王忠成

(大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075100)

發(fā)電廠供熱蒸汽余壓利用探討

王忠成

(大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075100)

純凝300 MW汽輪機(jī)組進(jìn)行供熱改造均采用中低壓缸連通管打孔抽汽方式，抽汽壓力偏高，由于地方熱網(wǎng)用戶需要的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般不超過(guò)100℃，實(shí)際熱網(wǎng)加熱器需要的加熱蒸汽壓力偏低，抽汽壓力與熱網(wǎng)加熱器加熱蒸汽壓力有較大的壓差。文中探討在供熱蒸汽母管增設(shè)背壓機(jī)或熱泵裝置，吸收這部分供熱蒸汽壓差做功，以提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

供熱蒸汽;余壓利用;研究

純凝300 MW汽輪機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)中、低壓缸連通管處壓力一般為0.7 MPa，根據(jù)地方熱網(wǎng)用戶對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水溫度的需求，熱網(wǎng)加熱器正常工作時(shí)對(duì)應(yīng)要求的加熱蒸汽壓力為0.02 MPa左右，如通過(guò)減壓閥節(jié)流來(lái)滿足熱網(wǎng)加熱器對(duì)蒸汽壓力的要求，存在較大節(jié)流損失和噪音。應(yīng)探討和研究在不影響現(xiàn)有供熱和電廠安全、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，采取何種技術(shù)措施，如何充分利用供熱蒸汽壓力差，提高電廠的供熱運(yùn)行安全和效益。為了有利于對(duì)供熱蒸汽余壓利用的探討，本文中的余壓利用分析數(shù)據(jù)，全部采用某廠5、6號(hào)機(jī)組供熱改造后，利用相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)計(jì)算的數(shù)據(jù)以及和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)。

1 供熱蒸汽可供利用余壓分析

某廠5、6號(hào)機(jī)組打孔抽汽供熱改造后，汽輪機(jī)側(cè)供熱蒸汽參數(shù)為0.7 MPa、340.6℃，熱網(wǎng)加熱器進(jìn)口所需最高蒸汽壓力為0.1 MPa，當(dāng)時(shí)供熱改造設(shè)計(jì)熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為120℃。鑒于熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，地方的熱網(wǎng)用戶需要的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般按100℃計(jì)算，熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口壓力可為 0.02 MPa。

1.1 不同熱負(fù)荷和不同供水溫度下可供利用余壓分析

表1為在實(shí)際熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度下主機(jī)100%THA工況下不同熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)的供熱參數(shù)［1］，可見(jiàn)隨著熱負(fù)荷需求的增加，熱網(wǎng)供水溫度提高，供熱采暖抽汽流量增大，由于流量增加、廠區(qū)蒸汽管道壓損增加，導(dǎo)至供熱首站調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力降低，而熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口所需壓力升高。因此，供熱抽汽可用壓差隨熱負(fù)荷增加而減小，采暖抽汽流量隨熱負(fù)荷增加而增大。

表1 主機(jī)100%THA工況下不同熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)的供熱參數(shù)

1.2 不同電負(fù)荷下可供利用余壓分析

表2為熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為100℃不同電負(fù)荷下的供熱參數(shù)，在同樣的供熱抽汽量下，隨著電負(fù)荷的降低，可用余壓隨之降低。在66%THA工況下，可用余壓已經(jīng)較小，電負(fù)荷進(jìn)一步降低，余壓可以利用的范圍變小。

表2 熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為100℃不同電負(fù)荷下的供熱參數(shù)

1.3 不同熱負(fù)荷在設(shè)計(jì)供水溫度下可供利用余壓分析

表3為熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度為設(shè)計(jì)溫度120℃主機(jī)100%THA工況對(duì)應(yīng)的供熱參數(shù)，熱網(wǎng)循環(huán)水溫度越高，余壓利用的裕量越小。

通過(guò)表1～表3數(shù)據(jù)的可供余壓利用分析，供熱抽汽量越大，從主機(jī)至供熱首站的蒸汽管道流動(dòng)壓力損失越大，供熱抽汽量越小，壓力損失越小，而每年在實(shí)際供熱過(guò)程中，供熱初期和末期，所需的供熱抽汽量小，最高的熱負(fù)荷階段一般為1個(gè)月左右，因此蒸汽管道的壓損也不會(huì)過(guò)于影響余壓利用。供熱改造設(shè)計(jì)時(shí)的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度一般為120～130℃，而在實(shí)際冬季供熱運(yùn)行時(shí)，地方熱網(wǎng)一般要求水溫不超過(guò)100℃，利用增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量來(lái)彌補(bǔ)水溫的熱量，這樣就給實(shí)際可利用的富裕供熱蒸汽余壓越大。在冬季供熱機(jī)組運(yùn)行，為了滿足地方熱網(wǎng)的用熱量，一般都會(huì)向電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)最低電負(fù)荷，機(jī)組的電負(fù)荷比較高，抽汽壓力就會(huì)保持較高的參數(shù)，因此供熱蒸汽余壓利用的空間就會(huì)有所保障。

表3 循環(huán)水為設(shè)計(jì)溫度120℃主機(jī)100%THA工況的供熱參數(shù)

2 供熱蒸汽余壓利用方式

2.1 在供熱蒸汽管道間安裝背壓機(jī)

供熱蒸汽先作為背壓機(jī)的汽源，通過(guò)背壓機(jī)做功發(fā)電，再利用背壓機(jī)的低壓排汽來(lái)滿足采暖熱負(fù)荷的需要，可以合理梯級(jí)利用高品位的熱能。在每臺(tái)機(jī)組供熱蒸汽管道各增加1套背壓汽輪發(fā)電機(jī)組，背壓機(jī)無(wú)回?zé)嵯到y(tǒng)和凝汽系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備大為簡(jiǎn)化，主要包括背壓汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)、汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)。

背壓機(jī)與主機(jī)及熱網(wǎng)加熱器采用單元制系統(tǒng)，即每臺(tái)機(jī)組的采暖抽汽各對(duì)應(yīng)1臺(tái)或2臺(tái)背壓機(jī)，背壓機(jī)的排汽送至對(duì)應(yīng)的熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口。每臺(tái)背壓機(jī)的進(jìn)汽分別從供熱抽汽廠區(qū)管道上引接，再送至背壓機(jī)的進(jìn)汽主汽門(mén)，背壓機(jī)的排汽母管分別送至對(duì)應(yīng)的熱網(wǎng)加熱器。在供熱抽汽管至背壓機(jī)進(jìn)汽管道上設(shè)置電動(dòng)隔斷門(mén)，在背壓機(jī)排汽至原熱網(wǎng)加熱器入口蒸汽管道上設(shè)置電動(dòng)隔斷門(mén)。供熱抽汽管道增設(shè)的電動(dòng)隔斷門(mén)，要位于背壓機(jī)引出汽源點(diǎn)之后。若供熱抽汽流量超過(guò)背壓機(jī)最大進(jìn)汽量時(shí)，超出部分蒸汽可經(jīng)原供熱抽汽管道送至熱網(wǎng)加熱器入口調(diào)節(jié)閥前;在背壓機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，關(guān)閉供熱抽汽管上的隔斷門(mén)，抽汽直接進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱器，按原供熱方式運(yùn)行［2-3］。

新增背壓發(fā)電機(jī)接至每臺(tái)機(jī)組熱網(wǎng)6 kV廠用工作A、B段，供給供熱系統(tǒng)電機(jī)用電，新增背壓機(jī)發(fā)出電能除了供給供熱系統(tǒng)所需電負(fù)荷外，還可通過(guò)新增熱網(wǎng)變壓器向機(jī)組主變壓器送至系統(tǒng)。

2.2 在供熱蒸汽管道間安裝熱泵

燃煤電廠循環(huán)水冷源損失是制約電廠綜合熱效率提升的重要因素。熱泵能夠?qū)崃繌臏囟容^低的介質(zhì)“泵”送到溫度較高的介質(zhì)。隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，熱泵主要分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵2種。其中，吸收式熱泵已廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，利用電廠的低壓蒸汽，回收循環(huán)冷卻水余熱，用于提升熱網(wǎng)循環(huán)水的溫度。以供熱機(jī)組的一部分采暖抽汽作為熱泵驅(qū)動(dòng)汽源，機(jī)組的循環(huán)冷卻水作為熱泵低溫余熱源，供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)熱泵升溫后再送至熱網(wǎng)加熱器進(jìn)一步提高溫度后供出。

熱泵機(jī)組系統(tǒng)包括:驅(qū)動(dòng)源——蒸汽系統(tǒng);熱源——循環(huán)冷卻水系統(tǒng);熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)。

按某電廠5、6號(hào)機(jī)組供熱系統(tǒng)說(shuō)明，蒸汽系統(tǒng)采用DN700的熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽取自6號(hào)機(jī)組采暖抽汽，并與5號(hào)機(jī)組采暖抽汽管道設(shè)置聯(lián)絡(luò)切換閥門(mén)。熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽需135.3 t/h，5、6號(hào)機(jī)組單機(jī)額定采暖抽汽量為330 t/h。熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，剩余的蒸汽經(jīng)原廠區(qū)蒸汽管道送至原5、6號(hào)機(jī)組供熱首站。

改造熱泵后循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，要從循環(huán)水的回水管道引出一路去往熱泵放熱降溫，降溫后的循環(huán)水直接回水塔集水池;另一路循環(huán)水的回水繼續(xù)通過(guò)中央豎井上水塔散熱。

改造熱泵后熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)為:熱網(wǎng)回水—熱泵機(jī)組—熱網(wǎng)加熱器—熱網(wǎng)供水［4］。增加熱泵機(jī)組后，由于回收了循環(huán)水余熱，熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度可提升，若供水溫度不變，熱網(wǎng)循環(huán)水流量會(huì)增加。

3 2種供熱蒸汽余壓利用方式比較

3.1 背壓機(jī)方案

3.1.1 背壓機(jī)方案優(yōu)點(diǎn)

a. 能夠充分利用中、低壓缸連通管打孔抽汽與供熱所需蒸汽之間的壓力差發(fā)電，避免了節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。

b. 背壓機(jī)的發(fā)電量全部用于廠用電，可以有效降低廠用電率，降低了全年理論供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，增加上網(wǎng)供電量，提高了電廠運(yùn)行的效益。

3.1.2 背壓機(jī)方案缺點(diǎn)

a. 供熱量稍有降低，與技改前相比，全年理論發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加。

b. 小容量背壓機(jī)組內(nèi)效率只有70% ～90%，相對(duì)300 MW機(jī)組中壓缸92%的內(nèi)效率相比，發(fā)電效率偏低。

c. 系統(tǒng)和管道相對(duì)復(fù)雜，背壓機(jī)排汽管道需引接至原供熱首站內(nèi)熱網(wǎng)加熱器入口，技改工程施工難度較大。

3.2 熱泵方案

3.2.1 熱泵方案優(yōu)點(diǎn)

a. 能夠回收利用循環(huán)冷卻水余熱，在供熱量不變的同時(shí)，減少采暖抽汽量，在主機(jī)進(jìn)汽量不變的情況下，提高主機(jī)發(fā)電量;在相同蒸汽耗量的情況下，提高機(jī)組對(duì)外供熱能力。

b. 由于采用熱泵，在供熱蒸汽量不變的情況下，增加了采暖供熱量，同時(shí)減少了汽輪機(jī)的冷源損失，提高了電廠的熱效率，降低了全年理論發(fā)電和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗［5］。

c. 適用電負(fù)荷范圍廣，電廠低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可滿足供熱參數(shù)要求。

3.2.2 熱泵方案缺點(diǎn)

a. 系統(tǒng)和管道相對(duì)復(fù)雜，改造工程施工難度較大。

b. 相對(duì)背壓機(jī)方案，改造費(fèi)用較低。

3.3 2種方式比較

由于2種方案各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，要根據(jù)電廠迫切需要得到哪方面收益來(lái)確定余壓利用方式。背壓機(jī)方式具有明顯降低廠用電，提高對(duì)外供電能力。熱泵方式具有增加電廠對(duì)外供熱能力。詳細(xì)比較見(jiàn)表4。

表4 2種方式在均能滿足設(shè)計(jì)要求下的綜合比較［6］

4 結(jié)束語(yǔ)

余壓利用技改工程的建設(shè)充分體現(xiàn)了電廠服務(wù)社會(huì)、保護(hù)環(huán)境和節(jié)能減排的建廠宗旨，具有較好的社會(huì)效益。燃煤電廠實(shí)現(xiàn)供熱改造及余壓利用技改后，可節(jié)省大量燃煤，大大減少對(duì)環(huán)境的污染，符合國(guó)家能源政策和城市總體規(guī)劃，將為地方政府完成節(jié)能減排任務(wù)、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)做出巨大貢獻(xiàn)。

［1］ DL/T 904—2004，火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法 ［S］.

［2］ CJJ34—2010，城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］.

［3］ DL/T 5054—1996，火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］ 馬玉杰，王靜靜，王麗萍.熱泵技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［J］.東北電力技術(shù)，2013，34(8):26-30.

［5］ 邵連友，金 豐，天 罡.火力發(fā)電廠循環(huán)水余熱利用改造模式研究與探討［J］.東北電力技術(shù)，2014，35(5):11-13.

［6］ DL/T 5153—2002，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定 ［S］.

Discussion on Residual Pressure Utilization of Heating Steam in Power Plant

WANG Zhong-cheng
(Datang International Zhangjiakou Power Plant，Zhangjiakou，Hebei 075100，China)

The pressure of steam extracted from the communicating pipe between intermediate pressure and low pressure cylinders is much higher than required heating pressure during the process of 300 MW pure condensing steam turbine heating retrofitting.Normally，the heating network circulating water temperature is under 100 degrees，steam pressure of the actual heating network heater is low，extraction steam pressure and heating steam pressure have a large pressure differential.This paper analyses that back pressure turbine or pump device is provided for heating steam pipe，doing work by absorbing the heating steam，and the economic benefit of power plant is expected to increase.

Heating steam;Residual pressure utilization;Research

TU995

A

1004-7913(2015)08-0060-03

王忠成 (1970—)，男，高級(jí)工程師，從事水泵檢修質(zhì)量管理和水泵點(diǎn)檢、維護(hù)保養(yǎng)全過(guò)程管理工作。

2015-05-22)