燃煤機(jī)組提升供熱蒸汽參數(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

楊林

摘要：在現(xiàn)行碳中和、碳達(dá)峰國家政策條件下，需擴(kuò)大燃煤電廠的供熱半徑實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行政策目標(biāo)，需提高燃煤電廠供熱壓力及溫度擴(kuò)大供熱半徑，本文通過壓力匹配器及減溫減壓器的優(yōu)缺點(diǎn)對比，并參照常用燃煤機(jī)組的抽汽方案，初步提出燃煤電廠內(nèi)如何滿足對外供熱參數(shù)要求，提出供熱參數(shù)提升方案;并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比。

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組、煤耗、壓力匹配器、減溫減壓器、噴嘴、壓力、溫度

一、概述

為我國順利完成碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)，最近國家發(fā)改委和能源局《關(guān)于開展全國煤電機(jī)組改造升級的通知》發(fā)改運(yùn)行【2021】1519號文對燃煤機(jī)組提出了更高的要求和相應(yīng)的改造路線?，F(xiàn)行國家政策要求越來越高，目前現(xiàn)有300MW以上純凝發(fā)電機(jī)組和供熱機(jī)組面臨巨大壓力，為適應(yīng)未來碳中和、碳達(dá)峰的要求，達(dá)到降低煤耗及減排的目標(biāo)，機(jī)組供熱改造和擴(kuò)大供熱距離尋找更多的熱負(fù)荷將是現(xiàn)有燃煤發(fā)電機(jī)組和供熱機(jī)組生存及實(shí)現(xiàn)1519號文的計(jì)劃降低供電煤耗的首選方案。

由于大部分燃煤電廠地處偏僻，為保證能夠有充足的熱負(fù)荷，大部分電廠需進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送蒸汽，才能保證對外供熱量，達(dá)到預(yù)期的降低煤耗率和熱電比。隨著供熱技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是長輸熱網(wǎng)技術(shù)和低能耗蒸汽熱網(wǎng)技術(shù)的提出，使電廠蒸汽遠(yuǎn)距離輸送成為可能，但在此情況下對電廠出口蒸汽參數(shù)提出了較高要求，需以較高參數(shù)對外實(shí)施供熱，在此之前通常電廠供熱改造做法為高壓蒸汽直接減溫減壓適應(yīng)對外供熱參數(shù)的需求，此方式不太經(jīng)濟(jì)，節(jié)流損失較大;因此需考慮采用低壓參數(shù)蒸汽提高壓力、溫度對外供熱的設(shè)計(jì)方案。

二、供熱參數(shù)提升改造方案

以300MW機(jī)組改造為例：

燃煤電廠如需對外供應(yīng)1.2Mpa，380℃的90t/h蒸汽，通常做法為通過再熱熱段抽汽經(jīng)減溫減壓達(dá)到對外供熱參數(shù)的要求，此種方式采用高品質(zhì)熱再蒸汽經(jīng)節(jié)流后損失較大，經(jīng)濟(jì)性不高。但如采用中壓缸排汽供熱，由于蒸汽壓力及溫度較低，參數(shù)為0.8Mpa、337℃不能滿足對外使用要求，如需采用中壓缸排汽供熱，需提升中排抽汽的溫度及壓力，因此本設(shè)計(jì)方案提出采用壓力匹配器方案來提高對外供熱參數(shù)，利用熱再高溫高壓蒸汽通過壓力匹配器噴射抽吸中壓缸排汽的低溫低壓蒸汽達(dá)到提升中壓缸排汽抽汽的參數(shù)到1.2Mpa，380℃對外供熱的目的。

壓力匹配器是提高低壓蒸汽參數(shù)的專用設(shè)備。其原理是利用高參數(shù)蒸汽（驅(qū)動蒸汽）通過壓力匹配器內(nèi)置噴咀噴射產(chǎn)生的高速氣流，將低參數(shù)蒸汽吸入，使其壓力和溫度提高，而高參數(shù)蒸汽的壓力和溫度降低。從而使低參數(shù)蒸汽的參數(shù)滿足不同用戶企業(yè)的要求，利用了原來不能利用的低參數(shù)蒸汽，減少了節(jié)流損失，增加了機(jī)組發(fā)電量，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.1減溫減壓器與壓力匹配器優(yōu)缺點(diǎn)對比

通過上文可以看出采用壓力匹配器是提高對外供熱壓力及溫度的有效途徑。

三、壓力匹配器設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

3.1壓力匹配器的選擇

壓力匹配器是提高低壓蒸汽參數(shù)的專用設(shè)備，高壓氣體噴射，吸入低壓氣體，經(jīng)壓縮擴(kuò)壓產(chǎn)生中壓氣體，達(dá)到利用低壓氣體、節(jié)能的目的。

通常評價(jià)壓力匹配器性能的重要指標(biāo)為引射系數(shù)，比如1個(gè)單位的高壓氣體能吸入越多單位的低壓蒸汽，引射系數(shù)就越高，說明壓力匹配器性能越好，節(jié)能改造效果越好。影響引射系數(shù)的主要因素為進(jìn)汽壓力、溫度及供熱流量，進(jìn)汽壓力和溫度受機(jī)組負(fù)荷的影響不可控，但一但機(jī)組認(rèn)定為供熱機(jī)組后保持較高的發(fā)電負(fù)荷壓力、溫度正常可保持不變，因此此處影響引射系數(shù)的最重要因素就是對外供熱流量了。對于壓力匹配器如果外部熱負(fù)荷變化頻繁直接影響壓力匹配器的工作效率，因此壓力匹配器設(shè)計(jì)選型時(shí)需結(jié)合熱負(fù)荷的波動情況，合理設(shè)置壓力匹配器內(nèi)置噴嘴，保證壓力匹配器適應(yīng)各工況下都能高效的工作，此處匹配器的內(nèi)置噴嘴的設(shè)置就尤為重要。

壓力匹配器內(nèi)置噴嘴通常可分為單噴嘴、多噴嘴結(jié)構(gòu)：

單噴嘴結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、對供熱量變化適應(yīng)性差，供熱量變化不能保證較高的引射系數(shù)，降低了單噴嘴匹配器的使用效率;多噴嘴結(jié)構(gòu)為各單噴嘴并聯(lián)，其進(jìn)汽原理與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門配汽方式類似，用一根閥桿通過提板依次開啟多個(gè)噴嘴的針型調(diào)節(jié)閥，在小流量時(shí)打開一個(gè)噴嘴，大流量時(shí)開啟兩個(gè)或三個(gè)噴嘴，保持壓力匹配器噴嘴在設(shè)計(jì)引射系數(shù)下高效工作，此結(jié)構(gòu)適用于流量在出口蒸汽流量在30%--100%范圍內(nèi)變動。

本技術(shù)方案考慮采用多噴嘴壓力匹配器，在多噴嘴訂貨時(shí)可根據(jù)需要設(shè)置不同噴嘴的使用流量。以出口最大流量為90噸為例，壓力匹配器由 A、B、C四個(gè)噴嘴組成，正?？稍O(shè)置A、B、C所對應(yīng)的流量分別為30噸、30噸、30噸;也可優(yōu)化A、B、C所對應(yīng)的流量分別為10噸、30噸、50噸，此方式采用雙重控制系統(tǒng)（管道流量控制系統(tǒng)與壓力控制系統(tǒng)，流量控制采取“事前指令+事后校正”的控制模式）。本技術(shù)方案采用后者流量配置方案，此配置可進(jìn)一步縮小壓力匹配器適應(yīng)最小流量的范圍。

3.2壓力匹配器的布置方式

壓力匹配器布置方式通常有兩種方式：臥式和立式。

立式安裝布置方式占地面積小，但立式安裝時(shí)考慮到匹配器運(yùn)行時(shí)氣流引起的振動，對平臺支座及管嘴要求較高，如安裝及設(shè)計(jì)不當(dāng)容易造成管嘴或支架斷裂;臥式安裝布置方式雖需較大的空間，但臥式安裝穩(wěn)定性好，且考慮到壓力匹配器的運(yùn)行噪音，臥式安裝便于隔音罩的安裝，因此推薦在空間位置足夠的情況下優(yōu)先采用臥式安裝方式。

四、節(jié)能效益對比

根據(jù)上文300MW機(jī)組供熱參數(shù)及抽汽方案為例，按假定機(jī)組THA工況下發(fā)電量300MW，熱耗7954.3KJ/KWh計(jì)算壓力匹配器方案的節(jié)能收益。

假定對外供熱量90t/h，供熱參數(shù)1.2Mpa，350℃，減溫減壓器及壓力匹配器抽汽方案如下：

減溫減壓器方案：熱再抽汽參數(shù)3.15Mpa，538℃，抽汽量為77.5t/h;減溫水參數(shù)10Mpa，180℃，減溫水量為12.5t/h。

壓力匹配器方案（THA工況下引射系數(shù)約為1）：熱再抽汽參數(shù)3.15Mpa，538℃，抽汽量為38.6t/h;中排抽汽參數(shù)0.8Mpa，337℃，抽汽量為45t/h;減溫水參數(shù)10Mpa，180℃，減溫水量為6.4t/h。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，壓力匹配器方案可比減溫減壓器方案少用熱再抽汽約38.9t/h，此部分蒸汽可用于中壓缸發(fā)電后從中排抽出于前序熱再抽汽匹配后供熱，壓力匹配器方案可在機(jī)組同樣的供熱流量下多發(fā)電4386kw，可降低機(jī)組熱耗為114.6KJ/KWh，節(jié)約煤耗為3.9g/KWh，按機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)4000小時(shí)，標(biāo)煤價(jià)格700元/t計(jì)算，年可節(jié)約標(biāo)煤4680噸，年節(jié)約費(fèi)用約為327萬元。

結(jié)論

根據(jù)以上分析及節(jié)能計(jì)算可以看出，壓力匹配器在提升蒸汽供熱參數(shù)有著很大的優(yōu)勢，對純凝機(jī)組供熱改造及節(jié)能降耗方面有著巨大的優(yōu)勢，完全適應(yīng)國家的節(jié)能減排及碳中和、碳達(dá)峰的政策。

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