超（超）臨界供熱機(jī)組熱網(wǎng)加熱器疏水回收方案分析

靖長(zhǎng)財(cái)，張 健

（神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司，北京 100069）

0 概 述

隨著我國(guó)北方城市的發(fā)展，冬季的供熱需求也在逐漸增加。當(dāng)供熱機(jī)組的抽汽流量增加時(shí)，相應(yīng)的疏水量也將逐漸加大。對(duì)于亞臨界供熱機(jī)組，熱網(wǎng)加熱器的疏水可直接進(jìn)入除氧器，以回收相應(yīng)的熱量。對(duì)于超（超）臨界供熱機(jī)組，因熱網(wǎng)加熱器季節(jié)性投入，非隨機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，投入初期疏水水質(zhì)較差，其熱網(wǎng)加熱器疏水水質(zhì)的好壞將對(duì)鍋爐給水水質(zhì)產(chǎn)生很大影響。因此，在確保合格的給水水質(zhì)的同時(shí)，考慮加熱器疏水熱量的合理回收利用。為此，對(duì)供熱機(jī)組熱網(wǎng)加熱器疏水回收三種方案進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的分析，供新建或改造機(jī)組預(yù)定方案時(shí)參考。

1 供熱機(jī)組熱網(wǎng)加熱器的疏水方案

某超（超）臨界機(jī)組鍋爐為直流鍋爐，無(wú)給水汽包。如給水水質(zhì)受到污染，則無(wú)法排除給水中的雜質(zhì)，雜質(zhì)將直接進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。當(dāng)給水中相關(guān)的含鹽、電導(dǎo)率、pH值等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，將發(fā)生鍋爐蒸發(fā)段的腐蝕結(jié)垢及汽機(jī)內(nèi)積鹽等現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成危害。對(duì)于供熱機(jī)組，在冬季供熱工況下，熱網(wǎng)疏水量較大，額定抽汽量占汽機(jī)進(jìn)汽量的35%，最大抽汽量時(shí)約為50%，此部分工質(zhì)未經(jīng)過(guò)凝結(jié)水精處理設(shè)備處理，相當(dāng)于每次完成一次機(jī)爐間的工質(zhì)循環(huán)后，均有35%～50%的工質(zhì)未經(jīng)處理，待機(jī)組運(yùn)行至某時(shí)段后，工質(zhì)中攜帶的雜質(zhì)會(huì)逐漸加大，達(dá)不到給水水質(zhì)的要求。同時(shí)，還需考慮直流爐給水的系統(tǒng)特點(diǎn)，例如，熱網(wǎng)加熱器疏水會(huì)受到熱網(wǎng)水系統(tǒng)中的滲漏污染，當(dāng)采用疏水回至除氧器系統(tǒng)時(shí)，如不能及時(shí)監(jiān)測(cè)并采取措施，將使污染雜質(zhì)直接進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，對(duì)鍋爐蒸發(fā)段設(shè)備和汽輪機(jī)造成危害。故對(duì)超（超）臨界供熱機(jī)組，其熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)的合理設(shè)置，將對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組的運(yùn)行安全產(chǎn)生重大影響。

以350MW供熱機(jī)組的運(yùn)行方式為例進(jìn)行分析，按照熱網(wǎng)循環(huán)水量10 000t／h，每臺(tái)機(jī)組設(shè)2臺(tái)熱網(wǎng)加熱器，每臺(tái)機(jī)熱網(wǎng)加熱器疏水量約460t／h，疏水溫度為140℃，壓力為0.36MPa。熱網(wǎng)加熱器的疏水泵設(shè)置為3臺(tái)，2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。熱網(wǎng)加熱器疏水泵流量為250t／h，熱網(wǎng)加熱器疏水泵出口壓力為1.7MPa。

1.1 熱網(wǎng)加熱器疏水直接回收到除氧器

方案1是將熱網(wǎng)加熱器疏水正常運(yùn)行進(jìn)入除氧器（包含疏水回收進(jìn)入到與凝結(jié)水溫度接近的凝結(jié)水管道，例如，至3號(hào)低壓加熱器的出口），水質(zhì)不合格或熱網(wǎng)疏水泵故障時(shí)，疏水進(jìn)入熱網(wǎng)回水系統(tǒng)或凝汽器，熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)的路徑，如圖1所示。

圖1 熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)回收

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)加熱器疏水→熱網(wǎng)加熱器疏水泵→疏水除鐵過(guò)濾器→除氧器（含溫度相應(yīng)的凝結(jié)水管道上），熱網(wǎng)加熱器疏水管道出口，除常規(guī)監(jiān)視熱網(wǎng)疏水硬度和Fe離子，在線設(shè)置氫電導(dǎo)率表（根據(jù)DL／T12145－2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》）要求，監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)加熱器是否發(fā)生泄漏。當(dāng)加熱器疏水出口處的氫電導(dǎo)率＞0.15 μs／cm時(shí)報(bào)警，聯(lián)鎖裝置將快速關(guān)閉至疏水母管的閥門(mén)，聯(lián)鎖打開(kāi)排至凝汽器的疏水切換門(mén)，將疏水排至凝汽器，通過(guò)凝結(jié)水泵，疏水被排入凝結(jié)水精處理裝置進(jìn)行處理。同時(shí)，監(jiān)測(cè)除氧器入口（在線監(jiān)測(cè)氫電導(dǎo)率、比電導(dǎo)率、pH、O2）和省煤器入口（在線監(jiān)測(cè)氫電導(dǎo)率、比電導(dǎo)率、pH、O2、SiO2）的給水水質(zhì)。當(dāng)水汽質(zhì)量劣化時(shí)，按《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》（GB／T 12145－2008）中三級(jí)處理原則進(jìn)行水處理。如加熱器熱網(wǎng)水側(cè)發(fā)生嚴(yán)重泄漏，或發(fā)生爆管時(shí)，其污染的疏水由聯(lián)鎖裝置排至熱網(wǎng)回水系統(tǒng)，其操作通過(guò)切換閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

疏水除鐵過(guò)濾器用于除鐵，去除熱力系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物。每臺(tái)機(jī)可設(shè)2×100%的疏水除鐵過(guò)濾器，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。每臺(tái)疏水除鐵過(guò)濾器的出力約500t／h，設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa。2臺(tái)機(jī)熱網(wǎng)疏水除鐵過(guò)濾器及取樣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資約350萬(wàn)元。

1.2 熱網(wǎng)加熱器疏水經(jīng)過(guò)冷卻后回收到凝汽器

方案2是將熱網(wǎng)加熱器疏水經(jīng)過(guò)熱網(wǎng)加熱器回水冷卻（含熱網(wǎng)加熱器設(shè)置疏水冷卻段）或由凝結(jié)水冷卻后，再進(jìn)入凝結(jié)水精處理裝置入口，水質(zhì)不合格或熱網(wǎng)疏水泵故障時(shí)，進(jìn)入熱網(wǎng)回水系統(tǒng)或凝汽器?；厥障到y(tǒng)的布置，如圖2所示。

圖2 熱網(wǎng)加熱器疏水回收

在熱網(wǎng)加熱器疏水至凝汽器的疏水管路上，設(shè)置2級(jí)板式換熱器（設(shè)計(jì)水／水換熱器，壓力為4.0 MPa，溫度為150℃，流量為（500／680）t／h），用以回收熱網(wǎng)加熱器疏水中的熱量，第一級(jí)為熱網(wǎng)循環(huán)水加熱器，第二級(jí)為凝結(jié)水加熱器。熱網(wǎng)加熱器疏水溫度約140℃，第一級(jí)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)泵出口的熱網(wǎng)水，水溫約70℃?？紤]到設(shè)備端差，疏水在第一級(jí)加熱器時(shí)溫度降至90℃，加熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水回至熱網(wǎng)加熱器進(jìn)口處；第二級(jí)加熱器加熱軸封冷卻器出口的凝結(jié)水，考慮設(shè)備端差，疏水在第二級(jí)加熱器時(shí)溫度降至約60℃，加熱后的凝結(jié)水回至8號(hào)低加入口。熱網(wǎng)加熱器疏水將從約140℃降溫至約60℃后排至凝汽器，保證進(jìn)入凝結(jié)水精處理裝置的凝結(jié)水溫度不大于60℃。當(dāng)加熱器熱網(wǎng)水側(cè)發(fā)生嚴(yán)重泄漏或爆管時(shí)，其污染的疏水則排至熱網(wǎng)回水系統(tǒng)。

凝汽器凝結(jié)水被循環(huán)水降溫至33℃，存在約27℃的熱量損失。考慮到兩級(jí)換熱器的換熱效率，在冬季采暖季的平均工況下，方案二比方案一損失約26.0GJ／h熱量。

熱網(wǎng)加熱器型式的選擇。熱網(wǎng)加熱器通常為管殼式加熱器，近年來(lái)，隨著板式換熱器的普及和價(jià)格降低，板式加熱器占地少、傳熱效率好的特點(diǎn)逐漸被引起關(guān)注，所以，也有部分電廠采用了板式熱網(wǎng)換熱器。對(duì)于超（超）臨界供熱機(jī)組，加熱器的疏水水質(zhì)控制尤為重要。新型管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，發(fā)生泄漏的幾率小。板式換熱器的耐溫性能差，易造成滲漏，對(duì)于超（超）臨界供熱機(jī)組，推薦采用管殼式加熱器。

（2）控制鉆井液濾失量，加入處理劑強(qiáng)化封堵井壁。在高壓層井段鉆進(jìn)時(shí)，保證合理的密度，同時(shí)按全井加量陸續(xù)加入2%～3%KFT、2%～3%SD-202、3% ～5%SMP-1、1% ～2%SJ-1、2% ～3%SPNH等處理劑，將井漿逐步轉(zhuǎn)化為聚磺防塌高密度體系。聚磺防塌體系中各種處理劑的加量見(jiàn)表2。

1.3 熱網(wǎng)加熱器疏水經(jīng)冷卻后回收至凝結(jié)水管道

方案三是將熱網(wǎng)加熱器疏水經(jīng)過(guò)熱網(wǎng)加熱器回水冷卻（也可采用熱網(wǎng)加熱器設(shè)置疏水冷卻段）或凝結(jié)水冷卻，進(jìn)入凝結(jié)水精處理裝置入口，水質(zhì)不合格或熱網(wǎng)疏水泵故障時(shí)，進(jìn)入熱網(wǎng)回水系統(tǒng)或凝汽器。系統(tǒng)設(shè)備的布置，如圖3所示。

圖3 熱網(wǎng)加熱器疏水回收

在熱網(wǎng)加熱器疏水至凝結(jié)水精處理前的凝結(jié)水管路上，設(shè)置2級(jí)板式換熱器，用以回收熱網(wǎng)加熱器疏水的熱量，其中第一級(jí)為熱網(wǎng)循環(huán)水加熱器（也可采用熱網(wǎng)加熱器設(shè)置疏水冷卻段），第二級(jí)為凝結(jié)水加熱器。熱網(wǎng)加熱器的疏水溫度約140℃，經(jīng)第一級(jí)加熱器加熱后，熱網(wǎng)循環(huán)泵出口的熱網(wǎng)水溫約70℃。考慮到設(shè)備端差，疏水在第一級(jí)加熱器時(shí)溫度降至90℃，加熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水回至熱網(wǎng)加熱器進(jìn)口處；第二級(jí)加熱器加熱軸封冷卻器出口的凝結(jié)水，考慮設(shè)備端差，疏水在第二級(jí)加熱器時(shí)溫度降至約60℃。熱網(wǎng)加熱器疏水將從約140℃降溫至約60℃后，再排至凝結(jié)水管道內(nèi)，使進(jìn)入凝結(jié)水精處理裝置的凝結(jié)水溫度不大于60℃。當(dāng)加熱器發(fā)生嚴(yán)重泄漏或爆管時(shí)，其疏水將被排至熱網(wǎng)回水系統(tǒng)。

2 技術(shù)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.1 對(duì)機(jī)組水、汽品質(zhì)的控制

在方案一中，當(dāng)熱網(wǎng)加熱器正常運(yùn)行時(shí)，疏水被排至除氧器，因沒(méi)有經(jīng)過(guò)凝結(jié)水精處理裝置處理，從水質(zhì)工況分析，當(dāng)熱網(wǎng)疏水被污染時(shí)，存在污染水進(jìn)入機(jī)組蒸汽系統(tǒng)的可能，但通過(guò)在熱網(wǎng)加熱器疏水出口設(shè)置氫電導(dǎo)率表，監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)加熱器的泄漏情況，并設(shè)置聯(lián)鎖裝置，快速開(kāi)啟閥門(mén)，可及時(shí)將污染水排至凝汽器。同時(shí)，在疏水管路上設(shè)置疏水除鐵過(guò)濾器。故此方案對(duì)水、汽的品質(zhì)還是可控的，可保證機(jī)組的安全運(yùn)行，但存在隱患。所以，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)加熱器的泄漏情況，加強(qiáng)運(yùn)行管理，發(fā)生泄漏時(shí)需及時(shí)處理，方案一的經(jīng)濟(jì)性最好。

在方案二中，當(dāng)加熱器正常運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)加熱器疏水全部回至凝汽器，經(jīng)過(guò)凝結(jié)水精處理裝置處理，保證了給水品質(zhì)。在機(jī)組水、汽的品質(zhì)控制方面是最安全的，且運(yùn)行方便簡(jiǎn)單，但經(jīng)濟(jì)性較差，有疏水熱量損失。

在方案三中，當(dāng)熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)冷卻器（也可在熱網(wǎng)加熱器結(jié)構(gòu)上考慮設(shè)置疏水冷卻段）和凝結(jié)水冷卻器熱網(wǎng)的疏水，通過(guò)熱網(wǎng)疏水泵進(jìn)入凝結(jié)水泵出口管道，經(jīng)過(guò)精處理裝置后，再排入除氧器，可使熱力系統(tǒng)保持良好的熱經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)疏水泵故障時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉至凝結(jié)水泵出口管道的關(guān)斷閥，同時(shí)開(kāi)啟至凝汽器的關(guān)斷閥。這種配置方案不僅使系統(tǒng)有較高的熱經(jīng)濟(jì)性，而且在凝結(jié)水泵故障時(shí)，只需暫時(shí)將熱網(wǎng)加熱器的疏水排入凝汽器，不影響熱網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 年度費(fèi)用計(jì)算

以2臺(tái)350MW超臨界機(jī)組的供熱系統(tǒng)為例，從設(shè)備初投資、設(shè)備維護(hù)費(fèi)等，進(jìn)行年度費(fèi)用的綜合比較和計(jì)算。

2.2.1 設(shè)備初期投資

設(shè)備的初期投資費(fèi)用，如表1所示。

表1 設(shè)備初投資（2臺(tái)機(jī)組）

設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用，如表2所示。

表2 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)（2臺(tái)機(jī)組）

2.2.3 采曖季的煤耗量

采曖季的耗煤量，如表3所示。

表3 采曖季的煤耗量（2臺(tái)機(jī)組）

2.2.4 年度費(fèi)用比較

年度費(fèi)用的計(jì)算，如表4所示。

表4 年度費(fèi)用比較（2臺(tái)機(jī)組）

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三種方案的分析可知，方案一可充分回收利用熱網(wǎng)疏水的熱量，在水汽品質(zhì)的控制方面，可保證機(jī)組的安全運(yùn)行，但應(yīng)加強(qiáng)熱網(wǎng)加熱器的泄漏監(jiān)控，加強(qiáng)運(yùn)行管理，發(fā)生泄漏時(shí)需及時(shí)處理，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最好，但存有隱患。方案二通過(guò)熱交換，將疏水熱量再次回收，在機(jī)組水、汽品質(zhì)控制方面是較安全的，且運(yùn)行方便簡(jiǎn)單，但是排入凝汽器后有冷源損失，經(jīng)濟(jì)性較差。方案三是通過(guò)熱交換，疏水熱量被再次回收，在機(jī)組水、汽品質(zhì)控制方面是最安全的，且運(yùn)行簡(jiǎn)單，疏水被排入凝結(jié)水管道，經(jīng)濟(jì)性較好。

超（超）臨界機(jī)組對(duì)水、汽的品質(zhì)要求較高，在火力發(fā)電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范中，要求熱網(wǎng)疏水回收時(shí)必須回到凝結(jié)水精處理前，以確保任何工況下的水、汽品質(zhì)都達(dá)到預(yù)期值。因此，在新建機(jī)組或在役機(jī)組的技術(shù)改造中，對(duì)于熱網(wǎng)加熱器的疏水回收應(yīng)采用方案三，可滿足機(jī)組對(duì)水、汽品質(zhì)的要求，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較好。