工業(yè)供熱聯(lián)合運(yùn)行的應(yīng)用與研究

馮有為 陳國(guó)松 張勝平 鄒霞

摘 ?要：某電廠供熱一期工程設(shè)計(jì)參數(shù)較低，而熱用戶(hù)用汽需求量超出設(shè)計(jì)值;供熱二期工程設(shè)計(jì)參數(shù)較供熱一期高，但熱用戶(hù)用汽量較少。為解決供熱一期工業(yè)蒸汽供不應(yīng)求、供熱二期工業(yè)蒸汽產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，基于能量梯級(jí)利用原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施供熱改造，增加供熱一、二期連通系統(tǒng)，采用聯(lián)合運(yùn)行的方式進(jìn)行供熱。運(yùn)行結(jié)果表明：聯(lián)合運(yùn)行的方式能較好地滿足各熱用戶(hù)對(duì)供熱蒸汽參數(shù)的需求，提高了電廠供熱的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，并且這種聯(lián)合運(yùn)行的方式較簡(jiǎn)單，易于改造和推廣使用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)蒸汽;能量梯級(jí)利用;連通系統(tǒng);聯(lián)合運(yùn)行;供熱蒸汽參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）20-0048-02

Abstract： The design parameters of the first period heating project are low， while the steam demand of heat consumers exceeds the design value. The design parameters of the second period project are higher than that of the first period project， but the heat consumers need less steam. In order to solve the uncoordinated problem of the relation between supply and demand， based on the principle of cascaded utilization of energy， implement heating reform according to the actual conditions， implemented the industrial heating combined operating by adding an interconnected system. The experiment results showed that the combined operating can meet the demand parameters of the heat consumers， and improved the safety， stability and economy of the power plant heating. Moreover， the mode of combined operating is simple and easy to be reformed and extended.

Keywords： industrial steam; cascaded utilization of energy; interconnected system; combined operating; parameters of heating steam

引言

為促進(jìn)國(guó)家節(jié)能減排工作，提升環(huán)境質(zhì)量，火力發(fā)電廠單一依靠發(fā)電提高經(jīng)濟(jì)性受到了一定的限制，許多電廠轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)集中供熱和工業(yè)供熱的發(fā)展。近年來(lái)，特別是南方各地區(qū)大力發(fā)展以公共建筑和工業(yè)企業(yè)為主的集中供熱，原有分散、低效、高污染的小型燃煤鍋爐供熱方式逐漸被淘汰[1-2]。火力發(fā)電廠供熱改造工程紛紛建成并完成供熱投產(chǎn)，既滿足了國(guó)家對(duì)電廠實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、保護(hù)環(huán)境的要求，又提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3-4]。

目前許多學(xué)者對(duì)機(jī)組工業(yè)供熱改造進(jìn)行了廣泛的分析與研究。張凱等[5]針對(duì)北重330MW機(jī)組進(jìn)行工業(yè)抽汽改造的運(yùn)行方式，對(duì)從鍋爐再熱熱段抽汽改造為再熱冷段抽汽后的機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行了分析。孫士恩等[6]通過(guò)建立以純凝工況為基準(zhǔn)的供熱機(jī)組相對(duì)經(jīng)濟(jì)性模型分析了采用再熱冷段抽汽時(shí)供熱收益和主機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系。何曉紅等[7]從用戶(hù)側(cè)實(shí)際需求和機(jī)組變工況的角度，對(duì)600MW純凝機(jī)組工業(yè)供熱改造進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。楊圣春[8]通過(guò)比較分析得出，300MW以上純凝機(jī)組建議采用壓力匹配器法和聯(lián)通管抽汽法進(jìn)行供熱改造。楊志群等[9]對(duì)超臨界空冷機(jī)組工業(yè)供熱改造減溫減壓技術(shù)進(jìn)行了研究，并以一超臨界600MW空冷機(jī)組為例，對(duì)不同的技術(shù)進(jìn)行了論述。本文針對(duì)某火電廠供熱一期、供熱二期產(chǎn)能不匹配的問(wèn)題提出了聯(lián)合運(yùn)行的方案，安全經(jīng)濟(jì)地解決了各熱用戶(hù)對(duì)供熱蒸汽參數(shù)的需求。

1 項(xiàng)目背景

某火電廠由2×330MW亞臨界凝汽式燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組和2×680MW超超臨界凝汽式燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組組成，位于工業(yè)園區(qū)的有利位置，承擔(dān)著工業(yè)供熱的重要任務(wù)。

該電廠供熱一期改造工程管網(wǎng)于2012年7月建成并完成投產(chǎn)，其供熱蒸汽取自全廠輔助蒸汽母管，經(jīng)減溫減壓后向某化工廠直供供熱，且余熱不回收。供熱一期工程設(shè)計(jì)蒸汽參數(shù)：管徑DN350，壓力0.7MPa，溫度180-220℃，流量25t/H。供熱二期改造工程管網(wǎng)于2018年4月建成并完成投產(chǎn)，其供熱蒸汽取自四臺(tái)機(jī)組的再熱蒸汽冷段，經(jīng)減溫減壓后分低壓和中壓兩根蒸汽管道以躉售的方式向供熱公司供熱且余熱不回收。供熱二期工程低壓設(shè)計(jì)蒸汽參數(shù)：管徑DN450，壓力1.0MPa，溫度240-250℃，流量57.6t/H;中壓設(shè)計(jì)蒸汽參數(shù)：管徑DN200，壓力1.9MPa，溫度280-290℃，流量16t/H。

供熱一期熱用戶(hù)隨著產(chǎn)能擴(kuò)大，用汽需求量最高達(dá)60t/H，遠(yuǎn)超過(guò)供熱一期工程的設(shè)計(jì)參數(shù)。而供熱二期工程剛建成不久，熱用戶(hù)用汽需求量較小，不足10t/H。為能解決供熱一期供不應(yīng)求，供熱二期產(chǎn)能過(guò)剩及熱損大、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，因此急需實(shí)施供熱改造，開(kāi)展優(yōu)化供熱運(yùn)行方式的研究。

2 解決方案探索

為能滿足各熱用戶(hù)對(duì)供熱蒸汽參數(shù)的需求，對(duì)熱源側(cè)和供熱管網(wǎng)進(jìn)行參數(shù)分析，探索最佳解決方案，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行方式。供熱一、二期母管及熱用戶(hù)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

2.1 熱源側(cè)提高參數(shù)

供熱一期熱用戶(hù)的工業(yè)蒸汽需求量增大至60t/H，而供熱一期管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量?jī)H為25t/H，遠(yuǎn)不能滿足熱用戶(hù)的需求。從熱源側(cè)分析，該電廠提高供汽參數(shù)，將供熱一期出口母管供汽壓力提升至0.75MPa（安全門(mén)動(dòng)作壓力），對(duì)于該電廠的DN350供熱管道，最大流量可提升至48t/H，但熱用戶(hù)側(cè)的供汽壓力僅為0.43MPa，偏低于設(shè)計(jì)的壓力參數(shù)，即熱源側(cè)提高參數(shù)的方法不能滿足供熱一期熱用戶(hù)的需求，且這種方法不利于供熱管道的安全運(yùn)行。

2.2 供熱一、二期聯(lián)合運(yùn)行

考慮到供熱二期參數(shù)較供熱一期參數(shù)高，且供熱二期熱用戶(hù)仍在開(kāi)發(fā)階段，蒸汽供過(guò)于求。從熱網(wǎng)側(cè)分析，該電廠在供熱一期和供熱二期蒸汽母管處增加連通系統(tǒng)，采用聯(lián)合運(yùn)行的方式進(jìn)行供汽。供熱一、二期連通系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，從圖中可看出，加入供熱一、二期連通系統(tǒng)后，供熱一期熱用戶(hù)的工業(yè)蒸汽可由供熱一期和供熱二期管網(wǎng)共同來(lái)供應(yīng)。但由于供熱二期的蒸汽參數(shù)較供熱一期高，故聯(lián)通系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制尤為重要，若調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度過(guò)小，則不能滿足供熱一期熱用戶(hù)的用汽需求;若調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度過(guò)大，則會(huì)對(duì)供熱一期管網(wǎng)的熱源側(cè)造成憋壓，致使安全門(mén)動(dòng)作，并且也會(huì)超過(guò)供熱一期熱用戶(hù)所需蒸汽的最高參數(shù)。

根據(jù)該電廠供熱一、二期聯(lián)合運(yùn)行的情況，當(dāng)供熱一期熱用戶(hù)的需求流量低于30t/H時(shí)，供熱一期母管單獨(dú)供熱可滿足熱用戶(hù)的參數(shù)需求;當(dāng)供熱一期熱用戶(hù)的需求流量為30-60t/H時(shí)，采用供熱一、二期聯(lián)合運(yùn)行的方式，供熱一期供熱調(diào)節(jié)閥保持全開(kāi)狀態(tài)，連通系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，當(dāng)開(kāi)度達(dá)到54%時(shí)，供熱一期熱用戶(hù)側(cè)的蒸汽流量可達(dá)60.51t/H，瞬時(shí)參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可看出，供熱一、二期聯(lián)合運(yùn)行的方式可滿足熱用戶(hù)所需的工業(yè)蒸汽參數(shù)要求。

3 安全與經(jīng)濟(jì)分析

由于供熱一、二期蒸汽參數(shù)不匹配，若供熱連通系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度過(guò)大，則連通管前的供熱一期母管會(huì)產(chǎn)生憋壓，供熱一期母管安全閥會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，不利于供熱管網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，因此控制連通系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度尤為重要。根據(jù)能量梯級(jí)利用原理[10-11]，當(dāng)供熱一期熱用戶(hù)的需求流量低于30t/H時(shí)，連通系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉狀態(tài)為宜;當(dāng)供熱一期熱用戶(hù)的需求流量超過(guò)30t/H時(shí)，投運(yùn)供熱一、二期連通系統(tǒng)為宜。

此供熱一、二期連通系統(tǒng)簡(jiǎn)易且安全，改造投入費(fèi)用僅需約20萬(wàn);若采用壓力匹配器，水也能滿足蒸汽參數(shù)的需求，但改造的投入費(fèi)用將高達(dá)100萬(wàn)。因此本文的連通系統(tǒng)從安全和經(jīng)濟(jì)的角度均是最佳選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

供熱一、二期聯(lián)合運(yùn)行的方式解決了供熱一期工業(yè)蒸汽供不應(yīng)求、供熱二期工業(yè)蒸汽產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，供熱一期熱用戶(hù)的工業(yè)蒸汽流量從30t/H增至60t/H，每年可增加供熱量26.28萬(wàn)噸，增加供熱收入超4千萬(wàn)元，根據(jù)以熱定電的相關(guān)政策，另可增加年度計(jì)劃發(fā)電量。該系統(tǒng)實(shí)施改造成本低，運(yùn)行方式簡(jiǎn)單，具有較好的可行性和推廣性。

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