內蒙古京能盛樂供熱改造技術優化

馮志順 范曉英 楊志杰 聶斌宇 李鵬

（內蒙古京能盛樂熱電有限公司 內蒙古自治區呼和浩特市 010058）

內蒙古京能盛樂熱電有限公司（以下簡稱盛樂熱電）位于呼和浩特市盛樂現代服務業集聚區，由北京能源投資（集團）有限公司獨資建設，安裝有兩臺2×350MW 超臨界燃煤熱電聯產機組。盛樂熱電承擔著集聚區能源中心的任務，是發展云計算產業的重點配套項目。

近年來，隨著城市的發展，城市用熱需求持續增加，熱電聯產機組規模也不斷擴大。其中，呼和浩特市規劃供熱面積到2021年為2.2 億平方米，到2025年為2.55 億平方米，到2035年為3 億平方米。《呼和浩特市供熱改革方案》（2019年版）提出，呼市供熱改革的總體目標是通過調整供熱結構，改革供熱管理體制，實現“熱電聯產為主，清潔能源為輔，多熱源互補”的格局。在2020年全市將基本實現熱電聯產供熱，到2021年通過挖潛、引熱入呼等方式，新增熱電聯產供熱能力，總熱電聯產供熱能力將達到1.8 億平方米。盛樂熱電也將自身供熱挖潛作為重要技術改造工作內容。

目前盛樂熱電承擔的采暖熱負荷由兩部分組成，躉售給城發熱力公司的 890 萬m2熱負荷和盛樂熱電自營承擔的園區 28 萬m2。隨著呼和浩特的南向發展，盛樂園區的熱負荷也在不斷增加。

1 供熱方式

目前我國大型熱電聯產機組采暖供熱采用的方式多種多樣。傳統方式是采用中壓排汽，在中排處安裝蝶閥。中排蒸汽參數通常為0.5MPa、250℃左右[1]，而熱網循環水所需溫度通常在70～120℃，抽汽參數過高，與用戶側熱負荷需求參數不匹配，造成高品位能的損失[2]，造成低壓缸發電量減少，不可逆換熱損失增加，造成能源浪費。

汽輪機低壓缸排汽已經在低壓缸中做完功（又稱為乏汽），品位下降后蒸汽溫度較接近于熱網循環水回水溫度，但焓值仍然很高。如果不回收而進入后續冷凝過程，將導致所攜帶的大量汽化潛熱損失到環境中，成為熱力系統所固有的冷端損失。合理利用部分乏汽的汽化潛熱加熱一次熱網循環水，可以減少冷端損失、降低平均發電標煤耗，提高機組供熱能力。

高背壓供熱技術是通過提高機組排汽背壓，達到利用乏汽直接加熱熱網回水目的。目前，國內供熱機組應用的高背壓余熱回收技術路線主要有高背壓熱網凝汽器、增汽機技術、雙轉子、低壓缸末葉改造等[3,4]。

經過汽機廠確認，盛樂熱電機組在不對低壓缸轉子進行任何改造前提下最高可在 43kPa.a 高背壓下穩定運行，為高背壓改造創造了有利條件。

2 供熱能力分析

2.1 熱網系統供熱能力

盛樂熱電內設置有兩座熱網首站，兩臺熱網首站采用并聯方式運行。改造前兩座熱網首站的設計供熱能力為801MW。

2.2 汽輪機供熱能力

盛樂熱電采用上汽350MW 超臨界、一次中間再熱、抽凝式汽輪機，額定采暖抽汽為380t/h，最大采暖抽汽為550t/h。

在機組實際運行時，抽汽量通常無法達到設計的最大抽汽量。根據內蒙古電力科學研究院進行的最大抽汽量測量試驗結果，結合盛樂熱電實際運行情況分析：機組實際最大采暖抽汽量約為500t/h。因而盛樂熱電兩臺機組的采暖抽汽實際供熱能力核定為714MW，等效最大供熱面積約為 1428 萬m2。

3 改造方案

盛樂熱電采用高背壓余熱回收技術對機組進行改造，以利用機組乏汽供熱，有效降低機組冷端損失，增加全廠供熱能力。

首先考慮熱網循環水直接進入凝汽器回收乏汽余熱方案，該方案理論上可行。但根據多地機組運行調查發現，熱網循環水水質較差夾雜泥沙等雜物，尤其在初運行期間。通過前期論證，認為熱網循環水直接切換使用原凝汽器，熱網循環水水質會引起間冷凝汽器循環冷卻水的污染，進而會對間冷塔散熱器材質造成嚴重腐蝕。考慮生產安全等因素，應將供熱系統與發電系統分開，因此方案上考慮將乏汽引出至新設置熱網凝汽器。

本次改造對象為2 號機組，改造后理想的運行調整方式為，以熱定電、優先使用 機組高背壓供熱，不足部分由1 號機組抽汽供熱補充。額定供熱工況熱網循環水供回水設計溫度為 107/55℃。

3.1 純高背壓熱網凝汽器改造方案

本方案熱網系統采用純高背壓熱網凝汽器和熱網凝汽器的兩級加熱方式（以下簡稱純高背壓方案）。冬季供熱工況下，額定背壓提高到 36.5kPa.a，采用高背壓循環水供熱。

本次改造設計兩臺機組總供熱能力為815MW（額定供熱面積為1630 萬m2），采暖期汽輪機背壓范圍約為 15～36.5kPa.a。

額定供熱工況下，熱網循環水流量為13600t/h，機組凝汽器入口熱網循環水溫度為55℃，凝汽器出口熱網循環水溫度為70.7℃，熱網加熱器出口熱網循環水溫度為107℃，機組回收乏汽量約為379t/h。

改造后，機組按照室外溫度的不同，整個采暖期分為五個階段：初寒期、初嚴寒期、尖寒期、末嚴寒期和末寒期，同時電廠改造后的熱負荷及采暖期機組運行分配方式如下：

（1）初、末寒期（0≤t≤8℃），外網熱負荷需求 233MW≤Q≤419MW，僅 2 號機組高背壓乏汽+抽汽供熱即可適應外網所需熱負荷需求，1 號機組可采用純凝方式運行。

（2）初、末嚴寒期（-13≤t≤-1℃），外網熱負荷需求 442MW≤Q≤722MW，2 號機組高背壓乏汽+抽汽供熱，隨著室外溫度的降低逐步達到2 號機組最大供熱能力時，不足部分由1 號機組抽汽供熱，以此適應外網所需熱負荷需求。

（3）嚴寒期，-17≤t≤-14 ℃時，外網熱負荷需求745MW≤Q≤815MW，2 號機組以最大供熱能力462MW 運行，配合1 號機組抽汽供熱量控制在283MW 至353MW 即可滿足外網熱負荷需求。嚴寒期，2 號機組在高背壓額定供熱工況下運行，充分發揮 2號機組乏汽供熱能力，整個嚴寒期2 號機組以最大供熱能力向外供熱，不足部分由 1 號機組抽汽補充，隨室外溫度降低，1 號機組抽汽量不斷增加。供熱運行調節方式主要通過調節1 號機組抽汽量來改變對外供熱熱量。

3.2 增汽機梯級供熱改造方案

本方案熱網系統采用前置凝汽器、增汽機凝汽器和熱網凝汽器的三級加熱方式（以下簡稱增汽機方案）。冬季供熱工況下，額定背壓提高到 36.5kPa.a，采用高背壓循環水供熱。

本次改造設計兩臺機組總供熱能力為845MW（額定供熱面積為1690 萬m2），采暖期汽輪機背壓范圍約為 15～36.5kPa.a。

額定供熱工況流程如圖1 所示，熱網循環水流量為13600t/h，機組前置凝汽器入口熱網循環水溫度為50℃，機組前置凝汽器出口熱網循環水溫度為70.7℃，機組增汽機凝汽器出口熱網循環水溫度為85.2℃，熱網加熱器出口熱網循環水溫度為107℃，機組回收乏汽量約為589t/h。

電廠改造后的熱負荷及采暖期機組運行分配方式如下：

（1）初、末寒期（0≤t≤8℃），外網熱負荷需求 241MW≤Q≤435MW，僅 機組高背壓乏汽+增汽機+抽汽供熱即可適應外網所需熱負荷需求，1 號機組可采用純凝方式運行。

（2）初、末嚴寒期（-13≤t≤-1℃），外網熱負荷需求 459MW≤Q≤748MW，機組高背壓乏汽+增汽機+抽汽供熱，隨著室外溫度的降低逐步達到機組最大供熱能力時，不足部分由1 號機組抽汽供熱，以此適應外網所需熱負荷需求。

（3）嚴寒期，-17≤t≤-14 ℃時，外網熱負荷需求773MW≤Q≤845MW，機組以最大供熱能力507MW 運行，配合1 號機組抽汽供熱量控制在266MW 至338MW 即可滿足外網熱負荷需求。嚴寒期，機組在高背壓額定供熱工況下運行，充分發揮 機組乏汽供熱能力，整個嚴寒期 機組以最大供熱能力向外供熱，不足部分由 1 號機組抽汽補充，隨室外溫度降低，1 號機組抽汽量不斷增加。供熱運行調節方式主要通過調節 1 號機組抽汽量來改變對外供熱熱量。

4 方案比較優化

純高背壓方案設計背壓36.5kPa，只有在回水溫度低于 50℃，熱網循環水量 13600t/h 時，才能將 65%電負荷下的機組的乏汽量全部回收。根據盛樂熱電近期采暖歷史數據，熱網的實際運行情況是采暖期回水溫度高于 50℃的累計時間大約占比 58.5%，即在這個時間段內純高背壓方案無法全部利用乏汽。

在第一級高背壓凝汽器的基礎上，增加第二級的增汽機凝汽器，大大提高了乏汽用量和余熱利用能力。使用增汽機后乏汽利用量明顯上升，增汽機方案比純高背壓方案多利用近 40%的乏汽量，供熱改造的供熱經濟性更加明顯，即乏汽用的越多，經濟性越好。

此外，改造后的電廠熱負荷達到設計值時，增汽機方案具備更低的背壓適應能力，具備低背壓低煤耗優勢。增汽機方案比純高背壓方案的運行背壓平均低8kPa 左右，具有8g/kW.h 的背壓煤耗優勢。

綜上所述，對于盛樂熱電高背壓余熱回收改造的邊界條件，采用增汽機方案無疑具有明顯優勢。

5 結論

盛樂熱電通過對機組進行高背壓余熱回收技術改造，實現了供熱能力的增加，增加的供熱能力取代中、小型鍋爐房，節約大量的能源，使大氣環境顯著改善，提高供熱質量，改善了居民的生活質量，同時電廠的效益也得到提高。

增汽機方案比純高背壓方案，大大提高了機組的乏汽用量和余熱利用能力，并且具有更低的背壓適應能力，具有低背壓低煤耗優勢。

高背壓供熱改造的供熱經濟性的優劣，與是否遵循優先利用乏汽供熱原則有著直接關系，乏汽用的越多，經濟性越好。