燃煤電廠供熱能力提升策略探析

劉彬 華電濰坊發(fā)電有限公司

煤炭產(chǎn)業(yè)中礦井節(jié)能也成為重要的環(huán)節(jié)。能源消耗中的大戶是由供暖空調(diào)所引起的能耗，加之礦井用熱使得礦井鍋爐房供熱一年四季處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行階段。通過(guò)具體改造實(shí)例對(duì)高背壓供熱改造方案進(jìn)行了評(píng)估；以吸收式熱泵為主，介紹了熱泵余熱回收供熱改造原理并分析了其性能參數(shù)；以切除低壓缸進(jìn)汽、光軸改造為例，介紹了低壓缸“零出力”供熱改造方式的特點(diǎn)。

一、原理介紹

高背壓供熱改造以空冷機(jī)組的高背壓改造為主。其原理是通過(guò)提高機(jī)組的運(yùn)行背壓，從而提高汽輪機(jī)的排汽溫度，直接用汽輪機(jī)排汽來(lái)加熱熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行供熱。該方法可有效利用汽輪機(jī)排汽余熱，避免冷源損失，提高機(jī)組的熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。同時(shí)可在不增加機(jī)組規(guī)模的前提下，增大機(jī)組的供熱量和供熱面積。機(jī)組的循環(huán)水轉(zhuǎn)換為熱網(wǎng)的循環(huán)水，吸收排汽中的余熱后水溫提升，此加熱過(guò)程稱為一次加熱；加熱后的水進(jìn)入供熱首站會(huì)再次吸收熱量提升溫度，此過(guò)程稱為二次加熱；由此產(chǎn)生的高溫水進(jìn)入換熱站進(jìn)行換熱、供熱；冷卻后進(jìn)入凝汽器中加熱，重復(fù)上述過(guò)程，構(gòu)成循環(huán)供暖回路。上述流程可概括為：新增凝汽器與熱網(wǎng)形成新的循環(huán)，利用排汽中的余熱加熱循環(huán)水，被加熱的循環(huán)水隨后進(jìn)入熱網(wǎng)供暖，溫度降低后進(jìn)入凝汽器，從而構(gòu)成供暖循環(huán)。值得注意的是高背壓供熱改造后要選擇合適的低壓缸轉(zhuǎn)子。同時(shí)對(duì)空冷機(jī)組而言，在供暖期進(jìn)行高背壓供熱改造時(shí)要“切除”空冷機(jī)組的空冷裝置。濕冷機(jī)組改造原理與其大體相似，不同之處在于空冷機(jī)組在改造時(shí)需要“切除”空冷裝置。

二、燃煤機(jī)組供熱能力提升策略

（一）蓄熱式電鍋爐

目前，電熱鍋爐主要采用直接電熱鍋爐和蓄熱式電加熱鍋爐（蓄熱材料一般采用高鋁混凝土磚和氧化鎂磚）。從實(shí)現(xiàn)原理來(lái)看，電鍋爐具有“完全”的熱電解耦能力，熱電解耦能力強(qiáng)，不足之處在于直接將高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)換為熱能，雖然電能到熱能的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)99%以上，但電能的生產(chǎn)過(guò)程，一次能源的利用效率往往只有30%～40%（常規(guī)火電廠熱效率）。與直接利用熱能供熱的方式相比，供熱經(jīng)濟(jì)性差。此外，根據(jù)電鍋爐供熱改造調(diào)研情況，電鍋爐供熱改造單位投資約為1000 元/kW，投資高；且對(duì)電鍋爐供熱改造對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰政策的依賴性非常高，由于用電成本較高，如果沒(méi)有調(diào)峰政策補(bǔ)貼，則很難回收投資成本，政策風(fēng)險(xiǎn)較高。

（二）熱泵余熱回收供熱改造

熱泵主要包括吸收式熱泵和電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵2 種。2 種熱泵的原理大體相似，都是使用驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)熱泵，不同的是吸收式熱泵在發(fā)生器內(nèi)采用高品位參數(shù)的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，將工質(zhì)溶液進(jìn)行分離，而電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵采用電能將工質(zhì)溶液進(jìn)行分離，一般用于制冷。吸收式熱泵的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本較低。制冷工質(zhì)溴化鋰溶液無(wú)毒，且沒(méi)有損耗，受系統(tǒng)負(fù)荷變化影響較小。機(jī)組容量大，最高可達(dá)30MW。制熱時(shí)出水溫度較高，可達(dá)85℃。缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，發(fā)生器內(nèi)壓力對(duì)熱泵性能影響較大，使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境要求較嚴(yán)格，占地面積較大。熱負(fù)荷變化時(shí)，熱泵水量無(wú)法保障，會(huì)出現(xiàn)搶水現(xiàn)象，而且空冷島容易結(jié)凍。電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵以電能直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，吸收熱電廠乏汽余熱。熱電廠的乏汽余熱經(jīng)凝汽器先被循環(huán)冷卻水帶走，然后電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵在蒸發(fā)器從循環(huán)冷卻水中吸收熱量，再通過(guò)冷凝器放出熱量二次加熱熱網(wǎng)回水。由于電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵對(duì)熱網(wǎng)回水的升溫有限，所以還需要尖峰加熱器進(jìn)行調(diào)峰。此外，電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵還可利用風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能起到電力調(diào)峰的作用。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，儲(chǔ)熱利用裝置和電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵的引入都可增加對(duì)風(fēng)電的消納，但是電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵引入后余熱回收利用的效果更好，利用現(xiàn)有的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)最佳的風(fēng)電集成。

（三）燃?xì)鉄煔庥酂峄厥展岱绞?/h3>

燃?xì)鉄煔庥酂峄厥展崾窃诔Ｒ?guī)的煙氣余熱回收技術(shù)（包括利用熱網(wǎng)回水與煙氣換熱、利用空氣與煙氣換熱或二者結(jié)合）的基礎(chǔ)上，為了獲得低溫冷源，在系統(tǒng)中加入吸收式熱泵，利用熱泵制取低溫冷卻水，從而達(dá)到深度回收余熱的目的。在熱網(wǎng)回水溫度為50℃的情況下，該余熱回收方式可以將經(jīng)濟(jì)排煙溫度降至20℃，系統(tǒng)的余熱回收率可達(dá)80%。煙氣進(jìn)入深度余熱回收階段時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量的酸性冷凝水，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕；同時(shí)，換熱量越大，設(shè)備造價(jià)越高：因此，實(shí)際工程中一般使用直接接觸式噴淋塔代替間壁式換熱器，可有效降低腐蝕帶來(lái)的影響，同時(shí)降低設(shè)備成本，減少傳熱傳質(zhì)阻力，提高換熱效率。

（四）適應(yīng)性供熱策略

適應(yīng)性供熱思路為：首先根據(jù)燃煤鍋爐的實(shí)時(shí)蒸發(fā)量求出各模式的當(dāng)前最大供熱量，在模式最大供熱能力滿足熱力公司所下發(fā)供熱負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，選擇發(fā)電量最大的模式，稱其為最優(yōu)模式；然后根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)所處模式判斷需進(jìn)行模式間切換或模式內(nèi)優(yōu)化，并給出相關(guān)建議；最后運(yùn)行人員根據(jù)提示執(zhí)行相關(guān)操作。若六種供熱模式均無(wú)法滿足供熱需求，則在適應(yīng)性供熱界面中顯示“機(jī)組供熱極限不滿足需求”。

三、結(jié)語(yǔ)

目前設(shè)計(jì)的該取熱裝置體積過(guò)于龐大，施工與安裝帶來(lái)眾多不便，需要進(jìn)一步優(yōu)化取熱器尺寸。噴淋換熱效率實(shí)際測(cè)試運(yùn)行效率在80%左右，因此換熱效率需要通過(guò)霧化噴嘴的設(shè)計(jì)，噴排設(shè)計(jì)、淋水密度優(yōu)化需要進(jìn)一步提高。加快燃煤發(fā)電升級(jí)與改造，加大既有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、燃煤發(fā)電機(jī)組調(diào)峰靈活性改造力度，改善電力系統(tǒng)調(diào)峰性能，提高火電機(jī)組靈活運(yùn)行模式和運(yùn)行效率。通過(guò)智慧發(fā)電技術(shù)，開發(fā)在線診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組邊界頻繁擾動(dòng)的優(yōu)化控制。