某熱電廠功熱小汽輪機改造項目應用分析

摘要：熱電廠中熱力設備和熱力系統的節能改造是節能工作的重點，且這兩個方面的節能潛力巨大，因此從熱力設備和熱力系統角度入手進行節能改造易實現，見效快，通過相應的技術改造能夠有效地提高熱電廠的熱經濟性及效益。現通過對某熱電廠供熱蒸汽余壓功熱小汽輪機改造實現供熱蒸汽梯級利用，大幅降低機組供電煤耗這一項目應用進行分析探討，可為其他供熱電廠提供一定的參考借鑒。

關鍵詞：功熱小汽輪機;富余能量;梯級利用;節能

0? ? 引言

某熱電廠集中供熱管網工程，主管網共設置2根DN1 400的供熱管道，1供1回，電廠向市區供熱的一級網管道設計溫度120/55 ℃，設計壓力1.6 MPa，其中，供熱管網約為66.24 km，新建熱力站106座，改造熱力站94座，新建調度中心1座。供熱抽汽的能級要高出熱網供水能級很多，雖然大的傳熱溫差可以強化傳熱，但同時導致了較大的不可逆傳熱損失，造成了高品質蒸汽的能量損失，降低了能量利用效率。

根據本工程供熱蒸汽參數，因加熱器主要依靠蒸汽冷凝成水時的汽化潛熱產生的巨大熱量來實現加熱，此時蒸汽在低溫過熱段溫降及壓降會對蒸汽焓值產生影響，即對換熱系統來講，蒸汽壓力過高會使進入熱網加熱器的蒸汽存在大量的壓差能，為了充分利用該壓差能，可采用功熱汽輪機拖動異步電機進行發電，背壓汽輪機排汽仍進入新增乏汽加熱器，將熱網循環水回水溫度提高，新增乏汽加熱器熱網水出水進入原熱網加熱器進一步加熱到外供熱網水所需溫度。本項目改造完成后，可以回收利用壓差能量損失，在保證集中供熱的前提下，利用背壓機發電，降低廠用電率，提高機組運行的經濟性指標和對標能力，達到節能提效的效果，而且不影響熱網加熱器的性能，可以保證供暖需要。因此，針對供熱管網的現狀，增設小型功熱汽輪機具有很好的節能效果。

1? ? 某熱電廠供熱系統現狀

1.1? ? 某熱電廠供熱能力及參數

根據某市熱電聯產集中供熱管網工程初步設計，某熱電廠2×350 MW機組，單臺機組供熱抽汽參數設計為：

設計采暖抽汽壓力/溫度：0.40 MPa/245 ℃;

蒸汽焓值：2 904.47 kJ/kg;

目前供熱設計抽汽量：468 t/h;

凝結水焓值：4.18×80=334.4 kJ/kg;

設計供熱負荷：Q=468×2×（2 904.47-334.4）/3 600≈668 MW;

供回水溫度：120/55 ℃;

某熱電廠出口工作壓力（圍墻外1 m）：1.35 MPa;

某熱電廠首站回水壓力：0.30 MPa;

供回水壓差：1.05 MPa。

1.2? ? 熱負荷現狀

根據某市熱電聯產集中供熱管網工程初步設計，2016年供熱熱負荷（為設計年現狀熱負荷）為473 MW，2019年供熱熱負荷（為設計年近期熱負荷）為747 MW，2022年供熱熱負荷（為設計年遠期熱負荷）為940 MW，某熱電廠目前設計供熱負荷為668 MW，余熱利用提供熱負荷為112 MW，總供熱量為780 MW，能夠滿足2020年設計采暖負荷747 MW。

1.3? ? 供熱能力分析

根據上述熱負荷現狀分析，某熱電廠設計供熱負荷能夠滿足近期采暖負荷，本次改造工程是在保障近期熱負荷（668 MW）不受影響的前提下進行設計的。采用某市熱電聯產集中供熱管網工程初步設計中采暖抽汽的設計壓力、設計溫度、蒸汽焓值及凝結水焓值，對原機組熱網加熱器做熱平衡計算，計算過程如下：

循環水量為： Q=×3 600≈8 836 m3/h

查水和水蒸氣熱力性質表得供水焓值為504.59 kJ/kg，回水焓值為231.38 kJ/kg，計算結果如圖1所示。

由圖1可知，目前兩臺機組冬季供熱抽汽量為936 t/h，循環水量為8 836 m3/h。汽輪機設計額定抽汽量為550 t/h（單臺），兩臺機組共1 100 t/h，在保證668 MW供熱負荷不變的情況下，抽汽仍有164 t/h可利用的富余量。

2? ? 項目選型及應用系統介紹

2.1? ? 功熱小汽輪機等設備選型

針對某熱電廠兩臺機組的采暖抽汽進行總的熱平衡分析，結合目前常用機組型式，本項目可采用布置2臺6 000 kW低壓功熱汽輪機，拖動2臺高壓異步發電機發電的方案。單臺汽輪機設計進汽量為108 t/h，設計進汽參數為0.4 MPa/245 ℃，設計排汽參數為0.07 MPa/105 ℃。

2.2? ? 項目改造后系統流程

分別自原兩臺汽輪機抽出采暖蒸汽后，匯入一根采暖抽汽母管。一路為原采暖蒸汽流程，從母管上引支管分別接入4臺熱網加熱器;另一路為新增系統，經新增電動調節閥、流量計、汽輪機主汽門、調速汽門進入功熱汽輪機。運行中原熱網加熱器進汽調整門和主機汽輪機調節汽門配合調整，維持功熱汽輪機進汽壓力在0.4 MPa（a）。新增功熱汽輪機由調速汽門調節汽輪機轉速，排汽排至新增乏汽加熱器。兩路系統并聯運行，確保供熱需求。

改造工程新增的兩臺功熱汽輪機拖動異步發電機發電，僅采暖期運行，非采暖期停運，功熱汽輪機滿負荷運行，不進行變工況運行。新增系統與原熱網系統并聯連接，用閥門與原系統隔離，保持原系統的獨立性，確保系統檢修或故障時，可以切斷新增系統，通過原系統滿足供熱要求。此種發電方式所增加的汽耗量很少，在功熱汽輪機發電的同時，機組依然能夠滿足額定供熱負荷。

3? ? 節能效益分析

3.1? ? 節能效果分析

根據一般采暖季的歷史運行數據，取一個供暖期為120天，上網電價為364.4元/MWh（估算電價），標煤價格為600元/t（含稅，購煤平均價格），主要計算方法在表1闡述。

3.2? ? 系統增加發電和減少耗電的總功率及收益

汽輪機發電：本項目擬布置2臺6 000 kW功熱汽輪機，功熱汽輪機進汽壓力0.4 MPa，進汽溫度245 ℃，機械效率取0.99，發電效率取0.94，則背壓式供熱汽輪機發電功率為5 992.6 kW。

汽輪機自用耗電：功熱小汽輪機組自用設備耗電功率為各輔助設備耗電功率之和。6 000 kW背壓式發電汽輪機自用設備耗電功率包含其乏汽疏水泵及系統增加主汽流量的耗功，自用功率為164 kW。

折合凈發電：6 000 kW背壓式發電汽輪機發電扣除自用設備耗電后為5 828.6 kW。

發電經濟效益分析：采暖期按120天，則新增汽輪機在一個采暖季的總節電量（扣除自用電）為1 678.64萬kWh;上網電價按364.4元/MWh，則一個采暖季節電的綜合收益（扣除自用電）為556.27萬元;參考機組年平均發電量3.71億kWh，折算全年綜合廠用電率降低0.905%;折合機組綜合供電煤耗降低1.79 g/kWh。

3.3? ? 增加煤耗

汽輪機耗汽：由于新增汽輪機的排汽焓較原熱網加熱器的進汽焓略有下降，為保證相同的供暖能力，采用功熱汽輪機的供熱系統需增加采暖抽汽量為9.17 t/h。根據供熱工況熱平衡圖，折合增加的主蒸汽量約為3.09 t/h，增加量僅占THA工況下主蒸汽流量（2 011.8 t/h）的0.154%，現有鍋爐及汽輪機均能夠滿足要求。

經濟性分析：若按照額定采暖工況，則采暖季THA工況下鍋爐主蒸汽增加3.09 t/h所增加消耗的標煤量共約0.5 g/kWh，折合增加煤耗量為923.8 t/a，標煤價格按600元/t計，則一個采暖季總煤耗費用共增加約55.43萬元。

3.4? ? 綜合節能效益

綜合上述分析，布置2臺6 000 kW功熱汽輪機后，增加節能效益約為556.27×2=1 112.54萬元，由于布置汽輪機后增加主蒸汽量導致耗煤量增加的費用為55.43×2=110.86萬元，則綜合收益為1 001.68萬元，折合機組綜合供電煤耗降低1.79×2=3.58 g/kWh。

4? ? 結論

（1）某熱電廠供熱抽汽仍有一定的梯級利用空間，進行供熱蒸汽的梯級利用改造有利于降低電廠總體能耗水平，提高經營收益。

（2）功熱小汽輪機項目改造的方案為：以供熱抽汽帶動2臺工頻異步汽輪發電機組，其所發出的電量供給機組廠用6 kV系統。小汽輪機排汽至新增乏汽加熱器，并在此將部分熱網循環水加熱至80 ℃，小汽輪機排汽冷凝之后送回原熱網疏水系統。

（3）改造后，在供熱期機組平均廠用電率降低0.905%，發電煤耗升高0.5 g/kWh，供電煤耗降低2.31 g/kWh。

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收稿日期：2020-03-12

作者簡介：孟立強（1975—），男，河北衡水人，工程師，研究方向：熱能與動力工程。