汽輪機乏汽在大溫差供熱中的應用

中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司 馬曉峰

1 前言

節能減排是我國實現可持續發展的國策之一。熱電聯產、乏汽高背壓供熱及大溫差供熱都是節能減排的重要措施。汽輪機排汽熱損失占全廠各項損失的50%以上[1]，并且該損失可占到供熱機組額定供熱量的30%以上，合理利用可以有效的增加熱電廠的供熱量[2]。

圖1 電廠供回水溫度與環境溫度曲線圖

乏汽供熱是指采用汽輪機的排汽加熱熱網循環水回水用來供熱，當回水溫度較高時可提高低壓缸排汽壓力，使排汽溫度增加用來加熱熱網循環水，即高背壓供熱[3]。

2 工程供熱概況

某電廠建設規模為2×300MW亞臨界空冷熱電聯產機組，配2×1070t/h循環流化床鍋爐。汽輪機形式為亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、直接空冷抽汽凝汽式機組。機組額定抽汽工況下運行背壓為14kPa，額定抽汽量500t/h，最大抽汽量550t/h。不同背壓下機組參數如表1所列：

表1 不同背壓下機組參數

根據空冷汽輪發電機的設計特點，可以對汽輪機本體不進行改造，使汽輪機長期穩定的在34kPa.a下運行[4]，提高乏汽溫度供熱。

電廠的供熱要求，設計供熱面積1500萬m2，設計負荷768MW，近期供回水溫度為125/50℃，遠期采用大溫差供熱技術，管網設計供回水溫度為125/31.4℃，可以充分利用乏汽供熱。此次改造計劃利用汽輪機高背壓乏汽余熱回收技術與常規熱網站結合實現供熱負荷。熱網運行采用質調節，曲線如圖1所示。

從圖1可以看出供回水溫度受環境溫度的影響較大，在初寒期及末寒期環境溫度較高，供回水溫度較低，采用汽輪機乏汽高背壓供熱就可以滿足要求，此階段不需要抽汽加熱，能有效的節約資源。

3 方案設計

采用高背壓乏汽供熱與常規熱網站供熱相結合的方式，將2x300MW機組增加熱網凝汽器，利用汽輪機乏汽加熱熱網循環水。在采暖季，全廠的熱網循環水回水先通過供熱凝汽器，用乏汽加熱到某個溫度，然后再通過熱網加熱器，用機組抽汽做二級加熱。

3.1 供熱系統及布置連接

圖2為大溫差帶高背壓供熱方案原則性流程圖，兩臺機組的熱網凝汽器串聯布置，從圖中可以看出此供熱系統采用三級加熱，分別是1號機熱網凝汽器、2號機熱網凝汽器及常規熱網站的熱網加熱器。

乏汽高背壓供熱較常規熱網站相比增加的主要設備為，熱網凝汽器、空冷蝶閥、乏汽管道、熱網循環水管道、熱網凝結水管道及抽真空管道等。

3.2 熱網循環水系統

圖2 大溫差帶高背壓供熱方案原則性流程圖

在供熱期間，當熱網循環水供水溫度要求低于62℃時，僅利用汽輪機排汽通過兩級熱網凝汽器加熱循環水即可滿足供熱要求；在供熱高峰期，當供水溫度要求高于62℃時，除利用汽輪機排汽通過熱網凝汽器加熱循環水作為基本加熱手段外，利用常規熱網站五段抽汽供熱系統，繼續加熱循環水，從而達到外網要求的供水溫度。

當循環水回水溫度低于49℃，利用1號機乏汽加熱熱網循環水，使其水溫由41.5℃提高至49℃。然后再將熱網循環水引入2號機組的熱網凝汽器將其加熱到62℃，最后利用熱網站的熱網加熱器進行加熱。

3.3 乏汽系統

從機組空冷汽輪機主排汽管上增設一旁路排汽至熱網凝汽器，通過凝汽器表面換熱來加熱熱網循環水回水，在凝汽器入口蒸汽管道上裝有大口徑真空電動蝶閥，在空冷島上方原6列排汽支管中，原已有3列設有大口徑真空電動蝶閥，本次改增設3列大口徑真空電動蝶閥，使機組的全部6列排汽支管上均裝設隔離閥，便于機組在供熱期運行時利用這些閥門，實現對空冷凝汽器的供熱量調整和切除。考慮到實際運行中閥門有泄漏現象，在計算過程中應考慮空冷平臺的最小防凍流量70t/h。

3.4 高背壓抽真空系統

主廠房內主機水環真空泵富裕量較大，本次改造不增加真空泵，抽真空系統接至主機排汽管道。

4 利用乏汽高背壓供熱的節能效果

通過上述節能改造，在冬季供熱階段最大可利用乏汽供熱251.6MW，在供熱的初寒期及末寒期完全可以采用乏汽供熱，無需抽汽。為了更好的評價乏汽在大溫差供熱中得節能效果，我們對常規熱網站供熱、供回水溫度125/50℃供熱及供回水溫度125/31.4℃供熱進行了對比，如表1所列。

從表1可以看出在1號機背壓不變，2號機背壓增加的工況下，雖然2號機由于排汽壓力略有提高使得汽輪機做功能力下降，但低壓缸排汽做功能力遠大于背壓的影響。在供熱熱負荷相同時，回水溫度較低為31.4℃的工況下，利用乏汽高背壓供熱增加了機組的發電功率38MW；同時回水溫度為50℃時增加了機組的發電功率15MW。按照平均發電標煤耗300g/kW·h計算折算為標煤量，分別節約了標煤量11.4t/h及4.5t/h，若以此計算，按照年供熱時間3600h/a統計，分別節約標煤4.1萬t/a及1.6萬t/a。

5 結論

采用高背壓技術進行乏汽供熱可以大幅提高能源利用效率，符合節能減排的國家政策。供熱熱負荷相同時，汽輪機乏汽供熱的總抽汽量明顯小于常規熱網站；乏汽回收利用率較高。通過對空冷供熱機組進行相應的改造，改變供熱方式，實現蒸汽熱能更加高效和全面的利用，可以在現有供熱基礎上獲得更多的收益。在供熱期利用空冷機組可以高背壓運行的技術特點、實現直接供熱，排汽直接加熱熱網循環水，實現了蒸汽熱量的大部分和全部利用，變蒸汽廢熱為供熱熱量，汽輪機的冷源損失大幅減少。

表1 乏汽利用供熱結果

[1]任澤霈等主編.熱工手冊[M].機械工業出版社,2002(11).

[2]魏巍,韓淑秀.利用火電廠冷凝熱集中供熱的新思路[J].熱機技術,2011,4(29):38-42.

[3]常立宏.300MW亞臨界供熱機組高背壓供熱改造的研究[J].黑龍江電力,2012,6(34):421-423,427.