燃煤電廠供熱能力提升策略探析

劉彬 華電濰坊發電有限公司

煤炭產業中礦井節能也成為重要的環節。能源消耗中的大戶是由供暖空調所引起的能耗，加之礦井用熱使得礦井鍋爐房供熱一年四季處于動態運行階段。通過具體改造實例對高背壓供熱改造方案進行了評估；以吸收式熱泵為主，介紹了熱泵余熱回收供熱改造原理并分析了其性能參數；以切除低壓缸進汽、光軸改造為例，介紹了低壓缸“零出力”供熱改造方式的特點。

一、原理介紹

高背壓供熱改造以空冷機組的高背壓改造為主。其原理是通過提高機組的運行背壓，從而提高汽輪機的排汽溫度，直接用汽輪機排汽來加熱熱網循環水進行供熱。該方法可有效利用汽輪機排汽余熱，避免冷源損失，提高機組的熱效率，實現節能減排。同時可在不增加機組規模的前提下，增大機組的供熱量和供熱面積。機組的循環水轉換為熱網的循環水，吸收排汽中的余熱后水溫提升，此加熱過程稱為一次加熱；加熱后的水進入供熱首站會再次吸收熱量提升溫度，此過程稱為二次加熱；由此產生的高溫水進入換熱站進行換熱、供熱；冷卻后進入凝汽器中加熱，重復上述過程，構成循環供暖回路。上述流程可概括為：新增凝汽器與熱網形成新的循環，利用排汽中的余熱加熱循環水，被加熱的循環水隨后進入熱網供暖，溫度降低后進入凝汽器，從而構成供暖循環。值得注意的是高背壓供熱改造后要選擇合適的低壓缸轉子。同時對空冷機組而言，在供暖期進行高背壓供熱改造時要“切除”空冷機組的空冷裝置。濕冷機組改造原理與其大體相似，不同之處在于空冷機組在改造時需要“切除”空冷裝置。

二、燃煤機組供熱能力提升策略

（一）蓄熱式電鍋爐

目前，電熱鍋爐主要采用直接電熱鍋爐和蓄熱式電加熱鍋爐（蓄熱材料一般采用高鋁混凝土磚和氧化鎂磚）。從實現原理來看，電鍋爐具有“完全”的熱電解耦能力，熱電解耦能力強，不足之處在于直接將高品質的電能轉換為熱能，雖然電能到熱能的轉換效率可達99%以上，但電能的生產過程，一次能源的利用效率往往只有30%～40%（常規火電廠熱效率）。與直接利用熱能供熱的方式相比，供熱經濟性差。此外，根據電鍋爐供熱改造調研情況，電鍋爐供熱改造單位投資約為1000 元/kW，投資高；且對電鍋爐供熱改造對電網調峰政策的依賴性非常高，由于用電成本較高，如果沒有調峰政策補貼，則很難回收投資成本，政策風險較高。

（二）熱泵余熱回收供熱改造

熱泵主要包括吸收式熱泵和電驅動壓縮式熱泵2 種。2 種熱泵的原理大體相似，都是使用驅動源驅動熱泵，不同的是吸收式熱泵在發生器內采用高品位參數的蒸汽作為驅動熱源，將工質溶液進行分離，而電驅動壓縮式熱泵采用電能將工質溶液進行分離，一般用于制冷。吸收式熱泵的優點是運行成本較低。制冷工質溴化鋰溶液無毒，且沒有損耗，受系統負荷變化影響較小。機組容量大，最高可達30MW。制熱時出水溫度較高，可達85℃。缺點是設備較復雜，發生器內壓力對熱泵性能影響較大，使用過程中對環境要求較嚴格，占地面積較大。熱負荷變化時，熱泵水量無法保障，會出現搶水現象，而且空冷島容易結凍。電驅動壓縮式熱泵以電能直接驅動壓縮機做功，吸收熱電廠乏汽余熱。熱電廠的乏汽余熱經凝汽器先被循環冷卻水帶走，然后電驅動壓縮式熱泵在蒸發器從循環冷卻水中吸收熱量，再通過冷凝器放出熱量二次加熱熱網回水。由于電驅動壓縮式熱泵對熱網回水的升溫有限，所以還需要尖峰加熱器進行調峰。此外，電驅動壓縮式熱泵還可利用風力發電產生的電能起到電力調峰的作用。熱電聯產系統中，儲熱利用裝置和電驅動壓縮式熱泵的引入都可增加對風電的消納，但是電驅動壓縮式熱泵引入后余熱回收利用的效果更好，利用現有的區域供熱網絡可以實現最佳的風電集成。

（三）燃氣煙氣余熱回收供熱方式

燃氣煙氣余熱回收供熱是在常規的煙氣余熱回收技術（包括利用熱網回水與煙氣換熱、利用空氣與煙氣換熱或二者結合）的基礎上，為了獲得低溫冷源，在系統中加入吸收式熱泵，利用熱泵制取低溫冷卻水，從而達到深度回收余熱的目的。在熱網回水溫度為50℃的情況下，該余熱回收方式可以將經濟排煙溫度降至20℃，系統的余熱回收率可達80%。煙氣進入深度余熱回收階段時，會出現大量的酸性冷凝水，對設備產生腐蝕；同時，換熱量越大，設備造價越高：因此，實際工程中一般使用直接接觸式噴淋塔代替間壁式換熱器，可有效降低腐蝕帶來的影響，同時降低設備成本，減少傳熱傳質阻力，提高換熱效率。

（四）適應性供熱策略

適應性供熱思路為：首先根據燃煤鍋爐的實時蒸發量求出各模式的當前最大供熱量，在模式最大供熱能力滿足熱力公司所下發供熱負荷需求的基礎上，選擇發電量最大的模式，稱其為最優模式；然后根據當前系統所處模式判斷需進行模式間切換或模式內優化，并給出相關建議；最后運行人員根據提示執行相關操作。若六種供熱模式均無法滿足供熱需求，則在適應性供熱界面中顯示“機組供熱極限不滿足需求”。

三、結語

目前設計的該取熱裝置體積過于龐大，施工與安裝帶來眾多不便，需要進一步優化取熱器尺寸。噴淋換熱效率實際測試運行效率在80%左右，因此換熱效率需要通過霧化噴嘴的設計，噴排設計、淋水密度優化需要進一步提高。加快燃煤發電升級與改造，加大既有熱電聯產機組、燃煤發電機組調峰靈活性改造力度，改善電力系統調峰性能，提高火電機組靈活運行模式和運行效率。通過智慧發電技術，開發在線診斷技術，實現火電機組邊界頻繁擾動的優化控制。