某電廠機組供熱改造方案設計及分析

中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司 姜 凱 柴艷琴

中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司 袁 迪

某熱電廠目前裝機容量為4×360MW（濕冷）＋2×1100MW（直接空冷），其中4×360MW亞臨界濕冷燃煤發電機組已完成供熱改造，供熱面積約900萬平方米，供熱方式為抽汽供熱。電廠二期工程2×1100MW超超臨界空冷機組為發電機組，尚未承擔供熱任務。隨著城市發展，需要供熱區域逐步增大，至2021年將新增供熱面積1500萬m2，總量可達2500萬m2。為此，該公司擬進行供熱改造，以滿足上述區域供熱需求。

1 改造方案

1.1 供熱方案

從供熱成本和經濟性方面考慮，同時結合以往相似工程經驗，本工程有以下三種供熱方案選擇：前置凝汽器+熱泵+熱網加熱器供熱方案；高背壓+熱壓機+熱網加熱器供熱方案；背壓發電機+前置凝汽器+熱網加熱器供熱方案。

1.1.1 前置凝汽器+熱泵+熱網加熱器供熱方案

1.1.1.1 方案簡介

熱泵以蒸汽為驅動熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態下低沸點沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉換制取工藝性或采暖用高品位的熱水。溴化鋰吸收式熱泵由取熱器、濃縮器、加熱器和再熱器四個部分組成[1]。

取熱器內一直保持真空狀態，利用水在一定的低壓環境下便會低溫沸騰、氣化的原理，將水變為水蒸氣，然后將水蒸氣引入到加熱器，再以溴化鋰溶液噴淋，利用溴化鋰溶液強大吸水性的特性，其吸收水蒸氣會產生大量的熱，將加熱器中循環管路的水加熱，使其溫度升高；濃縮器的作用就是對溴化鋰濃溶液吸收水蒸氣后溶液變稀后再進行濃縮，重新得到具有強大吸水性的溴化鋰濃溶液；再熱器是利用濃縮器內蒸汽加熱濃縮溴化鋰稀溶液變成溴化鋰濃溶液而蒸發出來的二次乏汽，對上述循環管路中經過加熱器加熱后的熱水進行再加熱，從而達到更高的溫度。

1.1.1.2 供熱系統流程

采用本方案供熱時，引出中排抽汽供熱，主機以常規背壓14kPa 運行，分別將乏汽和一部分供熱抽汽接入熱泵，相應凝水分別回至主機凝結水系統，其余部分供熱抽汽引至熱網加熱器作尖峰補熱。熱網回水先進入前置凝汽器，經常規背壓乏汽加熱至51℃后進入熱泵組內，加熱至87℃左右進入熱網加熱器，由供熱蒸汽加熱至需求溫度后送至廠外供熱。1.1.2 高背壓+熱壓機+熱網加熱器供熱方案

1.1.2.1 方案簡介

汽輪機高背壓運行供熱技術可以實現很高的能效，國內外都有很多成功的研究成果和運行經驗[2-3]。凝汽式汽輪機改造為高背壓運行供熱后，高背壓凝汽器成為熱水供熱系統的基本加熱器，原來的循環冷卻水變成了供暖熱媒，在熱網系統中進行閉式循環，有效地利用了汽輪機凝汽所釋放的汽化潛熱。

為進一步增加乏汽利用量，在高背壓凝汽器后增設熱壓機及其附屬凝汽器。熱壓機以直接抬升乏汽的壓力從而提高其飽和溫度，達到給熱網水加熱的目的。其特點是設備可靠，過程簡單，工作效率高，后續的維護工作量小。熱壓機本質上是一種引射式壓縮器，它可以利用一部分高壓蒸汽引射低壓蒸汽，混合而得較多的中壓蒸汽。引射式壓縮器的優點是結構簡單，沒有運動部件。熱壓機的結構組成：主要由噴嘴，負壓腔，文丘里管三部分組成。結構非常簡單，沒有轉動設備。圖1為引射式壓縮器的流程簡圖。

圖1 熱壓機簡圖

1.1.2.2 供熱系統流程

采用本方案供熱時，為提高熱壓機出口蒸汽參數、提高乏汽利用量，主機需提高背壓運行，結合以往工程經驗，主機暫按35kPa 背壓運行。乏汽在熱壓機內經一部分供熱蒸汽引設后增壓至70kPa，進入凝汽器內供熱，相應凝水回至主機凝結水系統，其余部分供熱抽汽引至熱網加熱器作尖峰補熱。熱網回水先進入前置凝汽器，加熱至71.5℃（35kPa）；而后進入熱壓機凝汽器內，將熱網水加熱至87℃（70kPa）進入熱網加熱器，經供熱蒸汽加熱后送至廠外供熱。

1.1.3 背壓發電機+前置凝汽器+熱網加熱器供熱方案

方案簡介：本方案中，加熱蒸汽由汽輪機接出后，先進入背壓汽輪機，推動背壓機發電后，排汽進入熱網加熱器用于供熱，背壓機發電可用于廠用電或他用。本方案利用背壓機發電后的排汽供熱，能夠實現能量的梯級利用，提高能量有效利用率[4]。

供熱系統流程：采用本方案供熱時，主機抽汽先進入背壓機，推動汽輪機發電后，排汽進入熱網加熱器。熱網回水在熱網凝汽器內經常規背壓乏汽加熱至51℃后進入熱網加熱器，經背壓機排汽加熱后送至廠外供熱。

1.2 方案選擇

上述方案中，方案一能夠利用穩定利用乏汽供熱、降低供熱成本，但熱泵系統復雜，檢修維護工作量大且成本高，此外需新建熱泵間，占地面積較大；方案二能夠穩定利用乏汽供熱且乏汽利用量較大，減少了抽汽對機組發電的影響，系統簡單、無需新建房間，但運行時存在噪音，且運行時需調節好機組背壓，以免熱壓機偏離設計工況、降低引射比，減少乏汽利用量。

方案三能夠實現能量梯級利用，提高抽汽能量利用率，減少抽汽對發電量的影響，但供熱用抽汽量較大、乏汽用量較少、供熱成本較高。此外，本工程擬采用360MW 機組抽汽作為供熱汽源，參數較低，經過背壓機發電后不能滿足供熱需求，且背壓機涉及系統較多，檢修維護工作量較大且成本高，需新建背壓機房，占地面積較大。

綜上所述，基于運行成本、設備后期維護便利性、余熱利用、供熱經濟性考慮，推薦采用方案二（高背壓+熱壓機+熱網加熱器供熱方案）作為本工程供熱改造方案。

2 改造效果分析

煤耗成本分析。按照方案二改造后，當供熱面積為2500萬m2時，總供熱量為1303萬GJ，其中蒸汽供熱量107萬GJ，乏汽供熱量1196萬GJ，乏汽余熱供熱率為91.7%。整個采暖季需供熱抽汽41.5萬噸，可回收乏汽504.9萬噸。抽汽減少機組發電量約6027萬kWh，提高機組背壓運行減少發電量約43994萬kWh，相當于抽汽增加標煤耗量約1.87萬噸，提高背壓運行增加標煤耗量約13.7萬噸。此時蒸汽供熱成本約為17.4kg 標煤/GJ，乏汽供熱煤耗成本約為11.4kg 標煤/GJ。

改造影響分析。當供熱面積為2500萬m2時，抽汽用量增多，對機組全年發電量的影響較大，供熱將減少機組全年發電量5億kWh，如需彌補，則需增加標煤耗量約15.6萬噸。考慮采暖季供熱時機組發電量的減少，可通過增加機組滿發運行小時數彌補，全廠機組需增加137滿發運行小時。熱電廠實施供熱改造后，可替代城市中現有分散鍋爐房、區域鍋爐房供熱，考慮鍋爐房供熱效率低、供熱能耗高，改造后可對社會產生較大的節煤效益，當量社會節煤量達到60.0萬噸，為社會帶來較好的經濟效益和環保效益。

3 結論

基于乏汽利用、運行成本、設備占地、共熱經濟性等方面考慮，推薦采用高背壓+熱壓機+熱網加熱器供熱方案作為本工程供熱改造方案。改造完成后總供熱量可達1303萬GJ，蒸汽供熱成本約為17.4kg 標煤/GJ，乏汽供熱煤耗成本約為11.4kg 標煤/GJ。改造完成后，當量社會節煤量達到60.0萬噸，為社會帶來較好的經濟效益和環保效益。