超（超）臨界供熱機組熱網加熱器疏水回收方案分析

靖長財，張 健

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京 100069）

0 概 述

隨著我國北方城市的發展，冬季的供熱需求也在逐漸增加。當供熱機組的抽汽流量增加時，相應的疏水量也將逐漸加大。對于亞臨界供熱機組，熱網加熱器的疏水可直接進入除氧器，以回收相應的熱量。對于超（超）臨界供熱機組，因熱網加熱器季節性投入，非隨機組連續運行，投入初期疏水水質較差，其熱網加熱器疏水水質的好壞將對鍋爐給水水質產生很大影響。因此，在確保合格的給水水質的同時，考慮加熱器疏水熱量的合理回收利用。為此，對供熱機組熱網加熱器疏水回收三種方案進行技術及經濟運行方面的分析，供新建或改造機組預定方案時參考。

1 供熱機組熱網加熱器的疏水方案

某超（超）臨界機組鍋爐為直流鍋爐，無給水汽包。如給水水質受到污染，則無法排除給水中的雜質，雜質將直接進入蒸汽系統。當給水中相關的含鹽、電導率、pH值等指標嚴重超標時，將發生鍋爐蒸發段的腐蝕結垢及汽機內積鹽等現象，對機組的安全運行造成危害。對于供熱機組，在冬季供熱工況下，熱網疏水量較大，額定抽汽量占汽機進汽量的35%，最大抽汽量時約為50%，此部分工質未經過凝結水精處理設備處理，相當于每次完成一次機爐間的工質循環后，均有35%～50%的工質未經處理，待機組運行至某時段后，工質中攜帶的雜質會逐漸加大，達不到給水水質的要求。同時，還需考慮直流爐給水的系統特點，例如，熱網加熱器疏水會受到熱網水系統中的滲漏污染，當采用疏水回至除氧器系統時，如不能及時監測并采取措施，將使污染雜質直接進入蒸汽系統，對鍋爐蒸發段設備和汽輪機造成危害。故對超（超）臨界供熱機組，其熱網加熱器疏水系統的合理設置，將對機組的熱經濟性和機組的運行安全產生重大影響。

以350MW供熱機組的運行方式為例進行分析，按照熱網循環水量10 000t／h，每臺機組設2臺熱網加熱器，每臺機熱網加熱器疏水量約460t／h，疏水溫度為140℃，壓力為0.36MPa。熱網加熱器的疏水泵設置為3臺，2臺運行，1臺備用。熱網加熱器疏水泵流量為250t／h，熱網加熱器疏水泵出口壓力為1.7MPa。

1.1 熱網加熱器疏水直接回收到除氧器

方案1是將熱網加熱器疏水正常運行進入除氧器（包含疏水回收進入到與凝結水溫度接近的凝結水管道，例如，至3號低壓加熱器的出口），水質不合格或熱網疏水泵故障時，疏水進入熱網回水系統或凝汽器，熱網加熱器疏水系統的路徑，如圖1所示。

圖1 熱網加熱器疏水系統回收

機組正常運行時，熱網加熱器疏水→熱網加熱器疏水泵→疏水除鐵過濾器→除氧器（含溫度相應的凝結水管道上），熱網加熱器疏水管道出口，除常規監視熱網疏水硬度和Fe離子，在線設置氫電導率表（根據DL／T12145－2008《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》）要求，監測熱網加熱器是否發生泄漏。當加熱器疏水出口處的氫電導率＞0.15 μs／cm時報警，聯鎖裝置將快速關閉至疏水母管的閥門，聯鎖打開排至凝汽器的疏水切換門，將疏水排至凝汽器，通過凝結水泵，疏水被排入凝結水精處理裝置進行處理。同時，監測除氧器入口（在線監測氫電導率、比電導率、pH、O2）和省煤器入口（在線監測氫電導率、比電導率、pH、O2、SiO2）的給水水質。當水汽質量劣化時，按《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》（GB／T 12145－2008）中三級處理原則進行水處理。如加熱器熱網水側發生嚴重泄漏，或發生爆管時，其污染的疏水由聯鎖裝置排至熱網回水系統，其操作通過切換閥來實現。

疏水除鐵過濾器用于除鐵，去除熱力系統中的腐蝕產物。每臺機可設2×100%的疏水除鐵過濾器，1臺運行，1臺備用。每臺疏水除鐵過濾器的出力約500t／h，設計壓力為2.0MPa。2臺機熱網疏水除鐵過濾器及取樣監測系統的投資約350萬元。

1.2 熱網加熱器疏水經過冷卻后回收到凝汽器

方案2是將熱網加熱器疏水經過熱網加熱器回水冷卻（含熱網加熱器設置疏水冷卻段）或由凝結水冷卻后，再進入凝結水精處理裝置入口，水質不合格或熱網疏水泵故障時，進入熱網回水系統或凝汽器。回收系統的布置，如圖2所示。

圖2 熱網加熱器疏水回收

在熱網加熱器疏水至凝汽器的疏水管路上，設置2級板式換熱器（設計水／水換熱器，壓力為4.0 MPa，溫度為150℃，流量為（500／680）t／h），用以回收熱網加熱器疏水中的熱量，第一級為熱網循環水加熱器，第二級為凝結水加熱器。熱網加熱器疏水溫度約140℃，第一級加熱器加熱熱網循環泵出口的熱網水，水溫約70℃。考慮到設備端差，疏水在第一級加熱器時溫度降至90℃，加熱后的熱網循環水回至熱網加熱器進口處；第二級加熱器加熱軸封冷卻器出口的凝結水，考慮設備端差，疏水在第二級加熱器時溫度降至約60℃，加熱后的凝結水回至8號低加入口。熱網加熱器疏水將從約140℃降溫至約60℃后排至凝汽器，保證進入凝結水精處理裝置的凝結水溫度不大于60℃。當加熱器熱網水側發生嚴重泄漏或爆管時，其污染的疏水則排至熱網回水系統。

凝汽器凝結水被循環水降溫至33℃，存在約27℃的熱量損失。考慮到兩級換熱器的換熱效率，在冬季采暖季的平均工況下，方案二比方案一損失約26.0GJ／h熱量。

熱網加熱器型式的選擇。熱網加熱器通常為管殼式加熱器，近年來，隨著板式換熱器的普及和價格降低，板式加熱器占地少、傳熱效率好的特點逐漸被引起關注，所以，也有部分電廠采用了板式熱網換熱器。對于超（超）臨界供熱機組，加熱器的疏水水質控制尤為重要。新型管殼式換熱器的結構嚴密，發生泄漏的幾率小。板式換熱器的耐溫性能差，易造成滲漏，對于超（超）臨界供熱機組，推薦采用管殼式加熱器。

（2）控制鉆井液濾失量，加入處理劑強化封堵井壁。在高壓層井段鉆進時，保證合理的密度，同時按全井加量陸續加入2%～3%KFT、2%～3%SD-202、3% ～5%SMP-1、1% ～2%SJ-1、2% ～3%SPNH等處理劑，將井漿逐步轉化為聚磺防塌高密度體系。聚磺防塌體系中各種處理劑的加量見表2。

1.3 熱網加熱器疏水經冷卻后回收至凝結水管道

方案三是將熱網加熱器疏水經過熱網加熱器回水冷卻（也可采用熱網加熱器設置疏水冷卻段）或凝結水冷卻，進入凝結水精處理裝置入口，水質不合格或熱網疏水泵故障時，進入熱網回水系統或凝汽器。系統設備的布置，如圖3所示。

圖3 熱網加熱器疏水回收

在熱網加熱器疏水至凝結水精處理前的凝結水管路上，設置2級板式換熱器，用以回收熱網加熱器疏水的熱量，其中第一級為熱網循環水加熱器（也可采用熱網加熱器設置疏水冷卻段），第二級為凝結水加熱器。熱網加熱器的疏水溫度約140℃，經第一級加熱器加熱后，熱網循環泵出口的熱網水溫約70℃。考慮到設備端差，疏水在第一級加熱器時溫度降至90℃，加熱后的熱網循環水回至熱網加熱器進口處；第二級加熱器加熱軸封冷卻器出口的凝結水，考慮設備端差，疏水在第二級加熱器時溫度降至約60℃。熱網加熱器疏水將從約140℃降溫至約60℃后，再排至凝結水管道內，使進入凝結水精處理裝置的凝結水溫度不大于60℃。當加熱器發生嚴重泄漏或爆管時，其疏水將被排至熱網回水系統。

2 技術方案技術經濟分析

2.1 對機組水、汽品質的控制

在方案一中，當熱網加熱器正常運行時，疏水被排至除氧器，因沒有經過凝結水精處理裝置處理，從水質工況分析，當熱網疏水被污染時，存在污染水進入機組蒸汽系統的可能，但通過在熱網加熱器疏水出口設置氫電導率表，監測熱網加熱器的泄漏情況，并設置聯鎖裝置，快速開啟閥門，可及時將污染水排至凝汽器。同時，在疏水管路上設置疏水除鐵過濾器。故此方案對水、汽的品質還是可控的，可保證機組的安全運行，但存在隱患。所以，應加強監測熱網加熱器的泄漏情況，加強運行管理，發生泄漏時需及時處理，方案一的經濟性最好。

在方案二中，當加熱器正常運行時，熱網加熱器疏水全部回至凝汽器，經過凝結水精處理裝置處理，保證了給水品質。在機組水、汽的品質控制方面是最安全的，且運行方便簡單，但經濟性較差，有疏水熱量損失。

在方案三中，當熱網加熱器疏水系統正常運行時，經過冷卻器（也可在熱網加熱器結構上考慮設置疏水冷卻段）和凝結水冷卻器熱網的疏水，通過熱網疏水泵進入凝結水泵出口管道，經過精處理裝置后，再排入除氧器，可使熱力系統保持良好的熱經濟性。當疏水泵故障時，聯鎖關閉至凝結水泵出口管道的關斷閥，同時開啟至凝汽器的關斷閥。這種配置方案不僅使系統有較高的熱經濟性，而且在凝結水泵故障時，只需暫時將熱網加熱器的疏水排入凝汽器，不影響熱網系統的正常運行。

2.2 年度費用計算

以2臺350MW超臨界機組的供熱系統為例，從設備初投資、設備維護費等，進行年度費用的綜合比較和計算。

2.2.1 設備初期投資

設備的初期投資費用，如表1所示。

表1 設備初投資（2臺機組）

設備運行的維護費用，如表2所示。

表2 設備運行維護費（2臺機組）

2.2.3 采曖季的煤耗量

采曖季的耗煤量，如表3所示。

表3 采曖季的煤耗量（2臺機組）

2.2.4 年度費用比較

年度費用的計算，如表4所示。

表4 年度費用比較（2臺機組）

3 結 語

通過對三種方案的分析可知，方案一可充分回收利用熱網疏水的熱量，在水汽品質的控制方面，可保證機組的安全運行，但應加強熱網加熱器的泄漏監控，加強運行管理，發生泄漏時需及時處理，運行的經濟性最好，但存有隱患。方案二通過熱交換，將疏水熱量再次回收，在機組水、汽品質控制方面是較安全的，且運行方便簡單，但是排入凝汽器后有冷源損失，經濟性較差。方案三是通過熱交換，疏水熱量被再次回收，在機組水、汽品質控制方面是最安全的，且運行簡單，疏水被排入凝結水管道，經濟性較好。

超（超）臨界機組對水、汽的品質要求較高，在火力發電設計技術規范中，要求熱網疏水回收時必須回到凝結水精處理前，以確保任何工況下的水、汽品質都達到預期值。因此，在新建機組或在役機組的技術改造中，對于熱網加熱器的疏水回收應采用方案三，可滿足機組對水、汽品質的要求，機組運行的經濟性較好。