匹配器應(yīng)用對(duì)供熱經(jīng)濟(jì)性及安全性的影響

高敏君　楊波

摘要：熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)是一種既能生產(chǎn)電能又能利用汽輪發(fā)電機(jī)做過(guò)功的蒸汽對(duì)用戶(hù)供熱的生產(chǎn)方式，是節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高人民生活水平的重要途徑。隨著汽輪發(fā)電機(jī)組容量的增大，燃料和電價(jià)的降低，曾經(jīng)使得熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了停滯的局面，促使人們考慮如何更有效地利用現(xiàn)有能源，提高能源效率。

關(guān)鍵詞：供熱；300MW機(jī)組；安全性

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.09.093

熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電分產(chǎn)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：一是降低能源消耗，二是減少對(duì)環(huán)境的污染，提高空氣的質(zhì)量，三是補(bǔ)充電源，四是節(jié)約建設(shè)資金，五是提高供熱質(zhì)量，六是便于綜合利用，七是減少安全事故。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)火電發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量已超過(guò)4億千瓦，特別是2010年以后上馬的機(jī)組，絕大多數(shù)為裝機(jī)容量大，技術(shù)先進(jìn)的新型機(jī)組。使得總體供電煤耗逐年下降。同時(shí)，因?yàn)閲?guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題日益重視，對(duì)電力企業(yè)節(jié)能減排要求不斷提高，已經(jīng)電網(wǎng)改革的不斷推進(jìn)，迫使電力企業(yè)不斷尋找提升自身發(fā)電經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能減排能力。而大量小型供熱機(jī)組的關(guān)停給大型燃煤機(jī)組的供熱改造提供了很好的政策機(jī)會(huì)，如果能夠把握好將大大提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過(guò)調(diào)研，目前比較常見(jiàn)的大型凝汽式機(jī)組供熱改造方式，主要可以分為以下三種形式：

一是汽輪機(jī)整體改造，也就是將轉(zhuǎn)子和汽缸全部進(jìn)行更換改造，從而實(shí)現(xiàn)供熱的目的。這種改造方式的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)用戶(hù)需求精確提供實(shí)現(xiàn)合理參數(shù)的汽源。但相對(duì)的，其缺點(diǎn)也很明顯，就是改造費(fèi)用高，相當(dāng)于購(gòu)置一套新的汽機(jī)組件，并不適合絕大多數(shù)電力企業(yè)希望開(kāi)源節(jié)流的想法；

二是增加抽氣，主要方式是在現(xiàn)有汽輪機(jī)的高、中壓缸，或中低壓導(dǎo)管管路上進(jìn)行加裝抽汽。其優(yōu)點(diǎn)是改造投入小，主要缺點(diǎn)是對(duì)于超高壓機(jī)組及亞臨界機(jī)組從中低壓缸導(dǎo)管傷抽汽供生活用汽是可以滿(mǎn)足的。但是主要缺點(diǎn)是在用高壓缸排汽作為抽汽汽源時(shí)，由于參數(shù)高，當(dāng)需要調(diào)節(jié)供熱量時(shí)，會(huì)造成了較為嚴(yán)重的節(jié)流損失。而用中壓缸排汽作為汽源，由于參數(shù)低，又不能滿(mǎn)足用戶(hù)要求；

最后一種，也是目前應(yīng)用比較廣泛的，是利用壓力匹配器。其原理是通過(guò)匹配器將高于供汽壓力和低于供汽壓力的兩種汽源蒸汽混合，從而滿(mǎn)足供汽壓力要求。其優(yōu)點(diǎn)是可以直接從現(xiàn)有的抽氣管道中進(jìn)行汽源選擇，大大減少供熱改造對(duì)現(xiàn)有機(jī)組設(shè)備的影響，縮短改造工期，降低改造難度。

基于我廠(chǎng)300MW機(jī)組供熱改造后，在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，尤其是低負(fù)荷時(shí)，中壓缸排汽溫度會(huì)升高，在系統(tǒng)運(yùn)行中不允許中排溫度過(guò)高，對(duì)于我廠(chǎng)2號(hào)線(xiàn)，需要調(diào)節(jié)中低壓連通門(mén)的開(kāi)度快速變工況，對(duì)于1號(hào)線(xiàn)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)匹配器來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的流量溫度及壓力。怎樣快速調(diào)節(jié)匹配器需要對(duì)其原理有所了解。

壓力匹配器的基本原理并不復(fù)雜，就是利用高壓蒸汽膨脹加速降壓，將低壓蒸汽引射并混合，再擴(kuò)壓提高到用戶(hù)需要的供熱參數(shù)，壓力匹配器利用高壓蒸汽和低壓蒸汽之間的壓力差，使得低壓蒸汽增壓到用戶(hù)的工作壓力，而這一壓力差往往是許多工廠(chǎng)工藝上就存在的，也就是前面所說(shuō)的減溫減壓的節(jié)流損失，因此，本壓力匹配器利用了原有的壓差，實(shí)現(xiàn)了低壓蒸汽的高效利用，在這一過(guò)程中，并未消耗任何能源。

壓力匹配器供熱改造的優(yōu)越性主要是：壓力匹配器是在外部完成對(duì)將汽輪機(jī)兩種抽汽壓力等級(jí)不同的蒸汽混合為熱用戶(hù)所需要的蒸汽壓力，并能隨汽輪機(jī)的電負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持供汽壓力穩(wěn)定。此外在供熱參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，在未應(yīng)用匹配器時(shí)，要控制供汽參數(shù)主要采用噴水減溫，這就造成了損失。而使用匹配器后，可以調(diào)節(jié)兩路汽源比例，實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)節(jié)，雖然會(huì)造成一定的節(jié)流損失，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，其經(jīng)濟(jì)性要好很多。根據(jù)匹配器的特性，具體使用時(shí)，如通過(guò)關(guān)小匹配器的出口閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)減小流量時(shí)，其中通過(guò)噴嘴的高壓驅(qū)動(dòng)蒸汽流量是不變的，主要減少的是低壓吸入蒸汽的流量，因此這種方式效率低，這就使得高低汽比例下降，降低了供熱經(jīng)濟(jì)性。而如果通過(guò)降低噴嘴前蒸汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)減少供汽流量，其中通過(guò)噴嘴的高壓驅(qū)動(dòng)蒸汽流量減少，低壓吸入蒸汽的流量也減少，但比單純減小出口閥門(mén)的方式是，其減少低壓吸入蒸汽流量的程度要小的多，所以經(jīng)濟(jì)性也好很多。

供熱機(jī)組運(yùn)行的安全性對(duì)供熱改造是否成功同樣非常重要。國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)300MW機(jī)組采用了供熱匹配器應(yīng)用方法對(duì)機(jī)組進(jìn)行了改造。根據(jù)調(diào)研及我廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，供熱改造后對(duì)于機(jī)組各方面可能產(chǎn)生安全性影響主要有以下幾方面：

首先是不同參數(shù)供熱抽氣量的控制。汽輪機(jī)高排抽汽量不能超過(guò)額定再熱流量的6%，這主要是考慮要確保有足夠蒸汽流過(guò)再熱器，防止再熱器金屬溫度過(guò)高。如果供熱抽汽量超過(guò)上述數(shù)值則應(yīng)從再熱管道熱段抽汽，這樣就可以避免上出問(wèn)題的出現(xiàn)。這時(shí)限制增加供熱量的條件則是再熱抽汽的流量。而如果一級(jí)再熱抽汽的流量不能滿(mǎn)足供熱量的需求，當(dāng)蒸汽參數(shù)允許的前提下，也可以從相鄰的抽汽管路進(jìn)行補(bǔ)充。

其次對(duì)供熱管道方面。由于管路較長(zhǎng)且大部分在室外，在供熱系統(tǒng)投運(yùn)前，需要對(duì)沿途管路進(jìn)行疏水，并且通入少量蒸汽對(duì)管路進(jìn)行暖管以免產(chǎn)生“水擊”現(xiàn)象。在疏水過(guò)程中，不要將疏水閥開(kāi)得過(guò)大，否則會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)人員被燙傷的風(fēng)險(xiǎn)，且在疏水結(jié)束后無(wú)法接近疏水閥操作。如果投運(yùn)前不進(jìn)行充分的暖管工作，從而形成“水塞”并隨蒸汽一起高速流動(dòng)，在遇到使蒸汽流動(dòng)方向改變時(shí)，如在閥門(mén)、拐彎或向上的管段等，汽水兩相流動(dòng)，就產(chǎn)生“水沖擊”，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)等，嚴(yán)重時(shí)能破壞管路元件，如焊口的破裂、固定架松脫、拉斷管道等。

另外，供熱改造后在汽機(jī)方面，主要有三大影響：（1）汽機(jī)過(guò)冷度增加，熱耗增加，效率降低，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)型。（2）除氧器壓力增加，導(dǎo)致給水去鍋爐省煤器過(guò)程中引起汽化。（3）汽機(jī)啟動(dòng)后，給泵出力不足，需要提高四級(jí)抽汽壓力，對(duì)于原先的管道承壓存在一定的影響。

最后，以高壓缸排汽作為抽汽汽源時(shí)，不但會(huì)增加再熱蒸汽在受熱面中的焓增，且隨著供熱抽汽量增加這種焓增也會(huì)不斷增加；同時(shí)會(huì)減小再熱蒸汽管內(nèi)蒸汽對(duì)管內(nèi)壁的傳熱系數(shù)，且抽汽量越大，其對(duì)管內(nèi)壁傳熱系數(shù)的影響越大。因此，利用汽輪機(jī)高壓缸排汽作抽汽供熱源時(shí)，必須考慮鍋爐在不同負(fù)荷時(shí)的抽汽量會(huì)受到限制，重點(diǎn)是其對(duì)再熱器的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響。

綜上所述，蒸汽壓力匹配器在大型機(jī)組供熱改造中的應(yīng)用與其他形式的改造，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著。特別是供熱需求量或機(jī)組工況出現(xiàn)變化時(shí)，壓力匹配器可以在蒸汽流量大幅度變化時(shí)，保持供汽參數(shù)的穩(wěn)定，很好地滿(mǎn)足供熱系統(tǒng)要求，同時(shí)將對(duì)機(jī)組的運(yùn)行的影響降到最低，大大提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。

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