電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化思考

李敏 新疆華電喀什熱電有限責(zé)任公司

電廠供熱機(jī)組承擔(dān)著為區(qū)域供熱的任務(wù)，出于對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排以及電廠經(jīng)濟(jì)收益增加的考量，對電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式展開優(yōu)化改造是必然選擇，值得重點(diǎn)探究。

一、電廠供熱機(jī)組的概述

在新疆華電喀什熱電廠的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，使用的供熱機(jī)組為350MW 超臨界間冷機(jī)組，其主要技術(shù)參數(shù)如下所示：機(jī)組為一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽抽氣凝汽式超臨界汽輪機(jī)；啟動方式為中壓缸啟動，或是高壓、中壓聯(lián)合啟動；熱耗率驗(yàn)收工況功率為350 兆瓦；汽輪機(jī)額定功率為350 兆瓦；汽機(jī)閥門全開功率為383 兆瓦；最大連續(xù)功率為369 兆瓦；額定主蒸汽壓力為24.2兆帕；額定主蒸汽溫度為566℃；額定再熱蒸汽進(jìn)口溫度為566℃；主蒸汽額定進(jìn)氣量為每小時(shí)1010 噸；主蒸汽最大進(jìn)氣量為每消失1125 噸；額定抽汽壓力為0.4 兆帕；最大抽汽量為每小時(shí)580 噸；額定排氣壓力為4.9 兆帕；設(shè)計(jì)冷卻水溫度為20℃；額定給水溫度為280.7℃；額定轉(zhuǎn)速為每分鐘3000 轉(zhuǎn)；汽輪機(jī)總效率（熱耗率驗(yàn)收工況）為89.82%；熱耗率驗(yàn)收工況熱耗為每千瓦時(shí)7665.6 焦耳。

二、電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化改造的總體思路分析

大型機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)是最近幾年開始流行推廣的機(jī)組供熱改造技術(shù)，使用該技術(shù)可以充分回收利用機(jī)組冷源損失。對于超臨界間冷機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱早在線切換技術(shù)而言，其關(guān)鍵內(nèi)容如下所示：基于間接空冷超臨界供熱機(jī)組既有的技術(shù)特征，提出了汽輪機(jī)本體不改造且基于在線切換的高背壓循環(huán)水直接供熱技術(shù)，研發(fā)了雙溫區(qū)凝汽器換熱、低壓缸末級葉片顫振的實(shí)時(shí)監(jiān)控、機(jī)組背壓控制、空冷島防凍、應(yīng)急冷卻、熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超臨界間冷機(jī)組不停機(jī)情況下純凝發(fā)電、抽汽供熱、背壓供熱等多種運(yùn)行工況的在線切換、廠內(nèi)雙機(jī)背壓供熱互換，解決了高背壓工況下汽輪機(jī)末級葉片的保護(hù)及停熱不停機(jī)等問題，提升了大型高背壓循環(huán)水供熱機(jī)組的安全性及調(diào)峰靈活性。

我公司針對間接空冷式供熱機(jī)組的特點(diǎn)，充分利用間接空冷機(jī)組自身的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在純凝發(fā)電、抽凝供熱、背壓供熱等多種運(yùn)行模式下的在線切換，及實(shí)現(xiàn)停熱不停機(jī)，雙機(jī)背壓供熱在線切換、背壓供熱兼具電網(wǎng)調(diào)峰的功能制定雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)方案。具體來說：凝汽器采用兩路獨(dú)立冷卻水源，各半側(cè)運(yùn)行，兩個(gè)溫區(qū)換熱。即凝汽器半側(cè)通過熱網(wǎng)循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)對外供熱，半側(cè)通過空冷島冷卻循環(huán)水，做為備用冷卻系統(tǒng)。熱網(wǎng)回水先進(jìn)入凝汽器半側(cè)進(jìn)行一次加熱，一般由50℃加熱到68℃，經(jīng)過熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次加熱，一般熱網(wǎng)的需求加熱至90-95 左右℃，當(dāng)鄰機(jī)抽汽不夠且本機(jī)排氣量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)可以增加本機(jī)抽汽。當(dāng)熱網(wǎng)回水流量為每小時(shí)14500 噸、溫度50℃時(shí)，在凝汽器內(nèi)排汽熱量可以全部吸收，且背壓不超限，排氣損失可以接近零，應(yīng)急冷卻系統(tǒng)循環(huán)水量可以減到每小時(shí)0 噸。

在本次電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化改造實(shí)踐中，除了引入超臨界間冷機(jī)組高背壓循環(huán)水供熱早在線切換技術(shù)之外，還納入了雙溫區(qū)凝汽器供熱技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要集中在以下兩點(diǎn)：（1）當(dāng)凝汽器排汽流量大于設(shè)計(jì)流量背壓大于允許背壓時(shí)，自動增加冷卻循環(huán)水量，保持機(jī)組背壓不超限，有效避免機(jī)組進(jìn)入顫振區(qū)。（2）熱網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)失壓情況或熱網(wǎng)水中斷情況，應(yīng)急冷卻系統(tǒng)自動增加循環(huán)水量并投入備用循環(huán)水泵，保證機(jī)組背壓不超限，從而實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)停熱機(jī)組不停機(jī)功能。

三、電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化改造方案的具體設(shè)計(jì)與實(shí)施成效

（一）電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式的優(yōu)化改造

1.高背壓供熱的優(yōu)化改造

第一，凝汽器雙溫區(qū)的優(yōu)化。間接空冷機(jī)組抽凝工況條件下，凝汽器應(yīng)用循環(huán)冷卻水低壓缸完成排汽，并在間冷塔的支持下對循環(huán)水實(shí)施冷卻處理；高背壓供熱工況下，凝汽器以雙溫區(qū)運(yùn)行模式的展開生產(chǎn)實(shí)踐。此時(shí)，凝汽器內(nèi)包含著兩路相互獨(dú)立的冷卻水源，分別承擔(dān)起半側(cè)換熱的任務(wù)。其中，凝汽器的半側(cè)接入熱網(wǎng)循環(huán)水，在熱網(wǎng)循環(huán)水、低壓缸排氣的支持下，完成換熱，并對低壓缸排氣實(shí)施冷卻處理，促使熱網(wǎng)循環(huán)的一級加熱成為現(xiàn)實(shí)，而對于熱網(wǎng)循環(huán)水而言，其在熱網(wǎng)加熱器二級加熱后可以完成對外供熱。凝汽器的另一半側(cè)接入冷卻循環(huán)水，承擔(dān)著備用冷卻、空冷塔防凍循環(huán)水的任務(wù)。

第二，空冷塔循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化。出于對維持的循環(huán)水系統(tǒng)供水能力以及供熱機(jī)組整體運(yùn)行安全平穩(wěn)程度的考量，主要落實(shí)對空冷塔循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化。實(shí)踐中，在機(jī)組內(nèi)加設(shè)公用的小流量變頻循環(huán)水泵，此時(shí)，在高背壓供熱工況下，依托該小流量變頻循環(huán)水泵的運(yùn)行支持，可以結(jié)合機(jī)組負(fù)荷、熱網(wǎng)循環(huán)水量實(shí)現(xiàn)對水泵流量的合理控制；結(jié)合新循環(huán)水管道的加設(shè)，促使并小流量變頻循環(huán)水泵與原機(jī)組的主循環(huán)水管道實(shí)施連接。將電動蝶閥新增值凝汽器進(jìn)/出口與熱網(wǎng)水連接口區(qū)域，即可參考不同工況現(xiàn)實(shí)需求的差異性，對熱網(wǎng)水、循環(huán)水實(shí)施自動化切換。

第三，凝結(jié)水系統(tǒng)的優(yōu)化。在供暖期內(nèi)，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行工況為高背壓供熱時(shí)，熱井出口位置的凝結(jié)水實(shí)際溫度始終大于凝結(jié)水精處理正常溫度。在改造前，凝結(jié)水精處理裝置的主要材料為普通樹脂，因此凝結(jié)水溫度表現(xiàn)出較高水平的條件下，難以確保凝結(jié)水精處理裝置長時(shí)間維持在安全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下?；谶@樣能的情況，在本次優(yōu)化改造過程中實(shí)施了換熱器系統(tǒng)的增設(shè)，在熱網(wǎng)循環(huán)回水的支持下完成對凝結(jié)水的冷卻處理，促使凝結(jié)水的最高溫度穩(wěn)定為65℃（實(shí)際溫度始終不超過該最高溫度），以此實(shí)現(xiàn)對凝結(jié)水精處理過程中實(shí)際工藝需求的滿足，并在凝結(jié)水降溫冷卻的同時(shí)對系統(tǒng)放熱量進(jìn)行吸收，換言之，對空冷塔防凍熱量落實(shí)回收利用，避免出現(xiàn)更高的熱量損失，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熱量能源的高效利用。

2.供熱初、末期的供熱機(jī)組運(yùn)行改造

在供熱初末期，切實(shí)依照能耗指標(biāo)排序，以此確定出優(yōu)先啟動接帶熱網(wǎng)機(jī)組。以供熱經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)的角度為入手點(diǎn)，對小供熱機(jī)組、熱水鍋爐與大機(jī)組進(jìn)行對比，能夠了解到，小供熱機(jī)組、熱水鍋爐的供熱經(jīng)濟(jì)性偏低，在供熱時(shí)間持續(xù)增加、接帶供熱面積不斷提升的條件下，所產(chǎn)生的消耗指標(biāo)也隨之提升。當(dāng)供熱處于初期階段時(shí)，供熱參數(shù)呈現(xiàn)出較低水平，需要對機(jī)組能耗指標(biāo)展開排序，對消耗指標(biāo)相對較低的機(jī)組實(shí)施優(yōu)先性啟動，同時(shí)提供最大供熱能力，除了接帶自身設(shè)計(jì)負(fù)荷之外，還需要另外接帶其他熱源負(fù)荷[1]。針對能耗指標(biāo)維持在較高水平的機(jī)組與熱水鍋爐，控制熱源停運(yùn)。在室外環(huán)境溫度持續(xù)下降的條件下，依托能耗指標(biāo)排序，對其他機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)進(jìn)行逐步增加，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充供熱。相對應(yīng)的，在轉(zhuǎn)入供熱末期后，要求根據(jù)能源消耗指標(biāo)排序，對供熱機(jī)組實(shí)施逐步停運(yùn)處理，滿足供熱需求的同時(shí)，降低能源消耗以及廠用電率。

3.廠內(nèi)供熱方式優(yōu)化和余熱利用

可以將原有的蒸汽供熱系統(tǒng)升級改造為熱水循環(huán)系統(tǒng)，避免產(chǎn)生較高的汽水與熱量損失；可以將煙冷器加設(shè)于鍋爐尾部煙道區(qū)域，對鍋爐排煙余熱進(jìn)行充分利用，加熱廠內(nèi)供熱循環(huán)水[2]；可以對低壓省煤器與熱網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行合并改造，在非供熱期實(shí)施加熱凝結(jié)水，并在供熱期作為熱網(wǎng)加熱器使用，以此促使低壓省煤器系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)；對廠內(nèi)各種低溫低壓汽水余熱實(shí)施最大化的回收利用，對供熱管道的疏水熱量展開切實(shí)利用，以此實(shí)施對外供生活熱水，達(dá)到促進(jìn)能源梯級利用程度和經(jīng)濟(jì)效益逐步提升的目標(biāo)。

4.降低熱網(wǎng)回水溫度

出于對提升供熱溫差與供熱效率的考量，對熱網(wǎng)回水溫度進(jìn)行適當(dāng)降低，促使“大流量小溫差”的熱網(wǎng)運(yùn)行方式做出改變的方法極為有效。同時(shí)，依托降低熱網(wǎng)回水溫度的落實(shí)，還能夠達(dá)到減小熱網(wǎng)循環(huán)水量的效果，在提升低真空供熱或熱泵供熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性方面，也發(fā)揮出較為理想的作用。實(shí)踐中，通過改造、調(diào)整各換熱站板式加熱器增加面積，可以實(shí)現(xiàn)回水溫度的下降（溫度下降量可以達(dá)到5-10℃），并收獲更為理想的供熱改造效益。

5.合理使用尖峰加熱器

在供熱初期以及末期背景下，低真空供熱機(jī)組的循環(huán)水流量維持在較低水平。此時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)低真空供熱，就必須要提前啟動機(jī)組，或是對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)延長。同時(shí)，在上述過程中，機(jī)組的接帶電負(fù)荷偏低，因此機(jī)組整體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性并不理想?；谶@樣的情況，可以積極選用尖峰加熱器完成供熱。當(dāng)室外環(huán)境溫度處于較低水平（氣候寒冷）時(shí)，應(yīng)當(dāng)對機(jī)組的抽汽能力展開最大程度的利用，或是應(yīng)用其他機(jī)組的抽汽加熱尖峰加熱器，規(guī)避使用主蒸汽減溫減壓直供尖峰加熱器[3]。

6.其他

第一，配合熱源優(yōu)化運(yùn)行，提升熱網(wǎng)系統(tǒng)切換的靈活性。依托對管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造，促使多個(gè)熱源之間的聯(lián)系性提升，以此使得熱源與熱網(wǎng)之間的互補(bǔ)成為現(xiàn)實(shí)。實(shí)踐中，參考不同供熱時(shí)期條件下熱消耗系數(shù)的差異性，推動熱源與熱網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)更具靈活性的互換，以此達(dá)到提升高效熱源實(shí)際供熱量的效果，強(qiáng)化熱網(wǎng)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

第二，充分利用熱網(wǎng)加熱器疏水。對熱網(wǎng)加熱器及時(shí)引入防漏及水質(zhì)處理初始，以此促使熱網(wǎng)加熱器疏水能夠切實(shí)返回至除氧器或者是溫度相當(dāng)?shù)募訜崞?，而不會直接流入凝汽器[4]。另外，也可以應(yīng)用在熱網(wǎng)加熱器疏水加設(shè)后置加熱器的方式，對疏水熱量實(shí)施充分利用。

第三，供熱機(jī)組主要輔機(jī)的優(yōu)化改造。對供熱機(jī)組的主要輔機(jī)驅(qū)動方式實(shí)施優(yōu)化調(diào)整，將原有的電驅(qū)動升級改造為蒸汽驅(qū)動。此時(shí)，涉及的優(yōu)化改造范圍為給水泵、送引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、循環(huán)水泵等一系列在實(shí)際運(yùn)行中耗電量相對較大的輔機(jī)。同時(shí)，也可以使用對仍循環(huán)泵等輔機(jī)進(jìn)行變頻改造的方式，促使廠用電率呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢。

（二）電廠供熱機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化改造的成效

依托上述優(yōu)化改造方案實(shí)施試驗(yàn)運(yùn)行，對比原有條件下供熱機(jī)組的運(yùn)行情況，得到結(jié)果如下：在完成上述改造后，供熱機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中的能源消耗量明顯下降，收獲更為理想的節(jié)能效果，達(dá)到預(yù)期；改造后，折算總熱量平均為513.16 兆瓦，相比未優(yōu)化改造前增加了189.32 兆瓦的供熱量，增加可供熱面積378.58 萬平方米，超出預(yù)期目標(biāo)；經(jīng)過折算得出，相比未優(yōu)化改造前，改造后的供熱機(jī)組在整個(gè)供熱期可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤55882.09 噸，經(jīng)濟(jì)效益得到明顯增大。

四、總結(jié)

綜上所述，為了在保證供熱效果的同時(shí)進(jìn)一步降低能源消耗量，對供熱機(jī)組運(yùn)行展開優(yōu)化改造是必然選擇。實(shí)踐中，通過高背壓供熱的優(yōu)化改造，結(jié)合供熱初末期的供熱機(jī)組運(yùn)行改造、廠內(nèi)供熱方式優(yōu)化和余熱利用、降低熱網(wǎng)回水溫度、合理使用尖峰加熱器、供熱機(jī)組主要輔機(jī)的優(yōu)化改造等措施的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中的能源消耗量明顯下降，經(jīng)濟(jì)效益增加，整體改造成效達(dá)到預(yù)期。