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摘要：

直接空冷機組運行背壓范圍較大，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，大幅提升了機組供熱能力，具有較高的經(jīng)濟效益，本文以靈武電廠#1、#2、#3空冷機組供熱改造為案例，分析了大型空冷機組對城市集中供熱改造后，運行方式的設(shè)定，運行調(diào)整時應(yīng)注意的問題，對中排抽汽供熱和高背壓凝汽器供熱經(jīng)濟性進行分析，根據(jù)“溫度對口，梯級利用”的原則，結(jié)合設(shè)備實際確定出最優(yōu)運行方式。關(guān)鍵詞：高背壓供熱，供熱改造，經(jīng)濟性，供熱運行。

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，無法利用，造成極大的環(huán)境保護壓力和能源的浪費。目前，集中供熱是北方城市的主要供暖方式，純凝空冷機組經(jīng)過供熱改造進行熱電聯(lián)產(chǎn)，有效的減少了機組的冷端損失，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)濟和社會效益。靈武電廠一期#1、#2機組為600MW直接空冷機組，空冷島設(shè)置56個冷卻單元，二期#3機為國內(nèi)首臺1060MW直接空冷機組，空冷島設(shè)置80個冷卻單元，現(xiàn)有文獻[3-7]對高背壓供熱進行了分析研究，本文根據(jù)#1、#2、#3機供熱改造項目運行實踐，對大型空冷機組高背壓凝汽器和中排抽汽供熱改造后的經(jīng)濟性進行重點分析，通過運行數(shù)據(jù)對比，調(diào)整運行方式，提高機組經(jīng)濟性。

2、供熱改造方案及熱力系統(tǒng)布置

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

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行的4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，最后進入6臺并列運行的熱網(wǎng)加熱器后向銀川供熱，供水溫度130℃，銀川首站設(shè)置三臺背壓發(fā)電機組，對供熱抽汽進行梯級利用，排汽進入熱網(wǎng)加熱器，背壓發(fā)電機并入#3機廠用電系統(tǒng)（本文不對背壓機做研究）。

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行的2臺汽動熱網(wǎng)循環(huán)水泵，最后進入靈武供熱首站4臺并列運行的熱網(wǎng)加熱器加熱后向靈武供熱。

#1、#2機供熱抽汽凝結(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)不同運行方式，可以通過凝結(jié)水閥門開關(guān)的不同狀態(tài)，對供熱回水進行分配，保證機組的凝結(jié)水量平衡。

3、供熱機組的運行調(diào)整原則

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

正常運行方式的設(shè)定按照：“負荷均攤，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、#2機供熱抽汽互為備用，#2機供熱抽汽可作為#3機供熱抽汽備用汽源，#1、#2機高背壓凝汽器互為備用。保證每臺加熱器都有備用汽源，同時留有一部分供熱出力余量。

4、供熱機組的抽汽控制

由于機組供熱為技改實現(xiàn)，設(shè)計初期均不是熱電聯(lián)產(chǎn)機組，在進行供熱負荷調(diào)節(jié)時必須考慮其安全性。

1）防止中壓缸末級葉片過負荷。應(yīng)嚴格控制中排的壓力不能過低，確保中壓缸末級葉片機械應(yīng)力在設(shè)計安全范圍內(nèi)。

2）保證低壓缸進口最小冷卻流量。在采暖期大負荷供熱，低壓缸進汽量減少，容積流量減小，會導致末級葉片鼓風發(fā)熱，影響機組安全性。#3機低壓缸進汽壓力不小于0.37MPa（絕壓），#1、#2機不小于0.17MPa（絕壓），低壓缸排汽溫度不大于80℃，避免低壓缸末級葉片陷入負功率區(qū)。#1、#2機高背壓運行時，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)溫度對口，減少換熱溫差，降低供熱抽汽參數(shù)，有利于能源的梯級利用。但是供熱抽汽參數(shù)的最低值，須在滿足機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，同時保留一定量的壓力調(diào)節(jié)裕量，根據(jù)實際運行經(jīng)驗供熱抽汽母管的壓力設(shè)定值不低于0.6MPa。當供熱抽汽流量大時，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，中排壓力隨機組負荷變化：當中排壓力高時，LEV閥節(jié)流抽汽，降低抽汽壓力。當中排壓力低時，LEV閥全開，EGV閥節(jié)流低壓缸進汽，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)電機作功能力；EGV閥節(jié)流低壓缸進汽，蒸汽在低壓缸焓降減少，排汽焓增加，冷端損失增加，導致發(fā)電煤耗增加。

根據(jù)#1機運行工況：#1機中排供熱抽汽量400t/h，低壓缸入口流量870t/h，#1機低壓缸入口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。

因此在運行調(diào)整時應(yīng)注意：

1）中排壓力高的時候。應(yīng)適當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的做功能力，提高背壓機發(fā)電量。

2）中排壓力低的時候。優(yōu)先采取增加蒸汽量的方式增加供熱出力，適當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、中排抽汽供熱對機組電負荷的影響

根據(jù)實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，#1、#3機組每增加100t/h，降低發(fā)電煤耗分別為8.96g/kwh和6.62g/kwh；#1機供熱抽汽每增加5.4t/h，機組電負荷減少1MW，#2機高背壓運行方式，供熱抽汽每增加7.0t/h，機組電負荷減少1MW，#3機供熱抽汽每增加4.7t/h，機組負荷減少1MW。

一期#2機高背壓方式，#1機低背壓方式，#1、#2機中排抽汽焓值在3140kJ/kg附近，#3機為1060MW機組中排抽汽焓值3200kJ/kg附近，分別計算#1、#2、#3機中排供熱每吉焦抽汽影響的電量，如下表：

1）#1機供熱抽汽影響發(fā)電量比較大，原因是#1機供熱抽汽凝結(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，造成機組做功能力的下降。

2）#2機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，因高背壓方式運行，中排蒸汽的低壓缸做功的焓降比#1機要小，供熱抽汽影響的電量小。

3）#3機因為抽汽參數(shù)高，影響機組負荷較大，但是因為抽汽回水由于經(jīng)過水-水換熱器，抽汽凝結(jié)水回熱井，供熱抽汽比#1、#2機供熱抽汽焓降大，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機相差不大。

7、高背壓凝氣器的經(jīng)濟性分析

高背壓凝汽器利用低壓缸低參數(shù)排汽給熱網(wǎng)循環(huán)水進行初步加熱，機組供熱季高背壓投運時，通過減少空冷島的散熱量維持機組高背壓運行，背壓在33kPa時，出水溫度可達70℃，優(yōu)點是換熱溫差小（實際0.6℃），供熱能力強，對機組電量影響較少，對比機組冬季低背壓9.0kPa，機組33kPa背壓運行時，蒸汽在汽輪機的焓降減少，機組電負荷減少量約9%。

通過控制進入空冷島的蒸汽量，來維持機組背壓，進入空冷島的熱量越多，機組的冷端損失越大，能量利用率下降。因此，進入高背壓凝汽器的蒸汽量占低壓缸排汽總量越多，機組冷端損失越小，經(jīng)濟性越好，通過對#2機高背壓實際運行數(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，機組供熱影響的電量越小，當大于27%時優(yōu)于#1機中排抽汽供熱；當大于36%時優(yōu)于#2機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，當進入高背壓凝汽器的排汽為100%時，機組將沒有冷端損失，因此，提高高背壓凝汽器利用率是提高供熱經(jīng)濟性的關(guān)鍵。

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

高背壓凝汽器運行方式分析：按如圖方式熱網(wǎng)循環(huán)水先進入#2高背壓凝汽器，#2機背壓在10-15kPa滑壓運行，再進入#1機高背壓凝汽器加熱至71℃，#1機背壓33kPa運行。#2機背壓低對機組電量影響較小，充分利用高背壓凝汽器加熱端差小的優(yōu)勢，回收利用了部分冷端損失，隨#2機背壓的控制，分擔#1機高背壓凝汽器的供熱負荷，調(diào)整比較靈活，當#2機背壓15kPa時，可分擔高背壓加熱循環(huán)水所用蒸汽量的50%。#1機高背壓凝汽器蒸汽量將大幅減少，在嚴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組的供熱能力，降低發(fā)電煤耗。

9、總結(jié)

由于空冷機組運行允許背壓較高，進行高背壓凝汽器改造后，將大幅度提高機組供熱能力，對于中排抽汽供熱，運行中應(yīng)注意方式中壓缸末級葉片過負荷，同時在機組不同背壓下保證低壓缸的最小冷卻流量，保證機組供熱期的安全運行。

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

高背壓凝汽器供熱的經(jīng)濟性優(yōu)于中排抽汽供熱，供熱能力較強，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，同時減少高背壓運行機組空冷島的散熱量，將大幅度減少機組的冷端損失，是提高供熱經(jīng)濟性的關(guān)鍵。

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

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