高背壓+熱泵供熱技術(shù)在300 MW直接空冷機組的應(yīng)用

湯國琪，王建勛

（山西大唐國際臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 043000）

高背壓+熱泵供熱技術(shù)在300 MW直接空冷機組的應(yīng)用

湯國琪，王建勛

（山西大唐國際臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 043000）

針對汽輪機冷源損失大的問題，通過實施高背壓+熱泵供熱改造，回收利用汽輪機乏汽，將低品位乏汽的熱量用以供熱，經(jīng)過試驗與實際運行應(yīng)用，高背壓＋熱泵供熱節(jié)能效果顯著，不僅降低了機組供電煤耗，提高了供熱期機組調(diào)峰能力，而且增加了機組供熱能力，取得了良好的經(jīng)濟與社會效益，對同類型機組供熱改造具有借鑒與示范意義。

供熱；高背壓；熱泵；節(jié)能

0 引言

山西大唐國際臨汾熱電有限公司現(xiàn)裝機總?cè)萘?×300 MW，汽輪機采用哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CZK250N300-16.7/538/538/0.4型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單抽供熱直接空冷凝汽式汽輪機；鍋爐采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG-1065/18.2-Ⅱ4型亞臨界、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、自然循環(huán)汽包燃煙煤型鍋爐；發(fā)電機采用哈爾濱電機廠生產(chǎn)的QFSN—300—2型臥式水氫氫冷卻、隱極、自并勵靜止可控硅整流勵磁發(fā)電機。公司內(nèi)設(shè)有熱網(wǎng)首站，配置4臺熱網(wǎng)加熱器，5臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，單機額定供熱抽汽流量為500 t/h，最大供熱抽汽流量為550 t/h，設(shè)計供熱面積為1 100萬m2。1號、2號機組分別于2010年12月、2013年12月投入商業(yè)運營，2014年11月開始為臨汾市城區(qū)供熱，承擔(dān)臨汾市南城區(qū)與東城區(qū)的城市供熱任務(wù)，2014年供熱面積為750萬m2。為了提高能源利用效率，降低機組能耗，提高機組的供熱能力，充分回收利用汽輪機低品位乏汽的熱量，2015年臨汾熱電在原抽汽供熱的方式上，實施了高背壓＋熱泵供熱改造。

1 高背壓＋熱泵供熱改造改造方案

1.1 供熱背壓的選取

因機組為直接空冷供熱機組，夏季工況機組運行背壓為34 kPa，考慮直接空冷機組具備高背壓運行的特點，故供熱背壓取34 kPa，以此進行高背壓供熱設(shè)計，原有汽輪機不需進行低壓缸改造，可降低改造與檢修費用。

1.2 技術(shù)路線

由于供熱管網(wǎng)暫不具備大流量供熱的條件，將原熱網(wǎng)加熱器作為尖峰加熱器，技術(shù)路線采用高背壓前置凝汽器＋熱泵＋尖峰加熱器的供熱方式，充分利用汽輪機乏汽的汽化潛熱對熱網(wǎng)水進行加熱，減少機組冷源損失，達到降低機組能耗的目的，同時提升機組的供熱能力，提高供熱的可靠性。

熱網(wǎng)循環(huán)水流量5 200 t/h，回水溫度50℃，先進入前置凝汽器，回收190 t/h乏汽，折合120.7 MW余熱，將熱網(wǎng)水加熱至70℃后；再進入吸收式熱泵，利用驅(qū)動蒸汽89.27 t/h，折合熱量62.4 MW，回收乏汽81.53 t/h，折合余熱52.8 MW，將熱網(wǎng)水加熱至89℃；最后進入熱網(wǎng)首站尖峰加熱器，將熱網(wǎng)水加熱至110℃供出。

1.3 改造方案

在機組原有豎直的DN5500乏汽管道上接出1路DN4020管道，設(shè)置電動隔離門，再從DN4020乏汽管道上分別引出兩路支管，1路乏汽支管DN4020接至前置凝汽器，設(shè)置有電動隔離門；另1路乏汽支管變徑為DN2220的管道接至熱泵房，并從DN2220的管道引出3路乏汽DN1220的管道至3臺熱泵，設(shè)置有電動隔離門。從原熱網(wǎng)回水濾網(wǎng)后DN1400管道引出1路熱網(wǎng)水管道至前置凝汽器水側(cè)入口，并從前置凝汽器水側(cè)出口接至并聯(lián)運行的3臺熱泵，熱泵水側(cè)出口管路接至熱網(wǎng)循環(huán)泵入口母管。高背壓＋熱泵供熱改造前后流程見圖1與圖2。

圖1 高背壓＋熱泵供熱改造前供熱流程

圖2 高背壓＋熱泵供熱改造后供熱流程

熱泵驅(qū)動蒸汽管路從五段抽汽供熱電動門后管路引出，接至熱泵驅(qū)動蒸汽入口，該管路設(shè)置有減溫器。驅(qū)動蒸汽減溫水從凝結(jié)水泵出口母管接出，經(jīng)減溫水泵升壓后送至驅(qū)動蒸汽減溫器。熱泵驅(qū)動蒸汽疏水先后與溴化鋰稀溶液、部分熱網(wǎng)水換熱后，使驅(qū)動蒸汽疏水溫度小于80℃，直接回收至排汽裝置，提高了設(shè)備運行的經(jīng)濟性，摒棄了常規(guī)的疏水泵設(shè)置，簡化了系統(tǒng)，降低了電耗。熱泵與前置凝汽器的乏汽疏水匯至乏汽疏水母管后返回排汽裝置。前置凝汽器與熱泵抽真空管路匯至母管后，引至真空泵。

1.4 設(shè)備配置

增設(shè)1臺換熱面積為6 500 m2的前置凝汽器冬季用于加熱熱網(wǎng)回水，回收利用汽輪機乏汽；夏季用于尖峰冷卻，降低機組背壓。增設(shè)3臺熱泵，每臺熱泵38 MW，熱泵設(shè)計背壓為34 kPa，利用五段抽汽作為熱泵的驅(qū)動蒸汽，回收汽輪機乏汽加熱熱網(wǎng)水。增設(shè)2臺減溫水泵，用來驅(qū)動蒸汽減溫。增設(shè)2臺真空泵用來前置凝汽器與熱泵乏汽系統(tǒng)抽真空。

2 高背壓＋熱泵供熱改造方案實施

高背壓供熱改造于2015年7月底開工，利用機組停運機會，在乏汽主管道引出高背壓供熱乏汽支管，并安裝電動隔離閥及加裝堵板，機組運行中經(jīng)對DN4020乏汽電動隔離門嚴密性測試，完成了高背壓乏汽管道的對接及堵板的拆除工作，確保了改造的順利實施，11月底工程主體完工。在設(shè)備調(diào)試階段出現(xiàn)了以下問題，一是乏汽真空泵抽真空管路積水，經(jīng)系統(tǒng)排查后，管路設(shè)計存在U型管路，產(chǎn)生積水，影響抽真空系統(tǒng)正常運行，造成乏汽供熱系統(tǒng)換熱不良，經(jīng)改造后恢復(fù)正常；二是熱泵、前置凝汽器乏汽凝水液位高，乏汽凝水管路存在氣阻，乏汽凝水不暢，經(jīng)對乏汽凝水管路加裝抽真空管路，問題得以解決；三是高背壓供熱投運后，凝結(jié)水溶氧偏高，經(jīng)對系統(tǒng)排查，發(fā)現(xiàn)乏汽管道焊口、乏汽疏水流量表管接頭存在漏空，通過堵漏，凝結(jié)水溶氧恢復(fù)正常。在完成相關(guān)調(diào)試工作后，12月22日投入運行。

3 高背壓＋熱泵供熱設(shè)備性能

2016年11月進行了高背壓供熱性能及運行優(yōu)化試驗，分別選取了不同背壓下的4個工況點進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

通過試驗數(shù)據(jù)經(jīng)測算，熱泵組在乏汽壓力為26 kPa左右運行時，制熱量達到最大值，如圖3所示。熱泵組在乏汽壓力為26 kPa左右運行時，熱泵組性能系數(shù)COP（coefficient of performance）達到最高值，如圖4所示。

表1 高背壓供熱性能及運行優(yōu)化試驗數(shù)據(jù)表

圖3 熱泵制熱量與乏汽壓力的關(guān)系

圖4 熱泵COP與乏汽壓力的關(guān)系

設(shè)計工況下，熱泵COP為1.91，滿足不小于1.8的設(shè)計要求；熱泵組總制熱量為131.81 MW，滿足熱泵組總制熱量不低于115 MW的設(shè)計要求；前置凝汽器制熱量為160.90 MW，滿足前置凝汽器冬季采暖期熱負荷≥120 MW/臺的設(shè)計要求；前置凝汽器端差為0.86℃，滿足前置凝汽器供熱端差不大于2℃的設(shè)計要求；前置凝汽器背壓在26 kPa以上運行時，其所占余熱制熱量比為47%～55%，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)束語

截止2016年底，高背壓+熱泵供熱系統(tǒng)總體運行情況良好，前置凝汽器平均端差為1℃，熱泵平均COP為1.88，通過對機組供熱期上煤量統(tǒng)計分析，高背壓+熱泵供熱投運后機組供電煤耗降低30 g/（kW·h） 左右，供熱期機組調(diào)峰能力提升9%，單機供熱能力提升42%，增加供熱面積300余萬m2，取得了良好的經(jīng)濟與社會效益，對同類型機組供熱改造具有借鑒與示范意義。

Application of High Back Pressure and Heat Pump Heating Technology in 300 MW Direct Air Cooling Unit

TANG Guoqi,WANG Jianxun
（Shanxi Linfen Thermal Power Co.,Ltd.,Linfen,Shanxi043000,China）

In viewofthe problem of large loss of cold source of steam turbine,through the implementation of high back pressure and heat pump heating transformation,waste steam is recycled for heat supply.After trial and practical application,its heat-saving efficiency is obvious,which not only reduces power consumption of the unit and improves the peak load capacity of the heating unit,but also increases the unit heating capacity and has achieved good economic and social benefits,providing references for the same type of units which need heatingtransformation.

heating;high back pressure;heat pump;energy-saving

TK264

A

1671-0320（2017）06-0053-03

2017-05-03，

2017-10-16

湯國琪（1974），男，河北唐山人，2013年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，工程師，從事電廠汽機技術(shù)管理工作；

王建勛（1981），男，山西萬榮人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，助理工程師，從事電廠運行管理工作。