某電廠機(jī)組供熱改造方案設(shè)計(jì)及分析

中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 姜 凱 柴艷琴

中國電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 袁 迪

某熱電廠目前裝機(jī)容量為4×360MW（濕冷）＋2×1100MW（直接空冷），其中4×360MW亞臨界濕冷燃煤發(fā)電機(jī)組已完成供熱改造，供熱面積約900萬平方米，供熱方式為抽汽供熱。電廠二期工程2×1100MW超超臨界空冷機(jī)組為發(fā)電機(jī)組，尚未承擔(dān)供熱任務(wù)。隨著城市發(fā)展，需要供熱區(qū)域逐步增大，至2021年將新增供熱面積1500萬m2，總量可達(dá)2500萬m2。為此，該公司擬進(jìn)行供熱改造，以滿足上述區(qū)域供熱需求。

1 改造方案

1.1 供熱方案

從供熱成本和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，同時(shí)結(jié)合以往相似工程經(jīng)驗(yàn)，本工程有以下三種供熱方案選擇：前置凝汽器+熱泵+熱網(wǎng)加熱器供熱方案；高背壓+熱壓機(jī)+熱網(wǎng)加熱器供熱方案；背壓發(fā)電機(jī)+前置凝汽器+熱網(wǎng)加熱器供熱方案。

1.1.1 前置凝汽器+熱泵+熱網(wǎng)加熱器供熱方案

1.1.1.1 方案簡介

熱泵以蒸汽為驅(qū)動(dòng)熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用高品位的熱水。溴化鋰吸收式熱泵由取熱器、濃縮器、加熱器和再熱器四個(gè)部分組成[1]。

取熱器內(nèi)一直保持真空狀態(tài)，利用水在一定的低壓環(huán)境下便會(huì)低溫沸騰、氣化的原理，將水變?yōu)樗魵猓缓髮⑺魵庖氲郊訜崞?，再以溴化鋰溶液噴淋，利用溴化鋰溶液?qiáng)大吸水性的特性，其吸收水蒸氣會(huì)產(chǎn)生大量的熱，將加熱器中循環(huán)管路的水加熱，使其溫度升高；濃縮器的作用就是對(duì)溴化鋰濃溶液吸收水蒸氣后溶液變稀后再進(jìn)行濃縮，重新得到具有強(qiáng)大吸水性的溴化鋰濃溶液；再熱器是利用濃縮器內(nèi)蒸汽加熱濃縮溴化鋰稀溶液變成溴化鋰濃溶液而蒸發(fā)出來的二次乏汽，對(duì)上述循環(huán)管路中經(jīng)過加熱器加熱后的熱水進(jìn)行再加熱，從而達(dá)到更高的溫度。

1.1.1.2 供熱系統(tǒng)流程

采用本方案供熱時(shí)，引出中排抽汽供熱，主機(jī)以常規(guī)背壓14kPa 運(yùn)行，分別將乏汽和一部分供熱抽汽接入熱泵，相應(yīng)凝水分別回至主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，其余部分供熱抽汽引至熱網(wǎng)加熱器作尖峰補(bǔ)熱。熱網(wǎng)回水先進(jìn)入前置凝汽器，經(jīng)常規(guī)背壓乏汽加熱至51℃后進(jìn)入熱泵組內(nèi)，加熱至87℃左右進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，由供熱蒸汽加熱至需求溫度后送至廠外供熱。1.1.2 高背壓+熱壓機(jī)+熱網(wǎng)加熱器供熱方案

1.1.2.1 方案簡介

汽輪機(jī)高背壓運(yùn)行供熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很高的能效，國內(nèi)外都有很多成功的研究成果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[2-3]。凝汽式汽輪機(jī)改造為高背壓運(yùn)行供熱后，高背壓凝汽器成為熱水供熱系統(tǒng)的基本加熱器，原來的循環(huán)冷卻水變成了供暖熱媒，在熱網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行閉式循環(huán)，有效地利用了汽輪機(jī)凝汽所釋放的汽化潛熱。

為進(jìn)一步增加乏汽利用量，在高背壓凝汽器后增設(shè)熱壓機(jī)及其附屬凝汽器。熱壓機(jī)以直接抬升乏汽的壓力從而提高其飽和溫度，達(dá)到給熱網(wǎng)水加熱的目的。其特點(diǎn)是設(shè)備可靠，過程簡單，工作效率高，后續(xù)的維護(hù)工作量小。熱壓機(jī)本質(zhì)上是一種引射式壓縮器，它可以利用一部分高壓蒸汽引射低壓蒸汽，混合而得較多的中壓蒸汽。引射式壓縮器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)動(dòng)部件。熱壓機(jī)的結(jié)構(gòu)組成：主要由噴嘴，負(fù)壓腔，文丘里管三部分組成。結(jié)構(gòu)非常簡單，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。圖1為引射式壓縮器的流程簡圖。

圖1 熱壓機(jī)簡圖

1.1.2.2 供熱系統(tǒng)流程

采用本方案供熱時(shí)，為提高熱壓機(jī)出口蒸汽參數(shù)、提高乏汽利用量，主機(jī)需提高背壓運(yùn)行，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)暫按35kPa 背壓運(yùn)行。乏汽在熱壓機(jī)內(nèi)經(jīng)一部分供熱蒸汽引設(shè)后增壓至70kPa，進(jìn)入凝汽器內(nèi)供熱，相應(yīng)凝水回至主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，其余部分供熱抽汽引至熱網(wǎng)加熱器作尖峰補(bǔ)熱。熱網(wǎng)回水先進(jìn)入前置凝汽器，加熱至71.5℃（35kPa）；而后進(jìn)入熱壓機(jī)凝汽器內(nèi)，將熱網(wǎng)水加熱至87℃（70kPa）進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，經(jīng)供熱蒸汽加熱后送至廠外供熱。

1.1.3 背壓發(fā)電機(jī)+前置凝汽器+熱網(wǎng)加熱器供熱方案

方案簡介：本方案中，加熱蒸汽由汽輪機(jī)接出后，先進(jìn)入背壓汽輪機(jī)，推動(dòng)背壓機(jī)發(fā)電后，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器用于供熱，背壓機(jī)發(fā)電可用于廠用電或他用。本方案利用背壓機(jī)發(fā)電后的排汽供熱，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的梯級(jí)利用，提高能量有效利用率[4]。

供熱系統(tǒng)流程：采用本方案供熱時(shí)，主機(jī)抽汽先進(jìn)入背壓機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電后，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器。熱網(wǎng)回水在熱網(wǎng)凝汽器內(nèi)經(jīng)常規(guī)背壓乏汽加熱至51℃后進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，經(jīng)背壓機(jī)排汽加熱后送至廠外供熱。

1.2 方案選擇

上述方案中，方案一能夠利用穩(wěn)定利用乏汽供熱、降低供熱成本，但熱泵系統(tǒng)復(fù)雜，檢修維護(hù)工作量大且成本高，此外需新建熱泵間，占地面積較大；方案二能夠穩(wěn)定利用乏汽供熱且乏汽利用量較大，減少了抽汽對(duì)機(jī)組發(fā)電的影響，系統(tǒng)簡單、無需新建房間，但運(yùn)行時(shí)存在噪音，且運(yùn)行時(shí)需調(diào)節(jié)好機(jī)組背壓，以免熱壓機(jī)偏離設(shè)計(jì)工況、降低引射比，減少乏汽利用量。

方案三能夠?qū)崿F(xiàn)能量梯級(jí)利用，提高抽汽能量利用率，減少抽汽對(duì)發(fā)電量的影響，但供熱用抽汽量較大、乏汽用量較少、供熱成本較高。此外，本工程擬采用360MW 機(jī)組抽汽作為供熱汽源，參數(shù)較低，經(jīng)過背壓機(jī)發(fā)電后不能滿足供熱需求，且背壓機(jī)涉及系統(tǒng)較多，檢修維護(hù)工作量較大且成本高，需新建背壓機(jī)房，占地面積較大。

綜上所述，基于運(yùn)行成本、設(shè)備后期維護(hù)便利性、余熱利用、供熱經(jīng)濟(jì)性考慮，推薦采用方案二（高背壓+熱壓機(jī)+熱網(wǎng)加熱器供熱方案）作為本工程供熱改造方案。

2 改造效果分析

煤耗成本分析。按照方案二改造后，當(dāng)供熱面積為2500萬m2時(shí)，總供熱量為1303萬GJ，其中蒸汽供熱量107萬GJ，乏汽供熱量1196萬GJ，乏汽余熱供熱率為91.7%。整個(gè)采暖季需供熱抽汽41.5萬噸，可回收乏汽504.9萬噸。抽汽減少機(jī)組發(fā)電量約6027萬kWh，提高機(jī)組背壓運(yùn)行減少發(fā)電量約43994萬kWh，相當(dāng)于抽汽增加標(biāo)煤耗量約1.87萬噸，提高背壓運(yùn)行增加標(biāo)煤耗量約13.7萬噸。此時(shí)蒸汽供熱成本約為17.4kg 標(biāo)煤/GJ，乏汽供熱煤耗成本約為11.4kg 標(biāo)煤/GJ。

改造影響分析。當(dāng)供熱面積為2500萬m2時(shí)，抽汽用量增多，對(duì)機(jī)組全年發(fā)電量的影響較大，供熱將減少機(jī)組全年發(fā)電量5億kWh，如需彌補(bǔ)，則需增加標(biāo)煤耗量約15.6萬噸?？紤]采暖季供熱時(shí)機(jī)組發(fā)電量的減少，可通過增加機(jī)組滿發(fā)運(yùn)行小時(shí)數(shù)彌補(bǔ)，全廠機(jī)組需增加137滿發(fā)運(yùn)行小時(shí)。熱電廠實(shí)施供熱改造后，可替代城市中現(xiàn)有分散鍋爐房、區(qū)域鍋爐房供熱，考慮鍋爐房供熱效率低、供熱能耗高，改造后可對(duì)社會(huì)產(chǎn)生較大的節(jié)煤效益，當(dāng)量社會(huì)節(jié)煤量達(dá)到60.0萬噸，為社會(huì)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3 結(jié)論

基于乏汽利用、運(yùn)行成本、設(shè)備占地、共熱經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，推薦采用高背壓+熱壓機(jī)+熱網(wǎng)加熱器供熱方案作為本工程供熱改造方案。改造完成后總供熱量可達(dá)1303萬GJ，蒸汽供熱成本約為17.4kg 標(biāo)煤/GJ，乏汽供熱煤耗成本約為11.4kg 標(biāo)煤/GJ。改造完成后，當(dāng)量社會(huì)節(jié)煤量達(dá)到60.0萬噸，為社會(huì)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。