨界汽輪機(jī)供熱改造后提供的采暖蒸汽參數(shù)過高導(dǎo)致可用能的浪費(fèi)及能量的“高品低用”情況，提出增設(shè)抽汽背壓機(jī)的方案，并得出以下結(jié)論：

(1)通過設(shè)置采暖用抽汽背壓機(jī)，以及背壓機(jī)設(shè)置一級抽汽實(shí)現(xiàn)了對660 MW機(jī)組新增采暖蒸汽的過熱度利用與分級利用，部分蒸汽從背壓機(jī)中間級抽出去熱網(wǎng)加熱器加熱高背壓凝汽器出口經(jīng)過第一級換熱的熱網(wǎng)循環(huán)水，剩下的蒸汽繼續(xù)做功最終全部進(jìn)入高背壓凝汽器，對來自用戶的熱網(wǎng)循環(huán)回水進(jìn)行第一級加熱，蒸汽能力得到充分利用，且保證了外界熱負(fù)荷需求。

(2)采暖蒸汽經(jīng)過背壓機(jī)做功后，在對外采暖供熱能力不變的同時，單臺背壓機(jī)可新增發(fā)電出力35 MW，靜態(tài)投資回收期在2年左右，年凈收益可達(dá)3 373萬元。

(3)具體工程實(shí)施中還應(yīng)再實(shí)施專題研究，對設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析比較，對增設(shè)的背壓機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化，確保改造后的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

(4)對于采暖蒸汽壓力較高的供熱電廠，在場地滿足要求且用熱、用電需求穩(wěn)定且用熱需求足夠大的情況下，建議采用這種增設(shè)背壓機(jī)的方式，對采暖蒸汽進(jìn)行分級利用，增加電廠收益。