背壓機(jī)與高背壓聯(lián)合供熱技術(shù)研究

1.背壓機(jī)與高背壓聯(lián)合供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1背壓機(jī)與高背壓聯(lián)合供熱系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

為解決亞臨界及以上純凝機(jī)組供熱改造后低壓缸分缸壓力高、抽汽供熱損失大的問題，本研究采用背壓機(jī)和高背壓凝汽器的聯(lián)合供熱方案，該系統(tǒng)由汽輪機(jī)中壓缸、背壓機(jī)、高背壓凝汽器、熱網(wǎng)加熱設(shè)備及起輔助作用的控制裝置構(gòu)成[]。將中壓缸排汽直接引入背壓機(jī)，利用蒸汽壓差發(fā)電，背壓機(jī)汽壓力低達(dá) 0.1MPa ，排汽進(jìn)入高背壓凝汽器，與熱網(wǎng)回水進(jìn)行換熱，使熱網(wǎng)水加熱至 75～95^°C 后進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)一步升溫，實(shí)現(xiàn)蒸汽能量的梯級化利用。

1.2中壓缸排汽能量利用分析

在傳統(tǒng)純凝工況環(huán)境下，中壓缸排汽時(shí)壓差的利用效率不高，熱能存在大量浪費(fèi)的現(xiàn)象。以600MW超臨界機(jī)組為例，中壓缸排出蒸汽的壓力值為 0.275～0.8MPa ，呈現(xiàn)較高的可用能量，排汽直接進(jìn)入背壓機(jī)，膨脹到 0.1MPa 發(fā)電，可加大能量回收功效[2]。

1.3背壓機(jī)選型研究

以600MW超臨界機(jī)組為例，結(jié)合主機(jī)抽汽參數(shù)和供熱情況，對背壓機(jī)進(jìn)行選型，背壓機(jī)的選型以滿足機(jī)組 20% 、 30% 、 75% 和 100% 不同負(fù)荷運(yùn)行工況為基礎(chǔ)，研究不同進(jìn)汽參數(shù)對背壓機(jī)運(yùn)行情況的影響，見圖 1

1.4高背壓凝汽器熱網(wǎng)加熱特性

高背壓凝汽器接納背壓機(jī)排出的蒸汽，壓力始終維持在 0.1MPa ，可以將 2300t/h 的熱網(wǎng)回水從 60^°C 加熱到 75～95^°C ，再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器加熱至滿足要求的溫度。該裝置展現(xiàn)出高效的換熱特性，具備上佳的調(diào)節(jié)能力，可在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持出口水溫的穩(wěn)定，維持系統(tǒng)運(yùn)行的可靠程度。

2.高背壓凝汽器及水環(huán)抽真空系統(tǒng)配置

2.1高背壓凝汽器的功能構(gòu)成與傳熱特性

作為該系統(tǒng)熱能回收的核心裝置，高背壓凝汽器主要承擔(dān)背壓機(jī)排汽，完成熱能往熱網(wǎng)水的轉(zhuǎn)移，把熱網(wǎng)水加熱到 75～95^°C 后，再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)一步換熱。該裝置采用列管式結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)高傳熱系數(shù)的狀態(tài)，運(yùn)行期間熱損耗不大。根據(jù)熱網(wǎng)流量，選定的換熱面積為 1000m² ，管束布置的密集度比較適中，保障換熱效率，兼顧清洗維護(hù)便利[3]。

2.2水環(huán)抽真空系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

為保障高背壓凝汽器于 0.1MPa 排汽壓力下平穩(wěn)運(yùn)行，配套添設(shè)水環(huán)抽真空系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中抽真空泵額定抽氣速率為 165m³/h_c 。抽真空系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟停和負(fù)載調(diào)節(jié)控制模式，能依據(jù)凝汽器壓力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化實(shí)施反饋調(diào)節(jié)，保證背壓機(jī)排汽不出現(xiàn)倒灌。

3.電氣與控制系統(tǒng)優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1背壓機(jī)發(fā)電接入方案研究

以機(jī)組中壓缸排汽壓力特點(diǎn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)背壓機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，合理配置發(fā)電機(jī)容量及電氣接入模式，背壓機(jī)排汽額定壓力調(diào)控至0.1MPa，發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)契合機(jī)組不同工況抽汽參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率與穩(wěn)定性目標(biāo)。發(fā)電機(jī)利用變壓器接入用電系統(tǒng)，電氣接入方案兼顧安全與經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)符合電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)，保障系統(tǒng)在多工況狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2控制系統(tǒng)配置與運(yùn)行協(xié)調(diào)

控制系統(tǒng)將PLC和DCS作為核心，把背壓機(jī)、抽真空系統(tǒng)與熱網(wǎng)供熱設(shè)備集成起來，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)聯(lián)合調(diào)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測背壓機(jī)進(jìn)汽壓力、排汽壓力及溫度等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)校背壓機(jī)負(fù)荷及抽真空系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3經(jīng)濟(jì)效益評估

此系統(tǒng)運(yùn)用背壓機(jī)與高背壓凝汽器達(dá)成能量梯級利用，較傳統(tǒng)抽汽供熱而言，具有良好優(yōu)勢。以600MW純凝機(jī)組改造為例，對兩種方案的關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與運(yùn)行性能展開對比，見表1。

通過表1可知，傳統(tǒng)純凝供熱系統(tǒng)未設(shè)置背壓機(jī)發(fā)電環(huán)節(jié)，難以充分利用中排抽汽余熱，存在著一定的冷源損失。聯(lián)合供熱系統(tǒng)借助高品質(zhì)蒸汽帶動(dòng)背壓機(jī)發(fā)電，通過高背壓凝汽器使熱網(wǎng)水完成 75～95^°C 的梯級加熱，實(shí)現(xiàn)供熱效率提升超 10% ，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力得到提升，實(shí)現(xiàn)燃料利用率的提高，整體經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)方案，投資的回收周期縮短，運(yùn)行成本下降，既節(jié)能減排又具有良好的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

4.結(jié)束語

通過采用背壓機(jī)與高背壓聯(lián)合供熱技術(shù)顯著提升供熱效率和經(jīng)濟(jì)效益。隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)保要求的不斷提高，背壓機(jī)聯(lián)合供熱技術(shù)的應(yīng)用推廣范圍會(huì)不斷拓展，助力火電機(jī)組做到余熱高效利用，降低碳排放。同時(shí)，智能化控制和運(yùn)行優(yōu)化將成為技術(shù)發(fā)展的主攻點(diǎn)，這將提高系統(tǒng)響應(yīng)速度及穩(wěn)定性水平，維護(hù)供熱與發(fā)電的協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，推動(dòng)能源行業(yè)邁向綠色低碳發(fā)展。能

參考文獻(xiàn)：

[1]袁紅蕾、劉新龍、劉昕等。超臨界再熱型背壓機(jī)運(yùn)行控制及仿真[J].南方能源建設(shè)，2023，10（06）：78-88.

[2]楊國強(qiáng)、劉巖、李軍錄等。供熱系統(tǒng)中雙背壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析[J].機(jī)電信息，2022，（11）：10-12.

[3]程?hào)|濤、王生鵬、謝天等。抽汽供熱機(jī)組增設(shè)背壓機(jī)節(jié)能效果評價(jià)[J].熱能動(dòng)力工程，2021，36（07）：7-11.

作者單位：國能滬電（上海）工程技術(shù)有限公司