熱電聯產機組熱網加熱器換熱方式對比分析

周天情，黃軍軍

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

熱電聯產機組熱網加熱器換熱方式對比分析

周天情，黃軍軍

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

某300 MW熱電聯產機組的供熱抽汽在供熱首站與熱網循環水進行換熱，常規設計是采用單級抽汽進行換熱，本文探討了采用兩級抽汽進行梯級換熱的方案。通過計算分析，采用兩級抽汽進行梯級換熱可以明顯提高換熱效率，增加機組出力，降低發電標煤耗，在考慮了初期投資成本增加的情況下，其綜合經濟收益仍然高于傳統單級換熱方案。

熱電聯產；熱網加熱器；梯級換熱；對比分析。

1 概述

在我國北方地區，由于冬季采暖需求較大，熱電聯產機組占有較大的比例。同時，由于熱電聯產機組的熱效率大大高于純凝式火力發電機組，在煤炭資源日益緊張且節能減排壓力與日劇增的今天，全國新建電廠中熱電聯產機組的比例也越來越高。

對于常規用于采暖供熱的熱電聯產機組，一般是將汽輪機的某級抽汽引至熱網加熱器對采暖供熱循環水進行單級換熱。根據傳熱學理論可知，如果將單級換熱改為梯級換熱，熱效率會有一定的提升。相應地，梯級換熱引起的工程初期投資也會相應增加。因此，對不同換熱方式進行熱效率和經濟性比較，找出最優化的設計方式，對提高機組的經濟效益有著重大的意義。

以某300 MW熱電聯產機組為例，常規設計方案為：從五段抽汽抽取一定量的蒸汽通往熱網加熱器，在對采暖供熱循環水進行換熱后，蒸汽凝結成疏水經疏水泵送往主機除氧器進行回收。本文將常規設計方案中的單級換熱改為抽取兩種不同參數的蒸汽進行梯級換熱，并對兩種換熱方式進行對比分析，以期對熱電聯產機組熱網加熱器換熱方式的選擇提供依據。

2 換熱方案介紹

以該300 MW熱電聯產機組為例，常規單級抽汽換熱方案(方案一)的優點是系統相對簡單，占用廠房面積較小，缺點是換熱過程中溫差較大，降低了換熱效率。若改為兩級抽汽進行梯級換熱(方案二)，能夠提高換熱效率，且能增加汽輪機的出力，缺點是占用廠房面積較大，且需要增加初期投資。

2.1 常規單級抽汽換熱方案

圖1中，從汽輪機五段抽汽抽取330 t/h的蒸汽通往熱網加熱器，給熱網循環水加熱后，蒸汽凝結成疏水，由疏水泵送往除氧器進行回收。3290 t/h的熱網循環水回水經熱網加熱器升溫后，送往廠外供熱。本方案的工作參數如下：五段抽汽壓力為0.4 MPa，溫度為249.7℃；疏水經升壓后壓力為1.2 MPa，溫度為143.6℃；熱網回水壓力為0.4 MPa，溫度為65℃；熱網供水壓力為1.0 MPa，溫度為120℃。

圖1 單級抽汽換熱方案

2.2 兩級抽汽梯級換熱方案

要進行兩級抽汽梯級換熱且確保熱網供水的溫度不變，對該300 MW熱電聯產機組的各級抽汽參數進行研究后，可采用五段抽汽和六段抽汽對熱網循環水進行梯級換熱。

圖2中，從汽輪機六段抽汽抽取124 t/h的蒸汽通往熱網低溫加熱器，將熱網循環水加熱至86℃，從汽輪機五段抽汽抽取204 t/h的蒸汽通往熱網高溫加熱器，將熱網循環水加熱至120℃。兩級抽汽凝結成疏水后經疏水泵送往除氧器進行回收。熱網循環水流量與方案一相同，仍為3290 t/h。本方案的設計參數如下：六段抽汽壓力為0.127 MPa，溫度為182.4℃；五段抽汽壓力為0.4 MPa，溫度為249.7℃；兩級疏水混合后的壓力為1.2 MPa，溫度為129.3℃；熱網循環水回水和供水參數與方案一保持一致。

圖2 兩級抽汽梯級換熱方案

3 兩種換熱方案的汽機熱耗計算

相對于方案一，方案二中五段抽汽量減少了126 t/h，六段抽汽量增加了124 t/h，兩個加熱器的總疏水量減少了2 t/h，且總疏水溫度降低了14.3℃。經計算，相較于方案一，熱網加熱器疏水總熱值有所降低，為了使進入除氧器中的凝結水總流量和總熱值保持不變，進入5號低加中的蒸汽量會增加，相應地，進入6號7號低加中的蒸汽量也會相應變化。經計算，具體變化詳見表1。

表1 方案一和方案二抽汽量變化

抽汽如果不被抽出，會留在汽輪機里繼續做功。因此，在主蒸汽量流量一定的情況下，抽汽量不同，機組的做功也不一樣。抽汽做功量按下式計算：抽汽做功量=抽汽流量×(抽汽焓－排汽焓)×汽輪機的機械效率×發電機的機械效率，據此可以算出由于各抽汽量不同所引起的做功量的變化。

經計算，在采暖期額定抽汽工況下，方案一的汽輪發電機功率為248535 kW，機組熱耗為10542.7 kJ/kWh；方案二中，汽輪發電機機功率為251734 kW，機組熱耗為10408.7 kJ/kWh。由上可知，采用兩級抽汽梯級換熱方案可以降低汽輪機熱耗134kJ/kWh。在耗煤量和供熱量一定的情況下，機組功率可提高3199kW。

4 兩種換熱方案的經濟性分析

4.1 初期投資對比

經調研，相對于方案一，方案二所需增加的設備管件價格以及安裝費用如下表2所示。

表2 初期投資對比

從上表2可以看出，方案二比方案一增加初期投資約450萬元(每臺機組)。

4.2 運行收益對比

方案二比方案一的汽輪機熱耗降低了134 kJ/kWh，鍋爐效率按91.3%，管道效率按99%，方案二的發電標煤耗比方案一降低了5.065 g/kWh，按機組年采暖期利用小時數2160 h計算，方案二比方案一年節約標煤約2719 t，按標煤價格600元/噸，每年每臺機可節省燃料費用163萬元。

4.3 綜合對比分析

按機組運行年限20年，貸款利率6.55%，按照費用現值法計算，方案二因燃料節省而帶來的現值收益為1789萬元，而相較于方案一，方案二需要增加初期投資僅為450萬元，因此，方案二能大大提高熱經濟性；按照費用年值法計算，方案二每年只需增加投資41萬元，而每年因節省燃煤能減少163萬元，熱經濟性較好。

5 結論

對于熱電聯產機組，供熱首站采用兩級抽汽梯級換熱可以提高換熱效率，在耗煤量和供熱量一定的情況下，可以增加汽輪發電機組的出力，改善機組的熱經濟性。相較于常規的單級抽汽換熱方案，兩級抽汽梯級換熱方案雖然要增加一定的初期投資，然而因節省燃煤而產生的經濟效益仍然較高。以選取的某典型300 MW熱電聯產機組為例，采用兩級抽汽梯級換熱方案，以年值法計算，每年需要增加投資41萬元，但每年因節省煤耗而增加的收益高達163萬元，熱經濟性較好。

Comparative Analysis of Heat Transfer Mode of Heaterfor Heating Network in BHKW

ZHOU Tian-qing,HUANG Jun-jun
(Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,China)

The heat extraction steam of a 300 MW cogeneration unit should transfer the heat with heating network cycle water. In conventional design,only one Stage Extraction steam will be used for heat transfer,while in this paper two-stages extraction steam heat transfer mode will be designed for the heating network heat exchange system. The analysis results shows that two-stages extraction steam heat transfer mode will increase unit output and reduce the standard coal consumption. In spite of the higher initial investment,its comprehensive economic benefit is still higher than conventional single-stage transfer mode.

cogeneration unit; thermal-system heater; cascade heat transfer; comparative analysis.

TM621

B

1671-9913(2017)05-0033-03

2016-04-29

周天情(1986- )，男，湖北黃岡人，研究生，工程師，從事電廠熱力系統優化設計研究。