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直接空冷機(jī)組運(yùn)行背壓范圍較大，在低壓缸排汽增加高背壓凝汽器給熱網(wǎng)循環(huán)水初步加熱，大幅提升了機(jī)組供熱能力，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，本文以靈武電廠#1、#2、#3空冷機(jī)組供熱改造為案例，分析了大型空冷機(jī)組對(duì)城市集中供熱改造后，運(yùn)行方式的設(shè)定，運(yùn)行調(diào)整時(shí)應(yīng)注意的問題，對(duì)中排抽汽供熱和高背壓凝汽器供熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，根據(jù)“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”的原則，結(jié)合設(shè)備實(shí)際確定出最優(yōu)運(yùn)行方式。關(guān)鍵詞：高背壓供熱，供熱改造，經(jīng)濟(jì)性，供熱運(yùn)行。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“國(guó)能龍?jiān)垂?jié)能”作者：王震 鐘定均）

1、前言

火力發(fā)電是電能生產(chǎn)的重要組成部分，受設(shè)備技術(shù)的限制，目前大型火電機(jī)組的裝置效率在40%左右，煤炭燃燒的60%的能量被排放到環(huán)境中，無(wú)法利用，造成極大的環(huán)境保護(hù)壓力和能源的浪費(fèi)。目前，集中供熱是北方城市的主要供暖方式，純凝空冷機(jī)組經(jīng)過供熱改造進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，有效的減少了機(jī)組的冷端損失，大幅提升能源利用效率，替代了城市中效率低、污染大、布置分散的小鍋爐，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。靈武電廠一期#1、#2機(jī)組為600MW直接空冷機(jī)組，空冷島設(shè)置56個(gè)冷卻單元，二期#3機(jī)為國(guó)內(nèi)首臺(tái)1060MW直接空冷機(jī)組，空冷島設(shè)置80個(gè)冷卻單元，現(xiàn)有文獻(xiàn)[3-7]對(duì)高背壓供熱進(jìn)行了分析研究，本文根據(jù)#1、#2、#3機(jī)供熱改造項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)大型空冷機(jī)組高背壓凝汽器和中排抽汽供熱改造后的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行重點(diǎn)分析，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，調(diào)整運(yùn)行方式，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

2、供熱改造方案及熱力系統(tǒng)布置

#1、#2機(jī)在低壓缸排汽管道上增設(shè)旁路進(jìn)汽管道，將部分（全部）低壓缸排汽引入到高背壓凝汽器，機(jī)組在高背壓凝汽器運(yùn)行時(shí)，背壓33kPa，出水溫度最高可達(dá)70℃，#1、#2、#3機(jī)在中壓缸排汽聯(lián)通管增加供熱抽汽，作為熱網(wǎng)尖峰汽源，#1、#2機(jī)中排供熱抽汽設(shè)計(jì)為單臺(tái)最大600t/h，#3機(jī)設(shè)計(jì)為最大1000t/h。高背壓凝汽器有效提升了蒸汽在汽輪機(jī)的做功比例，實(shí)現(xiàn)冷端損失的大幅回收，顯著提高機(jī)組供熱能力的同時(shí)，電負(fù)荷影響較少。

銀川熱網(wǎng)回水30℃經(jīng)過清洗濾水器、高背壓凝汽器（加熱至68℃），再經(jīng)過銀川供熱首站并列運(yùn)行的4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，最后進(jìn)入6臺(tái)并列運(yùn)行的熱網(wǎng)加熱器后向銀川供熱，供水溫度130℃，銀川首站設(shè)置三臺(tái)背壓發(fā)電機(jī)組，對(duì)供熱抽汽進(jìn)行梯級(jí)利用，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，背壓發(fā)電機(jī)并入#3機(jī)廠用電系統(tǒng)（本文不對(duì)背壓機(jī)做研究）。

靈武熱網(wǎng)回水首先經(jīng)過銀川供熱首站的水-水換熱器（加熱5-6℃），再經(jīng)過靈武供熱首站并列運(yùn)行的2臺(tái)汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，最后進(jìn)入靈武供熱首站4臺(tái)并列運(yùn)行的熱網(wǎng)加熱器加熱后向靈武供熱。

#1、#2機(jī)供熱抽汽凝結(jié)水回除氧器，所需壓力較高，需要高壓疏水泵加壓，#3機(jī)回水經(jīng)過水-水換熱器降溫后至熱井，本著供熱抽汽與凝結(jié)水回水平衡的原則，根據(jù)不同運(yùn)行方式，可以通過凝結(jié)水閥門開關(guān)的不同狀態(tài)，對(duì)供熱回水進(jìn)行分配，保證機(jī)組的凝結(jié)水量平衡。

3、供熱機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整原則

根據(jù)“以熱定電、安全經(jīng)濟(jì)”的原則，合理安排各機(jī)組運(yùn)行方式、背壓運(yùn)行方式，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)供熱季不同階段的供熱負(fù)荷確定出機(jī)組的調(diào)峰負(fù)荷區(qū)，參與電網(wǎng)調(diào)峰，參與電網(wǎng)調(diào)峰時(shí)應(yīng)注意最低負(fù)荷時(shí)保證供熱參數(shù)不受影響，最高負(fù)荷時(shí)設(shè)備不應(yīng)超出設(shè)計(jì)出力，機(jī)組增加負(fù)荷還應(yīng)該以安全穩(wěn)定為前提。

正常運(yùn)行方式的設(shè)定按照：“負(fù)荷均攤，互為備用”的原則，應(yīng)保證可靠性，中排抽汽方式如圖2所示，#1機(jī)、#2機(jī)供熱抽汽互為備用，#2機(jī)供熱抽汽可作為#3機(jī)供熱抽汽備用汽源，#1、#2機(jī)高背壓凝汽器互為備用。保證每臺(tái)加熱器都有備用汽源，同時(shí)留有一部分供熱出力余量。

4、供熱機(jī)組的抽汽控制

由于機(jī)組供熱為技改實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)初期均不是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，在進(jìn)行供熱負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)必須考慮其安全性。

1）防止中壓缸末級(jí)葉片過負(fù)荷。應(yīng)嚴(yán)格控制中排的壓力不能過低，確保中壓缸末級(jí)葉片機(jī)械應(yīng)力在設(shè)計(jì)安全范圍內(nèi)。

2）保證低壓缸進(jìn)口最小冷卻流量。在采暖期大負(fù)荷供熱，低壓缸進(jìn)汽量減少，容積流量減小，會(huì)導(dǎo)致末級(jí)葉片鼓風(fēng)發(fā)熱，影響機(jī)組安全性。#3機(jī)低壓缸進(jìn)汽壓力不小于0.37MPa（絕壓），#1、#2機(jī)不小于0.17MPa（絕壓），低壓缸排汽溫度不大于80℃，避免低壓缸末級(jí)葉片陷入負(fù)功率區(qū)。#1、#2機(jī)高背壓運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按照背壓限制曲線，保證低壓缸入口流量不低于限值。

3）確定供熱抽汽壓力調(diào)整范圍。根據(jù)溫度對(duì)口，減少換熱溫差，降低供熱抽汽參數(shù)，有利于能源的梯級(jí)利用。但是供熱抽汽參數(shù)的最低值，須在滿足機(jī)組安全和供熱出力的前提下，以下是各供熱抽汽用戶所需要的最低蒸汽壓力值。

取上述壓力的最高值，加上管道壓降，同時(shí)保留一定量的壓力調(diào)節(jié)裕量，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)供熱抽汽母管的壓力設(shè)定值不低于0.6MPa。當(dāng)供熱抽汽流量大時(shí)，為了保證供熱抽汽的流量，抽汽壓力還要相應(yīng)的提高，以保障供熱出力。

5、供熱抽汽調(diào)整閥的節(jié)流損失

中排抽汽壓力控制由供熱抽汽調(diào)整閥LEV和低壓缸入口節(jié)流閥EGV共同控制，如圖3，中排壓力隨機(jī)組負(fù)荷變化：當(dāng)中排壓力高時(shí)，LEV閥節(jié)流抽汽，降低抽汽壓力。當(dāng)中排壓力低時(shí)，LEV閥全開，EGV閥節(jié)流低壓缸進(jìn)汽，提升供熱抽汽壓力。

LEV、EGV閥的節(jié)流產(chǎn)生節(jié)流損失，屬于不可逆過程，造成中排蒸汽技術(shù)功的損失，LEV閥節(jié)流供熱抽汽，減少銀川供熱首站背壓發(fā)電機(jī)作功能力；EGV閥節(jié)流低壓缸進(jìn)汽，蒸汽在低壓缸焓降減少，排汽焓增加，冷端損失增加，導(dǎo)致發(fā)電煤耗增加。

根據(jù)#1機(jī)運(yùn)行工況：#1機(jī)中排供熱抽汽量400t/h，低壓缸入口流量870t/h，#1機(jī)低壓缸入口EGV閥節(jié)流將中排壓力由0.6MPa提升至0.8MPa所影響的功率變化如下表。

因此在運(yùn)行調(diào)整時(shí)應(yīng)注意：

1）中排壓力高的時(shí)候。應(yīng)適當(dāng)提高中排抽汽壓力設(shè)定值，減少LEV閥的節(jié)流損失，可提升銀川首站背壓機(jī)的做功能力，提高背壓機(jī)發(fā)電量。

2）中排壓力低的時(shí)候。優(yōu)先采取增加蒸汽量的方式增加供熱出力，適當(dāng)降低中排抽汽壓力設(shè)定值，減少低壓缸入口EGV閥的節(jié)流損失。

6、中排抽汽供熱對(duì)機(jī)組電負(fù)荷的影響

根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，#1、#3機(jī)組每增加100t/h，降低發(fā)電煤耗分別為8.96g/kwh和6.62g/kwh；#1機(jī)供熱抽汽每增加5.4t/h，機(jī)組電負(fù)荷減少1MW，#2機(jī)高背壓運(yùn)行方式，供熱抽汽每增加7.0t/h，機(jī)組電負(fù)荷減少1MW，#3機(jī)供熱抽汽每增加4.7t/h，機(jī)組負(fù)荷減少1MW。

一期#2機(jī)高背壓方式，#1機(jī)低背壓方式，#1、#2機(jī)中排抽汽焓值在3140kJ/kg附近，#3機(jī)為1060MW機(jī)組中排抽汽焓值3200kJ/kg附近，分別計(jì)算#1、#2、#3機(jī)中排供熱每吉焦抽汽影響的電量，如下表：

1）#1機(jī)供熱抽汽影響發(fā)電量比較大，原因是#1機(jī)供熱抽汽凝結(jié)水回水至除氧器，供熱初末期回水溫度較低，相比#5低加出口溫差較大，額外消耗了高品質(zhì)四抽蒸汽加熱，造成機(jī)組做功能力的下降。

2）#2機(jī)供熱抽汽回水至除氧器，同樣存在供熱凝結(jié)水回水溫度低的問題，因高背壓方式運(yùn)行，中排蒸汽的低壓缸做功的焓降比#1機(jī)要小，供熱抽汽影響的電量小。

3）#3機(jī)因?yàn)槌槠麉?shù)高，影響機(jī)組負(fù)荷較大，但是因?yàn)槌槠厮捎诮?jīng)過水-水換熱器，抽汽凝結(jié)水回?zé)峋?，供熱抽汽?1、#2機(jī)供熱抽汽焓降大，利用低壓缸抽汽加熱凝結(jié)水，換熱溫差小，供熱每吉焦影響電量較#1機(jī)相差不大。

7、高背壓凝氣器的經(jīng)濟(jì)性分析

高背壓凝汽器利用低壓缸低參數(shù)排汽給熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行初步加熱，機(jī)組供熱季高背壓投運(yùn)時(shí)，通過減少空冷島的散熱量維持機(jī)組高背壓運(yùn)行，背壓在33kPa時(shí)，出水溫度可達(dá)70℃，優(yōu)點(diǎn)是換熱溫差?。▽?shí)際0.6℃），供熱能力強(qiáng)，對(duì)機(jī)組電量影響較少，對(duì)比機(jī)組冬季低背壓9.0kPa，機(jī)組33kPa背壓運(yùn)行時(shí)，蒸汽在汽輪機(jī)的焓降減少，機(jī)組電負(fù)荷減少量約9%。

通過控制進(jìn)入空冷島的蒸汽量，來(lái)維持機(jī)組背壓，進(jìn)入空冷島的熱量越多，機(jī)組的冷端損失越大，能量利用率下降。因此，進(jìn)入高背壓凝汽器的蒸汽量占低壓缸排汽總量越多，機(jī)組冷端損失越小，經(jīng)濟(jì)性越好，通過對(duì)#2機(jī)高背壓實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)得出，高背壓凝汽器利用率與影響電量的關(guān)系如下表：

表中隨著高背壓凝汽器利用蒸汽量占低壓缸排汽量的比例逐漸提高，機(jī)組供熱影響的電量越小，當(dāng)大于27%時(shí)優(yōu)于#1機(jī)中排抽汽供熱；當(dāng)大于36%時(shí)優(yōu)于#2機(jī)高背壓下中排抽汽供熱；高背壓凝汽器大幅度減少了空冷島的冷端損失用于供熱，當(dāng)進(jìn)入高背壓凝汽器的排汽為100%時(shí)，機(jī)組將沒有冷端損失，因此，提高高背壓凝汽器利用率是提高供熱經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。

8、供熱最優(yōu)運(yùn)行方式的探討供熱機(jī)組在運(yùn)行調(diào)整中提高經(jīng)濟(jì)性的方法：溫度對(duì)口、梯級(jí)利用。通過合理的運(yùn)行方式，多用低品位能量，少用高品位能量；最大限度減少機(jī)組的冷端損失。結(jié)合靈武電廠供熱設(shè)備實(shí)際，提出了以下運(yùn)行方式：銀川熱網(wǎng)循環(huán)水流程如圖4。

高背壓凝汽器運(yùn)行方式分析：按如圖方式熱網(wǎng)循環(huán)水先進(jìn)入#2高背壓凝汽器，#2機(jī)背壓在10-15kPa滑壓運(yùn)行，再進(jìn)入#1機(jī)高背壓凝汽器加熱至71℃，#1機(jī)背壓33kPa運(yùn)行。#2機(jī)背壓低對(duì)機(jī)組電量影響較小，充分利用高背壓凝汽器加熱端差小的優(yōu)勢(shì)，回收利用了部分冷端損失，隨#2機(jī)背壓的控制，分擔(dān)#1機(jī)高背壓凝汽器的供熱負(fù)荷，調(diào)整比較靈活，當(dāng)#2機(jī)背壓15kPa時(shí)，可分擔(dān)高背壓加熱循環(huán)水所用蒸汽量的50%。#1機(jī)高背壓凝汽器蒸汽量將大幅減少，在嚴(yán)寒期提升了供熱能力，保證了高背壓出水溫度。

中排供汽方式分析：按初寒期各加熱器的進(jìn)汽流量如圖5所示，此供汽方式根據(jù)影響電量較多的抽汽少用，影響電量少的抽汽多用，高效的利用方式將提高機(jī)組的供熱能力，降低發(fā)電煤耗。

9、總結(jié)

由于空冷機(jī)組運(yùn)行允許背壓較高，進(jìn)行高背壓凝汽器改造后，將大幅度提高機(jī)組供熱能力，對(duì)于中排抽汽供熱，運(yùn)行中應(yīng)注意方式中壓缸末級(jí)葉片過負(fù)荷，同時(shí)在機(jī)組不同背壓下保證低壓缸的最小冷卻流量，保證機(jī)組供熱期的安全運(yùn)行。

運(yùn)行調(diào)整過程中應(yīng)按照初寒期、嚴(yán)寒期、末寒期供熱負(fù)荷的不同，合理的設(shè)定供熱抽汽參數(shù)，保證供熱負(fù)荷的同時(shí)，減少中排供熱抽汽調(diào)整閥的節(jié)流損失，減少對(duì)電負(fù)荷的影響，降低發(fā)電煤耗。

高背壓凝汽器供熱的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于中排抽汽供熱，供熱能力較強(qiáng)，提高熱網(wǎng)循環(huán)水流量，降低熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度，增加高背壓凝汽器在供熱中的比例，同時(shí)減少高背壓運(yùn)行機(jī)組空冷島的散熱量，將大幅度減少機(jī)組的冷端損失，是提高供熱經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。

根據(jù)“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”的原則，合理安排機(jī)組供熱運(yùn)行方式，盡可能的減少機(jī)組的冷端損失，多用低參數(shù)供熱抽汽，少用高參數(shù)蒸汽，提升機(jī)組的供熱能力，降低供熱煤耗。

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