火電廠330WM直接空冷機組高背壓供熱改造經濟性研究

張偉

【摘?要】近年來，隨著風電、光伏、核電等新能源的大力發展和環保排放的嚴格要求，以及大容量火電機組的不斷投運，產能過剩現象突出，傳統火電企業經營形式日趨嚴峻。對汽輪機進行高背壓供熱改造能有效提高機組供熱能力和電網調峰能力，對企業節能減排，提高經濟效益有積極作用。

【關鍵詞】高背壓供熱改造;供熱能力;電網調峰能力;節能降耗。

一、項目建設的必要性

1.符合國家節能減排政策要求

隨著經濟、能源和環保形勢的發展，燃煤火力發電企業的發展進入了新常態，面臨著資源約束、環境保護、市場競爭等多方面的嚴峻挑戰，國家節能減排的要求也不斷提升、高效低耗新大機組的不斷投運、電能過剩現象日趨明顯、發電設備年利用小時持續走低等現實因素使火電廠的經營形勢變得日益嚴峻。加上我國新能源發展迅速，部分地區出現了嚴重的棄風、棄水問題，消納已成為制約風電、水電發展的關鍵因素。

火電機組供熱改造是實現“節能減排”、“雙降雙低”電力新常態下火電能源結構調整的重要方向。

2.滿足日益增長的供熱和電網深度調峰需求

根據市政府的城市規劃，長治熱電 2×330MW 汽輪發電機組被確定為城市集中供熱主要熱源點。隨著城市的快速發展，居民采暖對穩定可靠熱源的需求在持續加大，這樣，電廠現有的供熱方式難以滿足外部市場的要求。因此，充分挖掘現有設備的潛力，進行供熱系統改造，提高電廠的供熱能力迫在眉睫。同時，隨著大規模的波動性電源并入電網，如果沒有足夠的可參與深度調峰的電源支撐，電力系統將很難保證穩定的電能質量。2016 年我國風電的棄風率達到了 21%，其根本原因還在于區域電網內傳統發電提供的深度調峰容量不足。目前，我國大多數火電機組最低僅能在額定負荷的 50%左右運行，假如機組調峰幅度可以降到 40%，可以為風電等新能源提升近 9000 萬千瓦的接入容量，這相當我國風電總裝機容量的的 80%。因此，如何有效地提高機組的調峰能力，特別是提高供熱機組的熱電解耦能力，是電網和電廠的迫切需求。

綜上所述，本改造項目是非常必要的。

二、我廠改造前供熱情況

1.供熱系統及運行方式

我廠 2×330MW 熱電聯產直接空冷火力發電機組，設計供熱采暖面積為 1100萬m2。汽輪機五抽額定供熱抽汽量為500t/h，溫度250℃，壓力0.4Mpa。

現采用熱泵組+熱網加熱器串聯梯級加熱的方式運行，熱網回水經過熱泵組初級加熱后再經熱網循環泵升壓，后經 4 臺熱網加熱器加熱后以近 100℃出水供給市區熱力公司。

對熱負荷調節采用質、量雙調方式。即外界熱負荷的變化通過調節五段抽汽蝶閥開度來實現對熱網首站加熱器進汽量和參數的調整;同時循環水泵采用液力耦合器調速，根據熱負荷的變化調節熱網循環水量，控制供熱量。

統計電廠 2015 年、2016 年兩個供熱周期供熱數據分析來看，系統運行平穩，熱網循環水流量在 5500t/h-9400t/h 范圍內運行調整，在供熱寒期循環水基本上在 9000 t/h 左右運行，最大循環水流量為 9713 t/h;供熱回水溫度在 50℃左右。

2.供熱能力評估

電廠當前采用熱泵+供熱首站加熱器串聯供熱方式，結合機組設計供熱特性、機組實際運行熱力特性，電廠當前的最大供熱能力為在額度工況時，對外提供總供熱為 775MW 的熱負荷，而機組近兩年的實際供熱容量最大為 508MW，以熱指標 45W/m2 計算，可供熱面積分別為 1722 萬平米，而實際為1128 萬平米，兩者相差較大。這主要是由于機組實際運行負荷率偏低，機組抽汽供熱流量偏小以及熱網循環水流量偏小等原因造成。

由上分析可得：

1）機組在當前運行方式下，當電負荷進一步下降或者電廠單機運行時，將難以確保熱用戶的需求，供熱穩定可靠性下降。

2）增大熱網循環水流量、提高供水溫度或改變機組供熱運行方式是有效提高機組供熱能力的有效措施。

三、高背壓供熱改造方案及運行方式

1.改造方案

外網在原DN1200至長治市區的管網外，增鋪設了一趟DN800至康莊的供熱管線，將熱網首站與外網進出匯集母管擴徑至DN1600;新增1臺熱網加熱器，新增2臺5000t/h流量的熱網循環泵，#1、#2機組各加一臺6000平米的高背壓凝汽器;同時對2號機組的乏汽管道進行改造，分別與1號高背壓凝汽器和2號高背壓凝汽器聯接，兩臺凝汽器共同利用2號機組的高背壓乏汽余熱;同時#1、#2號高背壓凝汽器的乏汽疏水都回收至2號機組排汽裝置;同時將兩臺高背壓凝汽器抽真空管道接至#2機組真空泵入口。配套亦對空冷系統進行了相關防凍工作改造，重點增設空冷島隔斷閥，以更好應對高背壓運行和空冷小流量下的防凍，保障系統正常運行。

與此同時，對2號機組熱泵開展技術改造，使其能適應高背壓運行。

2.改造后運行方式

系統改造后，熱網循環水流量增至15000t/h，機組所承擔的供熱面積和供熱運行方式較以前發生了較大變化。

1號機組：#1機組熱泵+3臺熱網加熱器;2好機組：2臺高背壓凝汽器+#2機組熱泵+2臺熱網加熱器。1號機組維持常規背壓9kpa運行;2號機組將背壓提升至34kpa運行，將機組排汽溫度由52℃提升至70℃，用機組排汽加熱熱網回水。

熱網回水先經過兩臺并聯的高背壓凝汽器溫升至70℃。再分成兩路，一路去#1機組熱泵溫升至77℃;另一路去#2機組熱泵溫升至89℃;最后兩路熱網水匯集到一路再去熱網加熱器溫升至100℃，供給外網。

四、改造后運行經濟性分析

1.增大了供熱面積，加強了企業盈利能力

改造后系統可容納循環水流量約15000t/h，城市供熱面積由1700萬平米增至2300萬平米。極大地增強了企業供熱市場競爭力和盈利能力。

2.增加了機組深度調峰能力

2號機組高背壓改造后，在同樣的電負荷下主蒸汽流量增加約90t/h，大大增加了機組低負荷運行時的安全性和供熱能力，同時增加了機組深度調峰能力，#1號機組也可不受供熱溫度的束縛而靈活接待負荷。為落實山西省能監辦出臺的《山西火電機組有償調峰輔助服務操作細則》打下堅實的硬件基礎。

3.節能降耗，提高了機組運行經濟性

機組高背壓運行后利用乏汽余熱供熱，較改造前傳統供熱方式節約了5段抽汽。計算可知：利用乏汽供熱275t/h可有效替代5段抽汽約245t/h，增大機組出力38.1MW，而抬高機組背壓至33kPa，較正常抽汽熱泵供熱運行背壓11kPa運行，影響機組出力約24.3MW，則：相同主蒸汽流量、供熱量下，綜合提高了機組出力約13.6MW，按照電負荷近240MW工況下，運行熱耗率8650kJkWh測算，可節約供熱經濟性19.7g/kWh，一個供熱期約可節約標煤1.7萬噸，純節煤經濟性超過1022萬元，效果顯著。另外，減少了上空冷島的蒸汽量與空冷風機電耗，減少了機組冷源損失，提高了機組效率。

五、結束語

對機組進行高背壓供熱改造后，經過18、19年兩個供熱期的運行及測算，效果顯著，極大地提高了冬季供熱能力;提高了機組深度調峰能力，改造后可帶最低145MW負荷;增強了企業市場競爭能力和盈利能力，同時也達到了節能降耗的效果。

參考文獻：

[1]張華，火電廠鍋爐節能評價[J].工程技術研究，2015.

[2]趙睿，凝汽式汽輪機效率提高的有效措施[J].工程與技術研究，2010.

（作者單位：晉能長治熱電有限公司）