基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱應(yīng)用

吳顏

1.常規(guī)電廠冷凝熱回收技術(shù)簡介

汽輪機(jī)凝汽余熱的特點是品位低。排汽壓力低，水冷機(jī)組背壓4～8kPa，空冷機(jī)組背壓10～15kPa；冷凝溫度低，水冷20～40℃，空冷45～54℃凝汽溫度通常比較低。達(dá)不到直接供熱的品位要求，必須設(shè)法適當(dāng)提高其溫度。目前可采用的方法有兩個：一是降低排汽缸真空，提高排汽溫度，即通常所說的汽輪機(jī)組低真空運行；二是在電廠設(shè)置熱泵吸取汽輪機(jī)凝汽余熱實現(xiàn)供熱。

2.技術(shù)原理

在熱力站處安裝吸收式換熱機(jī)組，用于替代常規(guī)的水-水換熱器，在不改變二次網(wǎng)供回水溫度的前提下，降低一次網(wǎng)回水溫度至25℃左右（顯著低于二次網(wǎng)回水溫度），熱網(wǎng)供回水溫度由原來的130/60℃變?yōu)?30/25℃，輸送溫差拉大了近一倍，由此大幅度的降低了熱網(wǎng)投資和運行費用；在電廠熱網(wǎng)加熱首站安裝吸收式熱泵機(jī)組，以汽輪機(jī)的采暖蒸汽驅(qū)動回收汽輪機(jī)排汽余熱，用于梯級加熱一次網(wǎng)熱水，由于熱網(wǎng)低溫回水實現(xiàn)了與汽輪機(jī)排汽的能級匹配，使得熱泵處于極佳的制熱溫度和更大的升溫幅度，從而使熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的能耗大幅度降低。

3.主要設(shè)備

3.1余熱回收機(jī)組

一期2X200MW和二期2X300MW主機(jī)各配置兩臺余熱回收機(jī)組，并列運行，不設(shè)備用。一期工程余熱回收機(jī)組每臺回收乏汽量178t/h，折合熱量116MW；二期工程余熱回收機(jī)組每臺回收乏汽量202t/h，折合熱量124MW。

3.2熱網(wǎng)加熱器

改造后，熱網(wǎng)加熱器作為二級加熱，將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱到120℃，系統(tǒng)總循環(huán)水量從18190t/h減為15421t/h。與改造前相比，熱網(wǎng)加熱器負(fù)荷減小。

3.3熱網(wǎng)循環(huán)水泵

要求原熱網(wǎng)循環(huán)水泵能夠滿足改造后熱網(wǎng)調(diào)節(jié)要求，同時滿足熱網(wǎng)最不利環(huán)路循環(huán)壓頭要求。利用水力計算軟件UEP進(jìn)行模擬計算分析，可判斷既有的熱網(wǎng)循環(huán)水泵可滿足改造后的供水能力。

3.4熱網(wǎng)補(bǔ)給水系統(tǒng)

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的正常補(bǔ)水，通過原熱網(wǎng)首站的化學(xué)軟化水補(bǔ)水管道實現(xiàn)。熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的事故補(bǔ)水，通過原熱網(wǎng)首站的工業(yè)水至熱網(wǎng)循環(huán)水的補(bǔ)水管道實現(xiàn)。由于改造后，熱網(wǎng)循環(huán)水量減小，所以，原熱網(wǎng)補(bǔ)給水系統(tǒng)可以滿足改造后使用要求。

3.5熱網(wǎng)疏水泵

改造后，熱網(wǎng)加熱器作為系統(tǒng)的二級加熱。在采暖負(fù)荷較高時熱網(wǎng)加熱器與熱網(wǎng)疏水泵投入運行。一期工程兩臺機(jī)組配3臺熱網(wǎng)疏水泵，流量370m3/h，揚程200m，兩用一備。二期工程每臺機(jī)組配3臺熱網(wǎng)疏水泵，流量328m3/h，揚程230m，兩用一備。

在余熱回收機(jī)組的設(shè)計工況，由于部分采暖蒸汽需要引入余熱回收機(jī)組機(jī)組，所以進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱器的采暖蒸汽量減少，所以原有的熱網(wǎng)疏水泵系統(tǒng)可以滿足運行要求，一期工程只需要開啟1臺熱網(wǎng)疏水泵即可滿足要求；二期工程只需要開啟2臺熱網(wǎng)疏水泵即可滿足運行要求。其疏水通過調(diào)節(jié)閥控制流量，送入主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)運行、調(diào)節(jié)方式

4.1余熱回收機(jī)組與主機(jī)對應(yīng)關(guān)系

余熱回收系統(tǒng)采用單元制，即每臺主機(jī)對應(yīng)一臺余熱回收機(jī)組，利用主機(jī)部分供熱抽汽帶動其運行、并吸收主機(jī)部分乏汽汽化潛熱。四臺余熱回收機(jī)組并列運行，其乏汽系統(tǒng)、驅(qū)動蒸汽系統(tǒng)相互獨立，其熱網(wǎng)循環(huán)水供回水系統(tǒng)管道分別匯集在一起。

4.2供熱系統(tǒng)的運行和切換

正常運行時，四臺余熱回收機(jī)組按照各自容量承擔(dān)負(fù)荷，循環(huán)水在四臺余熱回收機(jī)組+兩個熱網(wǎng)首站加熱后在電廠外混成一根母管，供至城市熱網(wǎng)。每臺主機(jī)承擔(dān)大致相等的供熱負(fù)荷（熱網(wǎng)加熱蒸汽、余熱機(jī)組驅(qū)動蒸汽、余熱機(jī)組乏汽）。

一期每臺機(jī)組的額定負(fù)荷為313MW、二期每臺機(jī)組的額定負(fù)荷為431MW，全廠總供熱負(fù)荷為1489MW。當(dāng)二期一臺機(jī)組停運時，負(fù)荷率為（1489-431）/1489=71%，滿足供熱保障要求。

4.3余熱利用機(jī)組的調(diào)節(jié)方式

鑒于本項目負(fù)荷匹配特點，在整個采暖季運行中，常規(guī)的熱網(wǎng)站量調(diào)、質(zhì)調(diào)模式有所變化。首先，不再進(jìn)行熱網(wǎng)循環(huán)水量的調(diào)節(jié)，即熱網(wǎng)循環(huán)水量一直保持設(shè)計流量，以保證穩(wěn)定和最大限度的利用乏汽余熱，與此對應(yīng)，乏汽流量不做調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的熱負(fù)荷，通過調(diào)整循環(huán)水供水溫度實現(xiàn)，具體為通過調(diào)整去熱網(wǎng)首站的蒸汽量，調(diào)節(jié)循環(huán)水的供水溫度，以在整個采暖期內(nèi)控制供熱負(fù)荷。調(diào)節(jié)去熱網(wǎng)首站的蒸汽量，通過主機(jī)中低壓連通管上的供熱蝶閥、以及熱網(wǎng)加熱器入口的蝶閥調(diào)節(jié)實現(xiàn)。

5.余熱回收機(jī)組啟動方式

當(dāng)機(jī)組開始運行前首先檢查余熱回收機(jī)組設(shè)備和各種測量儀表，當(dāng)設(shè)備一切正常即可投入運行。首先開啟一臺抽真空的閥門，并將余熱回收機(jī)組熱水進(jìn)出口打開，當(dāng)真空達(dá)到一定值后、開啟廠外來熱網(wǎng)回水管到余熱回收機(jī)組進(jìn)出口閥門，關(guān)閉廠外來熱網(wǎng)母管主閥門，使熱網(wǎng)回水進(jìn)行循環(huán)；開啟汽輪機(jī)主排汽管道上旁路管閥門，乏汽進(jìn)入余熱回收機(jī)組進(jìn)行回收利用；打開低壓采暖抽汽閥門，對余熱回收機(jī)組進(jìn)行驅(qū)動加熱，再開啟凝結(jié)水泵，將疏水打回排汽管道疏水管，余熱回收機(jī)組設(shè)備即可正常運行。當(dāng)機(jī)組正常運行后再按上述步驟啟動第2臺余熱回收機(jī)組。

6.空冷部分

云岡2×200MW、2×300MW機(jī)組供熱改造工程，每臺汽輪機(jī)排汽進(jìn)入空冷系統(tǒng)之前，在空冷島主排汽管道上開設(shè)DN3500/DN3500孔，通過管道將蒸汽引至被稱為余熱吸收熱泵系統(tǒng)的取熱器中進(jìn)行冷凝，通過凝汽器冷側(cè)的溴化鋰將熱量帶走，蒸汽冷凝后形成的水回至電廠凝結(jié)水回收系統(tǒng)，通過凝結(jié)水泵升壓至鍋爐給水系統(tǒng)。

冬季采暖季時，將DN3500/DN3500的電動蒸汽隔離閥和DN300/DN300凝結(jié)水管道電動蝶閥打開，蒸汽通過DN3500/DN3500管道進(jìn)入熱泵系統(tǒng)進(jìn)行冷凝供熱；夏季非采暖季時，關(guān)閉蒸汽隔離閥和凝結(jié)水管道閥門，使余熱回收機(jī)組系統(tǒng)隔絕，汽機(jī)所有蒸汽由空冷系統(tǒng)冷卻。

管道的設(shè)計應(yīng)力考慮原則是，通過設(shè)置膨脹節(jié)吸收由于溫度變化、風(fēng)荷載、地震荷載等所產(chǎn)生的力和力矩，使施加于空冷島側(cè)的空冷排汽管道荷載和位移不會影響到空冷排汽管道安全運行，同樣不能給熱泵側(cè)的換熱器接口處施加額外、不能承受的力和位移。

由于該供熱管道的熱量散失或閥門可能存在的泄露，管道內(nèi)會存有一定量的疏水，通過設(shè)置DN150的小管道將疏水排出。

余熱吸收熱泵系統(tǒng)布置在空冷平臺下、靠近汽機(jī)房A列的場地上，每臺機(jī)組設(shè)置一套該換熱系統(tǒng)排汽管道。本設(shè)計將在A列外四臺汽輪機(jī)組的主排汽管道的立管上，于約10.20m標(biāo)高處各安裝一條DN3500的管道并分別與余熱回收機(jī)組連接。

自機(jī)組主排汽管道（DN5500）接出的DN3500管道上安裝有萬向波型補(bǔ)償器和軸向波型補(bǔ)償器。萬向波型補(bǔ)償器則是為了補(bǔ)償和吸收新安裝的管道在運行中由于溫度變化所引起的位移，從而可避免由此對主排汽管道產(chǎn)生的水平推力。另外在余熱回收機(jī)組的進(jìn)氣管道上也安裝有軸向波型補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器則是為補(bǔ)償余熱回收機(jī)組進(jìn)汽管道由于溫度變化所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力。

基于工藝設(shè)計方面的需要，在DN3500管道上安裝有真空閥。在正常運行工況條件下DN3500管道上的真空閥均為打開狀態(tài)，使余熱回收機(jī)組與汽輪機(jī)組同時運行，采暖期結(jié)束后真空閥將予關(guān)閉。

在DN3500管道真空閥下布置了支架，同時為了避免DN3500管道對余熱回收機(jī)組的加重荷載，在余熱回收機(jī)組進(jìn)氣管的兩側(cè)分別布置了承重支架。

DN3500鋼管外壁除銹達(dá)標(biāo)（Sa2.5）后涂環(huán)氧煤瀝青漆二道，其防腐等級為普通級。同時管道采取聚乙烯泡沫瓦型塊保溫，外加鍍鋅鐵皮包裹。