350MW級供熱機(jī)組高背壓供熱改造技術(shù)思考

晉能控股電力集團(tuán)朔州熱點(diǎn)有限公司 趙曉東

某電廠建設(shè)2×350MW 級供熱機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)，鍋爐型號：HG-1189/25.4-L.MG1，采用單爐膛、單布風(fēng)板、M 型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界，一次中間再熱、單軸（采暖抽汽）、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，型號：CZK350/273-24.2/0.36/566/566。該機(jī)通流部分由高、中、低壓缸三部分組成，共34級。機(jī)組配有40%額定容量的兩級串聯(lián)氣動旁路，有快速聯(lián)開功能（正常后切手動）。采用直接空冷系統(tǒng)，分六列五單元，共三十臺風(fēng)機(jī)。每列#2、#4單元是逆流風(fēng)機(jī)，#1、#3、#5單元是順流風(fēng)機(jī)。熱網(wǎng)系統(tǒng)由三臺汽動循環(huán)水泵、一臺電泵、三臺預(yù)加熱器、四臺加熱器、一臺除氧器組成。

在實(shí)際作業(yè)過程中，乏汽深度利用供熱作為環(huán)境污染治理的主要技術(shù)之一，能在一定程度上實(shí)現(xiàn)對大氣污染的整治，要求相關(guān)人員加強(qiáng)對其的重視。作業(yè)過程中，傳統(tǒng)的用熱企業(yè)以及住宅供熱一般采用的設(shè)備是燃煤小鍋爐，這種裝置不僅需要消耗大量的資源，轉(zhuǎn)化效率低，而且在使用環(huán)節(jié)還會排放出大量的污染物，如懸浮顆粒物、SO2和氮氧化物等，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，一定程度上影響空氣質(zhì)量。

在此基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的供熱進(jìn)行改進(jìn)已經(jīng)成為必然，在實(shí)際的發(fā)展過程中，集中式的供熱已經(jīng)成為城市發(fā)展現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，集中式的供熱一方面能為相關(guān)居民穩(wěn)定而且持續(xù)地進(jìn)行供熱，保證其熱量供給，一方面集中式的供熱方式還能夠在節(jié)省資源的同時(shí)降低污染物的排放，減少對環(huán)境的污染[1]。而且乏汽深度利用供熱具有鍋爐容量大、除塵效果好以及煙囪高等方面的優(yōu)勢，在保證供熱的基礎(chǔ)上達(dá)到了國家規(guī)定了污染物排放的最低標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來，該方式在一定程度上削減了二氧化碳以及氮氧化物排放量，達(dá)到了節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的目的，社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

1 350MW 供熱機(jī)組高背壓供熱概述

在供熱機(jī)組供熱的過程中，其中的直接空冷凝汽機(jī)組作為機(jī)組的重要組成，會在作業(yè)環(huán)節(jié)經(jīng)由空冷島帶走大量的熱源，造成熱損失，影響機(jī)組作業(yè)效率的同時(shí)制約了供熱功能的發(fā)揮，已不能夠滿足現(xiàn)階段社會的發(fā)展需要。相關(guān)人員必須對傳統(tǒng)的機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)，盡可能地降低其熱能損失，實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，相關(guān)人員可以適當(dāng)提高排汽溫度，這樣一來就能夠利用汽輪機(jī)的排汽實(shí)現(xiàn)汽化潛熱，能夠在一定程度上降低汽輪機(jī)熱力循環(huán)造成的冷源損失。而且實(shí)際的作業(yè)環(huán)節(jié)，高背壓供熱則是采用熱網(wǎng)中的循環(huán)水作為高背壓凝汽器的循環(huán)冷卻水來使用，以實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)排汽的冷卻，這種方法有效地利用了汽輪機(jī)的排汽余熱，在降低冷源損失的同時(shí)提升了對熱電廠能源的利用效率，具有很強(qiáng)的科學(xué)性。

高背壓供熱的局限性在于，一方面需要將機(jī)組背壓提高至較高背壓，此時(shí)如果熱網(wǎng)循環(huán)水量未達(dá)到足夠大時(shí)，部分乏汽仍需上空冷島冷卻，機(jī)組運(yùn)行熱耗升高；另一方面供熱回收乏汽的熱量取決于熱網(wǎng)循環(huán)水量，如果熱網(wǎng)循環(huán)水量未達(dá)到足夠大時(shí)，高背壓供熱所回收的乏汽熱量有限。

2 供熱機(jī)組高背壓供熱改造的目的與必要性

實(shí)際的供熱機(jī)組作業(yè)過程中，高背壓供熱方式具有獨(dú)到之處，該技術(shù)充分地利用凝汽器，將其乏汽的壓力提高，并且將凝汽器改為供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)加熱器，然后將熱網(wǎng)循環(huán)水用于設(shè)備的冷卻。這樣一來，就充分實(shí)現(xiàn)了對凝汽式機(jī)組的利用，還使得冷源損失降低到零。該方式在不增加供熱機(jī)組發(fā)電容量的基礎(chǔ)上降低了供熱抽汽量，還在一定程度上增加了供熱面積。但是在社會的發(fā)展過程中，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為主流，所以在節(jié)能減排的號召之下，改進(jìn)現(xiàn)階段的供熱機(jī)組就成為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展要點(diǎn)，通過技術(shù)改造增加供熱能力，提高供熱運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，已成為必然趨勢。

在350MW 級供熱機(jī)組方面，一方面其作業(yè)受到低壓缸最小冷卻流量的限制，抽汽只能提供350MW 的供熱能，做工效率較低[1]。另一方面，抽凝式機(jī)組只有部分抽汽被用于供熱，存在較大的冷源損失，影響了供熱機(jī)組的作業(yè)效率。而高背壓供熱改造則在提供500MW 供熱量的基礎(chǔ)上最大限度實(shí)現(xiàn)了冷源的利用，作業(yè)效率較高，所以針對供熱機(jī)組的高背壓供熱改造已經(jīng)成為發(fā)展的重點(diǎn)。

3 350MW 級供熱機(jī)組高背壓供熱改造技術(shù)策略

3.1 高背壓+熱壓機(jī)供熱改造技術(shù)

高背壓+熱壓機(jī)供熱改造技術(shù)可在高背壓供熱的基礎(chǔ)上，通過熱壓機(jī)設(shè)備提升乏汽品質(zhì)，進(jìn)一步對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱，通過熱網(wǎng)循環(huán)水溫度，減少電廠尖峰加熱所消耗的供熱蒸汽量，大幅提升電廠供熱經(jīng)濟(jì)性。熱壓機(jī)作為引射式壓縮器，可以得到較多的中壓蒸汽，而且在對引射流體的增壓的同時(shí)，常兼具換熱、摻混及補(bǔ)汽等作用，因此其應(yīng)用較為廣泛。熱壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為簡單，簡化了設(shè)備的程序，而且摒棄了運(yùn)動部件。所以，其在供熱工程中就得到了廣泛的應(yīng)用，可以在不改變原有的設(shè)備基礎(chǔ)上對乏汽的背壓進(jìn)行提升，將其用在加熱熱網(wǎng)循環(huán)水中。

圖1 高背壓供熱改造原則性系統(tǒng)圖

圖2 熱壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

熱壓機(jī)一般在直接空冷機(jī)組高背壓運(yùn)行基礎(chǔ)上采用。高背壓+熱壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行靈活性可接近直接空冷機(jī)組超高背壓改造后的水平，已在國內(nèi)300MW 級直接空冷機(jī)組成功應(yīng)用。

3.2 高背壓+熱泵供熱改造技術(shù)

吸收式熱泵由熱能驅(qū)動，發(fā)生器、吸收器、溶液泵、溶液閥共同作用。由高溫?zé)崮芗訜岚l(fā)生器中的工質(zhì)對溶液，產(chǎn)生溫度和壓力均較高的循環(huán)工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入冷凝器并在冷凝器中放熱變?yōu)橐簯B(tài)，再經(jīng)節(jié)流膨脹部件降壓降溫后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸取低溫?zé)嵩礋崮懿⒆優(yōu)榈蜏氐蛪赫羝詈蟊晃掌魑铡Ｅc此同時(shí)，吸收器、發(fā)生器間的稀溶液和濃溶液間，也不斷通過溶液泵和溶液閥進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換，使系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行[2]。

近年來，吸收式熱泵機(jī)組（溴化鋰吸收式熱泵）更多應(yīng)用于空冷機(jī)組，在用戶側(cè)增加吸收式熱泵后，形成大溫差供熱，在熱泵系統(tǒng)中增設(shè)前置凝結(jié)器，可進(jìn)一步提高余熱回收率，空冷機(jī)組在不設(shè)前置凝結(jié)器時(shí)，吸收式熱泵機(jī)組一般能效比可達(dá)到1.75～1.85。

3.3 供熱節(jié)能改造方案選型策略

在針對供熱機(jī)組進(jìn)行改造的過程中，由于機(jī)組是一個(gè)相互聯(lián)系的整體，所以要想實(shí)現(xiàn)其高背壓供熱的改造，就需要進(jìn)行總體方案的制定。改造設(shè)計(jì)充分考慮機(jī)組各設(shè)備、系統(tǒng)和熱力參數(shù)的銜接、協(xié)調(diào)性及合理性，最大化提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，充分利用現(xiàn)有熱力設(shè)備潛力，合理控制改造投資。

高背壓+一級熱壓機(jī)供熱改造，設(shè)置一臺前置背壓凝汽器，進(jìn)行一級加熱。二級加熱采用熱壓機(jī)組，主要由熱壓機(jī)與熱壓機(jī)凝汽器組成，熱壓機(jī)利用部分中排抽汽將乏汽提高后進(jìn)入熱壓機(jī)凝汽器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水；三級加熱利用原熱網(wǎng)中壓缸排汽抽汽加熱器進(jìn)行尖峰加熱，最終達(dá)到外網(wǎng)所需溫度后供出給熱用戶。整個(gè)系統(tǒng)采用三級加熱，實(shí)現(xiàn)熱能的梯級利用。

圖3 吸收式熱泵系統(tǒng)原理圖

采用高背壓+熱壓機(jī)供熱技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)熱能的梯級利用。對于熱網(wǎng)循環(huán)水流量在5000～10000t/h 的范圍都有很好的適應(yīng)性。更重要的是，高背壓與熱壓機(jī)聯(lián)合乏汽回收技術(shù)變負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)，可以隨負(fù)荷率波動和熱網(wǎng)水條件變化時(shí)，靈活進(jìn)行調(diào)整，保證效率。另外，機(jī)組沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)或間接工質(zhì)，使用壽命長，維護(hù)成本少。

綜上所述，推薦采用高背壓+熱壓機(jī)供熱技術(shù)進(jìn)行乏汽深度利用可實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3.4 關(guān)于高背壓供熱改造靈活性運(yùn)行與空冷防凍思考

在進(jìn)行高背壓供熱改造的過程中，改造人員還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇供熱與純凝低壓轉(zhuǎn)子互換方式進(jìn)行改造作業(yè)。作業(yè)過程中，相關(guān)人員將低壓轉(zhuǎn)子更換為4級動靜葉片轉(zhuǎn)子，解決傳統(tǒng)的供熱環(huán)節(jié)存在的排汽溫度高和葉片顫振問題[3]。就分配了焓降以及動靜葉片運(yùn)行工況和效率，再加上防汽蝕的設(shè)計(jì)，保證了設(shè)備的質(zhì)量以及使用壽命，以上靈活性運(yùn)行方式，可較大提高機(jī)組供熱能力和效率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

高背壓供熱工程改造后，供熱期利用乏汽熱量供熱，空冷島上島流量相對減少，可計(jì)算出最小上島流量，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，空冷島防凍問題尤為嚴(yán)重，故需對空冷島進(jìn)行部分防凍改造，以提高極寒期高背壓供熱時(shí)空冷島的防凍可靠性。在供熱大負(fù)荷運(yùn)行期間，需部分關(guān)閉空冷散熱器進(jìn)汽電動隔絕閥，這樣就必須考慮實(shí)際運(yùn)行電動隔絕閥關(guān)閉后閥體不嚴(yán)密，少量蒸汽泄漏對空冷散熱面及管路系統(tǒng)的影響。同時(shí)，為保證機(jī)組安全可靠，增加運(yùn)行控制的靈活性，適應(yīng)一定的調(diào)峰工況、供熱量變化及日環(huán)境溫度變化，空冷系統(tǒng)熱負(fù)荷調(diào)整問題，因此必須全面考慮空冷系統(tǒng)的防凍安全問題，同時(shí)也要考慮因熱網(wǎng)水系統(tǒng)故障引發(fā)的空冷島乏汽安全切換問題。

為方便運(yùn)行人員準(zhǔn)確、直觀監(jiān)測空冷島的運(yùn)行情況，可新增空冷監(jiān)測系統(tǒng)，對空冷島運(yùn)行溫度場進(jìn)行監(jiān)測，目標(biāo)是監(jiān)測管束內(nèi)部蒸汽凝結(jié)狀態(tài)變化引起的溫度場的變化。因此，在整個(gè)逆流區(qū)的范圍和順流區(qū)的中下部是監(jiān)測重點(diǎn)，依據(jù)流場計(jì)算結(jié)果在順流區(qū)和逆流區(qū)的上、中、下部區(qū)域布置溫度測點(diǎn)，使其能夠覆蓋到所有危險(xiǎn)區(qū)域，達(dá)到監(jiān)測的最大效果。

4 結(jié)語

在現(xiàn)階段社會發(fā)展過程中，供熱機(jī)組已經(jīng)成為社會發(fā)展的重要設(shè)備，承擔(dān)供熱的重要任務(wù)。但是隨著城市化進(jìn)程的加快以及發(fā)展理念的更新，可持續(xù)發(fā)展以及節(jié)能減排逐漸成為工業(yè)發(fā)展的主要方向，對供熱機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)就成為發(fā)展的必然。節(jié)約和合理利用能源是國家在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和各項(xiàng)建設(shè)工程中的一項(xiàng)重要方針政策。節(jié)約能源，綠色發(fā)展，積極響應(yīng)國家政策義不容辭。根據(jù)國家當(dāng)前經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的形勢，先進(jìn)發(fā)電設(shè)備的使用以及，工程設(shè)計(jì)中先進(jìn)生產(chǎn)工藝的采用節(jié)能的根本措施，高背壓供熱改進(jìn)作為常見的改進(jìn)形式，就成為改進(jìn)的首選，通過總體改造技術(shù)路線選擇、運(yùn)行方式選擇以及空冷防凍安全運(yùn)行等方式實(shí)現(xiàn)綜合供熱改造，就需要在高背壓基礎(chǔ)上使用新能源達(dá)到節(jié)約資源的效果。