分布式能源站提高供熱可靠性改造分析

衛(wèi)奕

摘 要：隨著天然氣分布式能源站的發(fā)展，對能源站供熱可靠性的要求越來越高，在設(shè)計(jì)階段，各設(shè)備的選型若都能從供熱可靠性角度進(jìn)行分析和選擇，建立正確的設(shè)計(jì)觀念，通過先進(jìn)和全面的設(shè)計(jì)理念制定保障熱電廠可靠供熱的方案，提高熱區(qū)的供熱穩(wěn)定性，對整個供熱系統(tǒng)和城市發(fā)展有著重大的意義[1]。本改造項(xiàng)目僅考慮熱力系統(tǒng)方案，不考慮熱控電氣系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：分布式能源站;提高供熱可靠性;改造分析

1 機(jī)組情況簡介

某天然氣分布式能源站工程，一期建設(shè)3×50MW級燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，最終項(xiàng)目規(guī)模規(guī)劃為6×50MW級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，對周邊企業(yè)進(jìn)行冷、熱、電三聯(lián)供。

該能源站#1、#2號機(jī)組配置為一拖一的抽凝補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組，抽汽壓力1.3MPa.a，提供低壓蒸汽負(fù)荷;#3號機(jī)組配置為一拖一的背壓式汽輪機(jī)組，排汽壓力3.1MPa.a，提供中壓蒸汽負(fù)荷。

能源站3臺機(jī)組于2019年4月建成投產(chǎn)，目前項(xiàng)目的中壓蒸汽負(fù)荷比較穩(wěn)定，約60～70t/h，低壓蒸汽負(fù)荷基本沒有。3臺機(jī)組的凝結(jié)水和補(bǔ)水系統(tǒng)采用單元制，#1、#2號抽凝機(jī)組補(bǔ)水補(bǔ)入凝汽器;#3號背壓機(jī)組的余熱鍋爐配置了一臺真空除氧器，補(bǔ)水補(bǔ)入真空除氧器。

2 改造原因及分析

項(xiàng)目目前運(yùn)行存在的問題是當(dāng)#3號燃機(jī)故障時，#1、#2號機(jī)組只能部分主蒸汽減溫減壓供中壓蒸汽負(fù)荷，無法滿足中壓蒸汽60～70t/h的需求。經(jīng)過對能源站一期工程的供熱可靠性進(jìn)行研究分析，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增一套真空除氧器及輔助設(shè)備系統(tǒng)，從而提高供熱可靠性，滿足當(dāng)最大一臺供熱機(jī)組故障時，能源站能保證100%的外供工業(yè)熱負(fù)荷的需求。

該改造項(xiàng)目按現(xiàn)場實(shí)際情況、工藝系統(tǒng)布局等條件，確定設(shè)置1臺真空除氧器布置于#1余熱鍋爐輔機(jī)間屋頂，兩臺真空除氧器補(bǔ)水升壓泵設(shè)置在余熱鍋爐輔機(jī)間南側(cè)地面。在#1余熱鍋爐輔機(jī)間屋頂D軸和E軸內(nèi)設(shè)置1臺真空除氧器，除氧器處理能力50t/h。在#1余熱鍋爐輔機(jī)間3軸外南側(cè)地面分別設(shè)置2臺真空除氧器補(bǔ)水升壓泵。2臺補(bǔ)水升壓泵用地尺寸4.0m×5.4m。供水、供電、消防等依托周圍原有設(shè)施引接。

正常運(yùn)行時，兩臺抽凝機(jī)組對應(yīng)的余熱鍋爐高壓過熱器引出的高壓蒸汽到抽凝機(jī)發(fā)電，低壓過熱器引出的低壓蒸汽（0.68MPa，232℃）到抽凝機(jī)組補(bǔ)汽。背壓機(jī)組對應(yīng)的余熱鍋爐高壓過熱器引出的高壓蒸汽到背壓機(jī)發(fā)電。背壓機(jī)的排汽量直接匯至一根中壓供熱蒸汽母管，供往廠外高壓供熱管網(wǎng)。高壓供熱管網(wǎng)按照 80t/h 的抽汽供熱量設(shè)計(jì)。

背壓機(jī)組對應(yīng)的余熱鍋爐低壓過熱器引出的低壓蒸汽10t/h（1.3MPa，240℃）以及另兩臺抽凝機(jī)抽汽（各 7t/h）匯至一根低壓供熱蒸汽母管供往廠外低壓供熱管網(wǎng)。低壓供熱管網(wǎng)按照 24/h 的供熱量設(shè)計(jì)。

3 改造思路

考慮當(dāng)任意一臺燃?xì)廨啓C(jī)故障工況下，為滿足100%的工業(yè)蒸汽負(fù)荷，提高能源站的供熱可靠性進(jìn)行熱力系統(tǒng)優(yōu)化，針對本工程擬定#1余熱鍋爐新增一臺補(bǔ)水真空除氧器及輔助系統(tǒng)，同時增設(shè)#1機(jī)組和#3機(jī)組分別至2#機(jī)組真空除氧的切換支路及除氧器加熱水源的切換支路。

當(dāng)#3燃?xì)廨啓C(jī)故障，#1、#2抽凝機(jī)組對應(yīng)的余熱鍋爐高壓蒸汽全部減壓減溫對外供中壓熱負(fù)荷（80t/h），同時為保證低壓熱負(fù)荷（24t/h）的供熱量，抽凝機(jī)對應(yīng)余熱鍋爐的低壓蒸汽不再進(jìn)入汽輪機(jī)補(bǔ)汽，而需要提高壓力至1.3MPa對外供熱。經(jīng)與鍋爐廠家技術(shù)人員核實(shí)，抽凝機(jī)對應(yīng)余熱鍋爐的低壓蒸汽可在0.68MPa和1.3MPa兩檔切換，滿足機(jī)組在正常和故障期間不間斷對外供汽，確保供熱可靠性。此時全廠補(bǔ)水量較大（約104t/h），#1、#2抽凝機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，凝汽器不可用，化學(xué)除鹽水無法滿足余熱鍋爐進(jìn)水水質(zhì)（余熱鍋爐可接受進(jìn)水的含氧量范圍≤0.05mg/l）的要求，需要考慮額外的除氧設(shè)施。1#抽凝機(jī)組配置一臺套100%容量的真空除氧器及輔助設(shè)備，以滿足全廠補(bǔ)水除氧要求。

當(dāng)#1燃?xì)廨啓C(jī)故障時，#2抽凝機(jī)和#3背壓機(jī)可保證對外供熱。#1機(jī)組真空除氧系統(tǒng)運(yùn)行，化學(xué)除鹽水補(bǔ)水分別進(jìn)入#1機(jī)組和#3機(jī)組的真空除氧系統(tǒng)除氧，然后進(jìn)入#1和#3余熱鍋爐。同時真空除氧器的加熱熱源分別從#1和#3余熱鍋爐引接。

#1、#2余熱鍋爐的低壓主蒸汽（0.68MPa，232℃）到兩臺抽凝機(jī)組補(bǔ)汽發(fā)電，系統(tǒng)為單元制。為了能實(shí)現(xiàn)兩臺抽凝機(jī)組之間補(bǔ)汽量調(diào)整的靈活性，在#1、#2余熱鍋爐的低壓主蒸汽系統(tǒng)之間增設(shè)聯(lián)絡(luò)管道，與原有主蒸汽管道同徑（Ф219x6），并設(shè)置電動關(guān)斷閥。

3.1補(bǔ)水系統(tǒng)

本方案設(shè)置1臺出力為50t/h真空除氧器，對#1抽凝機(jī)組補(bǔ)給水進(jìn)行除氧。補(bǔ)水系統(tǒng)采用單元制，機(jī)組配置的設(shè)備和管道獨(dú)立，汽水平衡的跟蹤和控制簡單清晰。

化水車間來的除鹽水補(bǔ)至1臺真空除氧器，經(jīng)過補(bǔ)水升壓泵升壓后與#1抽凝機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)匯合送至#1余熱鍋爐低壓省煤器入口。真空除氧器的加熱熱源可利用余熱鍋爐本體內(nèi)凝結(jié)水加熱器后的熱水。同時增加至#2機(jī)組的切換支路，即自補(bǔ)水升壓泵后引出旁路接至#2余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器進(jìn)水側(cè)閥門后。切換支路設(shè)電動關(guān)斷閥及手動關(guān)斷閥。

自#3機(jī)組真空除氧器增壓泵出口側(cè)引出切換支路接至#2余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器進(jìn)水側(cè)閥門后。切換支路設(shè)電動關(guān)斷閥及手動關(guān)斷閥，補(bǔ)水系統(tǒng)的管道和閥門均采用不銹鋼材料。

真空除氧器設(shè)置 2臺100%容量的變頻補(bǔ)水升壓泵，1臺運(yùn)行，1臺備用。每臺泵的容量擬按照滿足最大工況下的補(bǔ)給水流量（加上供熱減溫水流量））再加上 10%的裕量原則選用，流量70m3/h，揚(yáng)程340mH2O。當(dāng)任何一臺泵發(fā)生故障時，備用泵自動啟動投入運(yùn)行。泵進(jìn)口管道上設(shè)置電動隔離閥、濾網(wǎng)及波形膨脹節(jié)，出口管道上設(shè)置止回閥和電動隔離閥。進(jìn)出口的電動閥門將與泵聯(lián)鎖，以防止泵在進(jìn)出口關(guān)閉狀態(tài)下運(yùn)行。

3.2抽真空系統(tǒng)

為保持除氧器內(nèi)的一定真空度，把溶解于水質(zhì)里的氣體和隨氣體一同逸出的未凝結(jié)蒸汽抽出，真空除氧器均設(shè)有抽真空裝置，其中包括：2臺真空泵，1臺射水抽氣器。抽真空裝置由除氧器廠家設(shè)計(jì)供貨。

3.3冷卻水系統(tǒng)

本方案新增加的補(bǔ)水升壓泵軸承冷卻水采用廠內(nèi)原有的開式循環(huán)冷卻水。

3.4設(shè)備布置

真空除氧器布置在#1余熱鍋爐鍋爐輔助間屋面空地處，采用鋼結(jié)構(gòu)支撐，室外布置，抽真空裝置就近布置于除氧器附近，補(bǔ)水增壓泵布置在鍋爐輔助間南側(cè)零米地面，室外布置并設(shè)置防雨棚。經(jīng)與鍋爐廠及設(shè)計(jì)院溝通，鍋爐廠及設(shè)計(jì)院分別對此方案進(jìn)行了鋼框架和柱腳基礎(chǔ)的荷載復(fù)核，確定此方案基本可行。

3.5真空除氧器運(yùn)行模式

本方案實(shí)施后3套機(jī)組正常運(yùn)行工況和任意一套機(jī)組故障或檢修工況時，補(bǔ)水均補(bǔ)入2套真空除氧器，不再補(bǔ)入凝汽器。調(diào)整為這種運(yùn)行模式主要考慮以下因素：

3.5.1真空除氧器僅在1套機(jī)組故障或檢修工況時運(yùn)行，除氧器需要一定的啟動時間，無法保證機(jī)組穩(wěn)定連續(xù)對外供熱。

3.5.2真空除氧器長期不運(yùn)行，補(bǔ)水泵需定期維護(hù)，除氧水箱及管道需要定期清洗保養(yǎng)。否則無法保證補(bǔ)水泵狀態(tài)正常，除氧水箱及管道內(nèi)部不銹蝕。這樣運(yùn)行維護(hù)量大，費(fèi)用高。

3.5.3補(bǔ)水均補(bǔ)入真空除氧器運(yùn)行，故障工況機(jī)組切換控制簡單。

4結(jié)束語

本設(shè)計(jì)方案通過對#1余熱鍋爐新增一臺補(bǔ)水真空除氧器及輔助系統(tǒng)，同時增設(shè)#1機(jī)組和#3機(jī)組分別至2#機(jī)組真空除氧的切換支路及除氧器加熱水源的切換支路。有效提高了該能源站的供熱可靠性，同時最大限度的降低了費(fèi)用投資和建設(shè)場地。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐銀君，從設(shè)計(jì)角度探討保障熱電廠可靠供熱的方案[J] 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 1672-9706（ 2015） 03-0090-05