采暖供熱系統(tǒng)能量梯級利用技術

申娜　田永紅　王昱凱

[摘要]對于采暖蒸汽壓力較高的供熱系統(tǒng)，為了降低熱網(wǎng)加熱器設備價格，一般采用減壓器降低蒸汽壓力，造成有效能源損失。采用能量級階梯利用技術，設置汽輪機代替減壓器，在供熱的同時可以發(fā)電，降低電廠廠用電，提高能量利用效率。

[關鍵詞]? 汽輪機? 熱網(wǎng)首站? 能量階梯利用 采暖供熱

1 前言

常規(guī)供熱機組的熱網(wǎng)首站中，采暖蒸汽參數(shù)一般為0.3～0.5MPa，設置熱網(wǎng)加熱器用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，主要設備為熱網(wǎng)加熱器、熱網(wǎng)循環(huán)泵和熱網(wǎng)補水除氧定壓設備。

隨著經(jīng)濟發(fā)展，居民生活水平提高，采暖熱負荷增加，各電廠開始對純凝機組進行供熱改造。對于600MW等級機組，進行中低壓連通管改造，抽汽壓力為1.0MPa左右。用于采暖供熱時，為了降低熱網(wǎng)加熱器的設備投資，高壓力蒸汽必須進行減壓后進入熱網(wǎng)加熱器。采用減壓器降低蒸汽壓力的方式會造成能量浪費。

2 采暖供熱系統(tǒng)中的能量階梯利用技術

對于高壓力參數(shù)的采暖蒸汽，為了提高能量利用效率，可采用能量階梯利用技術，設置汽輪機代替減壓器，對采暖蒸汽的余壓進行利用，汽輪機可選用背壓式或者凝汽式。

2.1背壓式汽輪機能量階梯利用采暖供熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)簡稱為“背壓式采暖供熱系統(tǒng)”。采暖蒸汽進入背壓式汽輪機，排汽進入熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，疏水進入主機凝汽器（排汽裝置）。主要設備為背壓式汽輪機、熱網(wǎng)循環(huán)泵、熱網(wǎng)加熱器。

2.2 抽凝式汽輪機能量階梯利用采暖供熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)簡稱為“抽凝式采暖供熱系統(tǒng)”。采暖蒸汽進入抽凝式汽輪機，排汽在凝汽器中對熱網(wǎng)循環(huán)水進行第一級加熱，抽汽在熱網(wǎng)加熱器中對熱網(wǎng)循環(huán)水進行第二級加熱。經(jīng)過兩級加熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水對外供出。熱網(wǎng)加熱器疏水進入凝汽器熱井，與排汽疏水匯合后經(jīng)凝泵加壓進入主機凝汽器（排汽裝置）。主要設備為抽凝式汽輪機、熱網(wǎng)循環(huán)泵、熱網(wǎng)加熱器、凝結水泵。

2.3 供熱系統(tǒng)的比較

假設一臺660MW汽輪機經(jīng)過供熱改造后可提供參數(shù)為1.0MPa.a，358°C的蒸汽500t/h。背壓機的排汽壓力為0.35MPa.a;抽凝機的排汽壓力為54kPa.a，抽汽量275t/h，抽汽壓力為0.35MPa.a。熱網(wǎng)供回水壓力為0.8/2.4MPa，供回水溫度為70/130°C。

對以上兩種能量階梯利用供熱系統(tǒng)的供熱量和發(fā)電量計算，并與常規(guī)供熱系統(tǒng)進行比較，計算結果如下：

從上述表格可以看出，采用能量階梯利用技術，供熱量會減少，減少的部分用于發(fā)電，這兩部分能量數(shù)值雖然相等，但是電能的品質高于熱能。背壓式和抽凝式采暖供熱系統(tǒng)的發(fā)電量分別為26MW和43MW，除滿足熱網(wǎng)首站自身用電量需求外，還可對外供出。

常規(guī)采暖供熱系統(tǒng)和背壓式采暖供熱系統(tǒng)，循環(huán)水流量約為5000-5500t/h，熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為130°C。對于抽凝式采暖供熱系統(tǒng)，由于凝汽器的循環(huán)倍率要求，熱網(wǎng)循環(huán)水量較大，僅能加熱到92°C，必須有其它汽源才能滿足供水溫度130°C。

背壓式采暖供熱系統(tǒng)適用性較廣，抽凝式采暖供熱系統(tǒng)僅適用于有其他較低壓力采暖汽源的電廠。

3 抽凝式采暖供熱系統(tǒng)應用實例

某電廠建設有兩臺330MW亞臨界機組和兩臺660MW超臨界機組。已建設有兩座熱網(wǎng)首站。1號熱網(wǎng)首站采暖蒸汽來自330MW機組，2號熱網(wǎng)首站采暖蒸汽來自660MW機組。因為采暖熱負荷的持續(xù)增長，擬對330MW機組和660MW機組進行第二次供熱改造，新建3號熱網(wǎng)首站。

1、2號熱網(wǎng)首站均采用常規(guī)采暖供熱系統(tǒng)，為了提高能量利用效率，新建熱網(wǎng)首站擬采用能量階梯利用技術，設置抽凝式汽輪機。

3號熱網(wǎng)首站采暖供熱系統(tǒng)流程圖如下：

1、2、3號熱網(wǎng)首站的回水進入3號熱網(wǎng)首站的凝汽器中由排汽進行第一級加熱。從凝汽器出來的循環(huán)水，分別進入3個熱網(wǎng)首站的熱網(wǎng)加熱器進行第二級加熱。

由于至1、2號熱網(wǎng)首站的熱網(wǎng)循環(huán)水已經(jīng)過第一級加熱，因此加熱蒸汽會有一部分被排擠進入3號熱網(wǎng)首站。

汽輪機抽汽、排擠蒸汽和330MW機組來的采暖蒸汽作為3號熱網(wǎng)首站加熱器的汽源，對熱網(wǎng)循環(huán)水進行第二級加熱。

熱網(wǎng)加熱器的疏水進入凝汽器熱井后，經(jīng)凝結水泵加壓后分別回到330MW機組和660MW機組的排汽裝置。

4結論

采暖供熱系統(tǒng)能量階梯利用技術適用于采暖蒸汽壓力較高的情況，可提高能量利用效率，其中背壓式采暖供熱系統(tǒng)適用性較廣，抽凝式采暖供熱系統(tǒng)僅適用于循環(huán)水量較大，且有其他低壓采暖汽源的電廠。

參考文獻：

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[2]超臨界間冷機組高背壓供熱技術的應用分析 華電技術，2019，41（2）

[3]供熱改造中能源梯級利用技術研究 華電技術 2017? 39（5）