高背壓供熱技術風險及經(jīng)濟效益

蘇伯嬌 濟南能源投資控股集團有限公司

節(jié)能減排是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，尤其是供熱系統(tǒng)這類型的企業(yè)，為降低傳統(tǒng)模發(fā)現(xiàn)模式對煤炭資源的需求，供熱企業(yè)要充分利用余熱，近年來高背壓供熱技術受到了廣泛關注。此項技術原理是將汽輪機低壓缸排汽壓力在原有的基礎上提升，以此達到提高排汽溫度的效果，將進入汽輪機凝汽器的熱網(wǎng)循環(huán)內的水加熱處理，實現(xiàn)供熱。就是以凝汽器作為供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)加熱器，將機組排出的已經(jīng)汽化的熱網(wǎng)循環(huán)水的充分利用，提高熱效率，進而減少熱浪費，提高機組的供熱效率。由此一來，在不擴大機組規(guī)模的基礎上，系統(tǒng)可以回收冷源損失，提高供熱程度，大幅度擴大供熱面積。從高背壓供熱原理與技術關鍵點入手，分析了高背壓供熱技術風險及高背壓供熱改造經(jīng)濟性評價，目的是提高電廠的熱效率，使供熱面積提高，達到預期的經(jīng)濟效益。在水資源相對匱乏的區(qū)域，純凝機組應采用空冷技術（冷卻構筑物為直接空冷島或間接空冷塔）；相比來說，供熱機組選擇可以使用的資源，可以優(yōu)先考慮應用濕冷構筑物，在水資源充裕的條件下，冷卻構筑物采用空冷，依舊可以應用高背壓供熱技術?？梢愿爬椋谖覈谋狈降貐^(qū)，在選擇汽輪機時，要選擇空冷汽輪機（低壓缸，而葉片短厚的汽輪機，能夠支持在較寬的背壓環(huán)境下運行），而冷卻構筑物則選擇濕冷構筑物或者空冷構筑物均可，即使是干濕聯(lián)合冷卻構筑物也是可行的。本文主要分析了高背壓供熱技術存在的風險、經(jīng)濟效益等。因為目前熱點聯(lián)產項目的選址一般位于城市近郊，有充裕的中水資源可供應用，相比于空冷構筑物來說，濕冷構筑物無論是在效率上，還是在經(jīng)濟適用性上都有明顯的優(yōu)勢。

一、高背壓供熱原理

目前，以排汽壓力來進行劃分，可分成背壓式、凝汽式兩種不同的汽輪機類型。北方地區(qū)天氣寒冷，所使用的一般是抽凝式。在夏季時會應用純凝工況運行，在冬季時會應用抽汽凝汽進行供熱。在任何運行工況下抽凝式機組的蒸汽在低壓缸做功后的乏汽都要通過水來進行循環(huán)冷卻處理，廢氣冷卻后凝結進入機組凝結水系統(tǒng)。在具體作業(yè)運行過程中，沒能將低壓排汽余熱進行有效的利用，造成了大量的損失，也使得機組的綜合功效沒能達到理想的標準。使用機組抽汽，做好熱網(wǎng)循環(huán)水的加熱，這兩者是不同的個體，是獨立的，且這兩個系統(tǒng)是不一樣且不相互影響。開始高背壓供熱優(yōu)化，可有效把熱網(wǎng)循環(huán)水引入至抽凝機組的系統(tǒng)內，在寒冷季節(jié)進行供熱時，凝汽器起到基礎加熱器的作用對熱網(wǎng)循水進行加熱處理，在此過程中能夠進行第二次加熱，將其加熱到理想的溫度進行供熱。而在夏季暫停供熱的時期，機組仍舊采用純凝工況運作，這樣背壓就可以恢復到設計的數(shù)值。

二、高背壓供熱技術關鍵點

當熱網(wǎng)回水溫度超過標準溫度時，用熱網(wǎng)回水冷卻汽輪機乏汽，容易發(fā)生汽輪機運行背壓超過其能承受的極限，甚至導致跳機事故發(fā)生；在熱網(wǎng)回水溫度過高、機組背壓過高的情況下凝結水溫度也會過高，甚至會超過精處理設備中樹脂的溫度耐受極限，會造成樹脂失效，需要經(jīng)常進行更換，在這樣的情況下難以保證凝結水水質。因此，回水溫度高低直接影響高背壓供熱技術。需要對熱網(wǎng)回水溫度進行有效控制，并且要采取相應的熱網(wǎng)回水應急響應對策，確保機組的正常工作。

三、高背壓供熱技術應用風險分析

（一）空冷汽輪機成熟水平

當前在我國北方地區(qū)多大應用空冷機組，空冷機組又分為直接空冷機組與間接空冷機組兩種，這兩種冷卻形式的機組都有300MW 級機組經(jīng)驗豐富的應用案例。而且機組的“設計背壓”在9-20 kPa 之間，雖然空冷汽輪機＋濕式冷卻塔技術在我國為嘗試應用階段，但是，間接空冷汽輪機組僅使用冷卻塔與間接干式冷卻塔一起運行，冷卻水通過封閉的除鹽水；該技術與非采暖期開式循環(huán)冷卻水、采暖期濕式冷卻塔和熱網(wǎng)循環(huán)水的應用沒有本質區(qū)別[1]。

（二）雙壓凝汽器成熟水平

當前我國大型火力發(fā)電機組大多應用雙背壓凝汽器，而中小型的火力發(fā)電機組則都采用單背壓凝汽器?！峨娏こ趟畡赵O計手冊》中明確提出，在冷卻水溫度高于 21℃時，應用多壓凝汽器是存在優(yōu)勢的。另外，在《電站凝汽設備和冷卻系統(tǒng)》中名明確提出：美國建設新電站時提出如下意見：當冷卻水的溫度超過20℃時，大型火力發(fā)電機組的汽輪機都要采用多背壓運行。在國外的大功率汽輪機中，五分之一到三分之一都會應用多壓凝汽器，甚至說，日本在125 MW汽輪機作業(yè)時，都有過應用多壓凝汽的成功案例。原則上分析來看，通過2 個排氣口，可以制造雙壓冷凝器。大型動力發(fā)電機的機組凝汽器雖為單殼、雙流程、單背壓凝汽器，但在設置隔板等相關操作下，可轉化為單殼雙壓凝汽器[2]。

（三）耐高溫樹脂

當前我國有很多低壓缸轉子互換技術項目都在應用狀態(tài)。在低壓缸轉子互換技術的應用環(huán)境下，通常凝結水的溫度能夠得到70℃，在改造工程中通常會應用到很多耐高溫樹脂，據(jù)當前的應用的狀況分析來看，耐高溫樹脂是特殊的，對凝結水水質不會出現(xiàn)影響，也沒有影響到樹脂使用壽命?？梢姶隧椉夹g風險并不高，較為安全可靠[3]。

（四）熱網(wǎng)回水超溫運行安全分析

根據(jù)當前低壓缸轉子互換技術改造后的運行狀況來看，必須要妥善解決熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度過高這一問題。以某熱電工程為例，電廠可以針對回水情況。利用二次網(wǎng)對一次熱網(wǎng)回水溫度進行冷卻降溫。如果熱網(wǎng)不受電廠控制，在熱網(wǎng)回水超溫時，會對機組安全運行構成較大威脅。通常情況下，常規(guī)的熱電廠多數(shù)位于距城市10KM 左右的外圍。城市熱網(wǎng)，可以設置若干溫度監(jiān)測點，便于供熱廠對實時溫度進行監(jiān)測，此項工作是運行人員的重要工作內容之一，一旦溫度達到報警溫度，啟動廠內備用冷卻水系統(tǒng)，做好降溫的處理，以此確保機組安全運行[4]。

（五）熱網(wǎng)供水溫度調節(jié)安全分析

在供暖初期與尾聲階段，自然環(huán)境溫度較高，適合熱網(wǎng)應用?；厮衫淠骷訜幔缓笾苯虞斔椭?0℃。此時，發(fā)電和供熱的效益可以最大化；在氣溫較低體感較為寒冷時，則需要將熱網(wǎng)中的水溫度調節(jié)到100℃左右。此時便可應用串聯(lián)加熱的作業(yè)方式，便可實現(xiàn)降低進入低壓缸的汽量、使熱網(wǎng)加熱器的抽汽量增加，減少機組發(fā)電負荷、提升供熱量。在這樣的運行模式下，凝汽量的降低得到的相應成效是冷卻倍率的提升，回水的溫度呈恒定時，背壓壓力降低；如果回水溫度升高，在冷卻倍率的增大的情況下，可以有效的調節(jié)背壓，使之不對機組造成高壓隱患。需要對此加以注意，當進入低壓缸的蒸汽減少時，相應汽輪機的極限背壓也會降低。因此需要對這種工作情況進行校準核對，如果進入該低壓缸流量超過了其額定背壓，需要采取相應的對策降低水溫，確保機組的安全運行[5]。

（六）精處理樹脂故障安全分析

根據(jù)當前低壓缸轉子互換技術改造應用情況來看，精處理裝置一般設有兩個使用裝置與一個備用裝置，再加上兩個倉儲備用裝置。此種備用模式較為安全。能夠確保機組在供暖季節(jié)安全運作。為避免樹脂快速失效，可將一座一千立方米的水箱用作換熱器。在凝結水自冷的基礎上，進入精處理單元進行處理。緩沖罐為“熱緩沖罐”，設置緩沖水箱的目的是為了起到溫度調節(jié)的作用，防止凝結水的溫度急劇變化，波動較大。由于換熱器有一定的端差，低溫介質的出口溫度不可能等于高溫介質的進口溫度。而且凝結水的熱量在緩沖水箱內會有一部分散失，進而保證進入精處理裝置的水溫處于正常水平，對機組的安全有效運行來說有一定的保障，是一種值得嘗試的方案[6]。

四、高背壓供熱改造經(jīng)濟性評價方法

高背壓供熱投入運行后，機組低壓缸排除的氣體能夠起到潛熱的效果，此時凝汽器具有加熱作用，直接作用于熱網(wǎng)加熱，形成熱網(wǎng)循環(huán)水加熱作用，將機組冷端的損失控制到最低，可以忽略不計達到節(jié)能降耗的目的。對此項改造的經(jīng)濟效益進行評估，其效果是顯而易見的，本文提到的經(jīng)濟效益分析都是基于整體環(huán)境為基礎。首先，維持當前的供熱能力，在保持當前供熱而面積的基礎上不斷擴大供熱面積，底線是與上個供暖期熱電負荷相同，改造后降低燃料消耗；其次，充分發(fā)揮出改造后的供熱能力，確保足夠大的供熱面積，保證蒸汽量達到當前技術水平的上限，完成高背壓改造后能夠達到理想的供電與發(fā)熱收收效益；最后，針對利用率較高的機組，完成高背壓供熱系統(tǒng)變更后，根據(jù)機組供熱期以熱定電的運行方式與每年都要進行兩次轉子更換工作對發(fā)電工作造成的影響，能夠明顯發(fā)現(xiàn)改造后的經(jīng)濟收益要遠遠高過改造前。以上經(jīng)濟性分析評價，有一定的參考價值，對邊界條件適宜機組高背壓供熱改造的整體狀況，并與改造機組所在地的電負荷情況有機結合在一起[7]。

五、結束語

綜上所述，高背壓供熱改造技術有利于降低能耗，節(jié)約資源，提升供熱效率，通過對此項技術原理的分析，及此項技術的供熱關鍵點了解，將抽凝機的模塊進行升級與改造，并以此為基礎，達到有效避免冷卻造成損失的目的，以熱網(wǎng)、抽汽等輔助系統(tǒng)改造為依托的汽輪機余熱利用技術。在充分利用余熱的基礎上同時保障機組的運行安全。最后，提出了高背壓供熱改造技術相關的整體經(jīng)濟效益評價方法，闡述了高背壓供熱技術風險較低，且經(jīng)濟效益可觀。