熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱網(wǎng)加熱器換熱方式對(duì)比分析

周天情，黃軍軍

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱網(wǎng)加熱器換熱方式對(duì)比分析

周天情，黃軍軍

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

某300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱抽汽在供熱首站與熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行換熱，常規(guī)設(shè)計(jì)是采用單級(jí)抽汽進(jìn)行換熱，本文探討了采用兩級(jí)抽汽進(jìn)行梯級(jí)換熱的方案。通過(guò)計(jì)算分析，采用兩級(jí)抽汽進(jìn)行梯級(jí)換熱可以明顯提高換熱效率，增加機(jī)組出力，降低發(fā)電標(biāo)煤耗，在考慮了初期投資成本增加的情況下，其綜合經(jīng)濟(jì)收益仍然高于傳統(tǒng)單級(jí)換熱方案。

熱電聯(lián)產(chǎn)；熱網(wǎng)加熱器；梯級(jí)換熱；對(duì)比分析。

1 概述

在我國(guó)北方地區(qū)，由于冬季采暖需求較大，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組占有較大的比例。同時(shí)，由于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱效率大大高于純凝式火力發(fā)電機(jī)組，在煤炭資源日益緊張且節(jié)能減排壓力與日劇增的今天，全國(guó)新建電廠中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的比例也越來(lái)越高。

對(duì)于常規(guī)用于采暖供熱的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，一般是將汽輪機(jī)的某級(jí)抽汽引至熱網(wǎng)加熱器對(duì)采暖供熱循環(huán)水進(jìn)行單級(jí)換熱。根據(jù)傳熱學(xué)理論可知，如果將單級(jí)換熱改為梯級(jí)換熱，熱效率會(huì)有一定的提升。相應(yīng)地，梯級(jí)換熱引起的工程初期投資也會(huì)相應(yīng)增加。因此，對(duì)不同換熱方式進(jìn)行熱效率和經(jīng)濟(jì)性比較，找出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方式，對(duì)提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益有著重大的意義。

以某300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為例，常規(guī)設(shè)計(jì)方案為：從五段抽汽抽取一定量的蒸汽通往熱網(wǎng)加熱器，在對(duì)采暖供熱循環(huán)水進(jìn)行換熱后，蒸汽凝結(jié)成疏水經(jīng)疏水泵送往主機(jī)除氧器進(jìn)行回收。本文將常規(guī)設(shè)計(jì)方案中的單級(jí)換熱改為抽取兩種不同參數(shù)的蒸汽進(jìn)行梯級(jí)換熱，并對(duì)兩種換熱方式進(jìn)行對(duì)比分析，以期對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱網(wǎng)加熱器換熱方式的選擇提供依據(jù)。

2 換熱方案介紹

以該300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為例，常規(guī)單級(jí)抽汽換熱方案(方案一)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，占用廠房面積較小，缺點(diǎn)是換熱過(guò)程中溫差較大，降低了換熱效率。若改為兩級(jí)抽汽進(jìn)行梯級(jí)換熱(方案二)，能夠提高換熱效率，且能增加汽輪機(jī)的出力，缺點(diǎn)是占用廠房面積較大，且需要增加初期投資。

2.1 常規(guī)單級(jí)抽汽換熱方案

圖1中，從汽輪機(jī)五段抽汽抽取330 t/h的蒸汽通往熱網(wǎng)加熱器，給熱網(wǎng)循環(huán)水加熱后，蒸汽凝結(jié)成疏水，由疏水泵送往除氧器進(jìn)行回收。3290 t/h的熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)熱網(wǎng)加熱器升溫后，送往廠外供熱。本方案的工作參數(shù)如下：五段抽汽壓力為0.4 MPa，溫度為249.7℃；疏水經(jīng)升壓后壓力為1.2 MPa，溫度為143.6℃；熱網(wǎng)回水壓力為0.4 MPa，溫度為65℃；熱網(wǎng)供水壓力為1.0 MPa，溫度為120℃。

圖1 單級(jí)抽汽換熱方案

2.2 兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱方案

要進(jìn)行兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱且確保熱網(wǎng)供水的溫度不變，對(duì)該300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的各級(jí)抽汽參數(shù)進(jìn)行研究后，可采用五段抽汽和六段抽汽對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行梯級(jí)換熱。

圖2中，從汽輪機(jī)六段抽汽抽取124 t/h的蒸汽通往熱網(wǎng)低溫加熱器，將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至86℃，從汽輪機(jī)五段抽汽抽取204 t/h的蒸汽通往熱網(wǎng)高溫加熱器，將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至120℃。兩級(jí)抽汽凝結(jié)成疏水后經(jīng)疏水泵送往除氧器進(jìn)行回收。熱網(wǎng)循環(huán)水流量與方案一相同，仍為3290 t/h。本方案的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：六段抽汽壓力為0.127 MPa，溫度為182.4℃；五段抽汽壓力為0.4 MPa，溫度為249.7℃；兩級(jí)疏水混合后的壓力為1.2 MPa，溫度為129.3℃；熱網(wǎng)循環(huán)水回水和供水參數(shù)與方案一保持一致。

圖2 兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱方案

3 兩種換熱方案的汽機(jī)熱耗計(jì)算

相對(duì)于方案一，方案二中五段抽汽量減少了126 t/h，六段抽汽量增加了124 t/h，兩個(gè)加熱器的總疏水量減少了2 t/h，且總疏水溫度降低了14.3℃。經(jīng)計(jì)算，相較于方案一，熱網(wǎng)加熱器疏水總熱值有所降低，為了使進(jìn)入除氧器中的凝結(jié)水總流量和總熱值保持不變，進(jìn)入5號(hào)低加中的蒸汽量會(huì)增加，相應(yīng)地，進(jìn)入6號(hào)7號(hào)低加中的蒸汽量也會(huì)相應(yīng)變化。經(jīng)計(jì)算，具體變化詳見(jiàn)表1。

表1 方案一和方案二抽汽量變化

抽汽如果不被抽出，會(huì)留在汽輪機(jī)里繼續(xù)做功。因此，在主蒸汽量流量一定的情況下，抽汽量不同，機(jī)組的做功也不一樣。抽汽做功量按下式計(jì)算：抽汽做功量=抽汽流量×(抽汽焓－排汽焓)×汽輪機(jī)的機(jī)械效率×發(fā)電機(jī)的機(jī)械效率，據(jù)此可以算出由于各抽汽量不同所引起的做功量的變化。

經(jīng)計(jì)算，在采暖期額定抽汽工況下，方案一的汽輪發(fā)電機(jī)功率為248535 kW，機(jī)組熱耗為10542.7 kJ/kWh；方案二中，汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)功率為251734 kW，機(jī)組熱耗為10408.7 kJ/kWh。由上可知，采用兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱方案可以降低汽輪機(jī)熱耗134kJ/kWh。在耗煤量和供熱量一定的情況下，機(jī)組功率可提高3199kW。

4 兩種換熱方案的經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 初期投資對(duì)比

經(jīng)調(diào)研，相對(duì)于方案一，方案二所需增加的設(shè)備管件價(jià)格以及安裝費(fèi)用如下表2所示。

表2 初期投資對(duì)比

從上表2可以看出，方案二比方案一增加初期投資約450萬(wàn)元(每臺(tái)機(jī)組)。

4.2 運(yùn)行收益對(duì)比

方案二比方案一的汽輪機(jī)熱耗降低了134 kJ/kWh，鍋爐效率按91.3%，管道效率按99%，方案二的發(fā)電標(biāo)煤耗比方案一降低了5.065 g/kWh，按機(jī)組年采暖期利用小時(shí)數(shù)2160 h計(jì)算，方案二比方案一年節(jié)約標(biāo)煤約2719 t，按標(biāo)煤價(jià)格600元/噸，每年每臺(tái)機(jī)可節(jié)省燃料費(fèi)用163萬(wàn)元。

4.3 綜合對(duì)比分析

按機(jī)組運(yùn)行年限20年，貸款利率6.55%，按照費(fèi)用現(xiàn)值法計(jì)算，方案二因燃料節(jié)省而帶來(lái)的現(xiàn)值收益為1789萬(wàn)元，而相較于方案一，方案二需要增加初期投資僅為450萬(wàn)元，因此，方案二能大大提高熱經(jīng)濟(jì)性；按照費(fèi)用年值法計(jì)算，方案二每年只需增加投資41萬(wàn)元，而每年因節(jié)省燃煤能減少163萬(wàn)元，熱經(jīng)濟(jì)性較好。

5 結(jié)論

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，供熱首站采用兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱可以提高換熱效率，在耗煤量和供熱量一定的情況下，可以增加汽輪發(fā)電機(jī)組的出力，改善機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。相較于常規(guī)的單級(jí)抽汽換熱方案，兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱方案雖然要增加一定的初期投資，然而因節(jié)省燃煤而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益仍然較高。以選取的某典型300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為例，采用兩級(jí)抽汽梯級(jí)換熱方案，以年值法計(jì)算，每年需要增加投資41萬(wàn)元，但每年因節(jié)省煤耗而增加的收益高達(dá)163萬(wàn)元，熱經(jīng)濟(jì)性較好。

Comparative Analysis of Heat Transfer Mode of Heaterfor Heating Network in BHKW

ZHOU Tian-qing,HUANG Jun-jun
(Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,China)

The heat extraction steam of a 300 MW cogeneration unit should transfer the heat with heating network cycle water. In conventional design,only one Stage Extraction steam will be used for heat transfer,while in this paper two-stages extraction steam heat transfer mode will be designed for the heating network heat exchange system. The analysis results shows that two-stages extraction steam heat transfer mode will increase unit output and reduce the standard coal consumption. In spite of the higher initial investment,its comprehensive economic benefit is still higher than conventional single-stage transfer mode.

cogeneration unit; thermal-system heater; cascade heat transfer; comparative analysis.

TM621

B

1671-9913(2017)05-0033-03

2016-04-29

周天情(1986- )，男，湖北黃岡人，研究生，工程師，從事電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。