汽轮机乏汽在大温差供热中的应用

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司 马晓峰

1 前言

节能减排是我国实现可持续发展的国策之一。热电联产、乏汽高背压供热及大温差供热都是节能减排的重要措施。汽轮机排汽热损失占全厂各项损失的50%以上[1]，并且该损失可占到供热机组额定供热量的30%以上，合理利用可以有效的增加热电厂的供热量[2]。

图1 电厂供回水温度与环境温度曲线图

乏汽供热是指采用汽轮机的排汽加热热网循环水回水用来供热，当回水温度较高时可提高低压缸排汽压力，使排汽温度增加用来加热热网循环水，即高背压供热[3]。

2 工程供热概况

某电厂建设规模为2×300MW亚临界空冷热电联产机组，配2×1070t/h循环流化床锅炉。汽轮机形式为亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、直接空冷抽汽凝汽式机组。机组额定抽汽工况下运行背压为14kPa，额定抽汽量500t/h，最大抽汽量550t/h。不同背压下机组参数如表1所列：

表1 不同背压下机组参数

根据空冷汽轮发电机的设计特点，可以对汽轮机本体不进行改造，使汽轮机长期稳定的在34kPa.a下运行[4]，提高乏汽温度供热。

电厂的供热要求，设计供热面积1500万m2，设计负荷768MW，近期供回水温度为125/50℃，远期采用大温差供热技术，管网设计供回水温度为125/31.4℃，可以充分利用乏汽供热。此次改造计划利用汽轮机高背压乏汽余热回收技术与常规热网站结合实现供热负荷。热网运行采用质调节，曲线如图1所示。

从图1可以看出供回水温度受环境温度的影响较大，在初寒期及末寒期环境温度较高，供回水温度较低，采用汽轮机乏汽高背压供热就可以满足要求，此阶段不需要抽汽加热，能有效的节约资源。

3 方案设计

采用高背压乏汽供热与常规热网站供热相结合的方式，将2x300MW机组增加热网凝汽器，利用汽轮机乏汽加热热网循环水。在采暖季，全厂的热网循环水回水先通过供热凝汽器，用乏汽加热到某个温度，然后再通过热网加热器，用机组抽汽做二级加热。

3.1 供热系统及布置连接

图2为大温差带高背压供热方案原则性流程图，两台机组的热网凝汽器串联布置，从图中可以看出此供热系统采用三级加热，分别是1号机热网凝汽器、2号机热网凝汽器及常规热网站的热网加热器。

乏汽高背压供热较常规热网站相比增加的主要设备为，热网凝汽器、空冷蝶阀、乏汽管道、热网循环水管道、热网凝结水管道及抽真空管道等。

3.2 热网循环水系统

图2 大温差带高背压供热方案原则性流程图

在供热期间，当热网循环水供水温度要求低于62℃时，仅利用汽轮机排汽通过两级热网凝汽器加热循环水即可满足供热要求；在供热高峰期，当供水温度要求高于62℃时，除利用汽轮机排汽通过热网凝汽器加热循环水作为基本加热手段外，利用常规热网站五段抽汽供热系统，继续加热循环水，从而达到外网要求的供水温度。

当循环水回水温度低于49℃，利用1号机乏汽加热热网循环水，使其水温由41.5℃提高至49℃。然后再将热网循环水引入2号机组的热网凝汽器将其加热到62℃，最后利用热网站的热网加热器进行加热。

3.3 乏汽系统

从机组空冷汽轮机主排汽管上增设一旁路排汽至热网凝汽器，通过凝汽器表面换热来加热热网循环水回水，在凝汽器入口蒸汽管道上装有大口径真空电动蝶阀，在空冷岛上方原6列排汽支管中，原已有3列设有大口径真空电动蝶阀，本次改增设3列大口径真空电动蝶阀，使机组的全部6列排汽支管上均装设隔离阀，便于机组在供热期运行时利用这些阀门，实现对空冷凝汽器的供热量调整和切除。考虑到实际运行中阀门有泄漏现象，在计算过程中应考虑空冷平台的最小防冻流量70t/h。

3.4 高背压抽真空系统

主厂房内主机水环真空泵富裕量较大，本次改造不增加真空泵，抽真空系统接至主机排汽管道。

4 利用乏汽高背压供热的节能效果

通过上述节能改造，在冬季供热阶段最大可利用乏汽供热251.6MW，在供热的初寒期及末寒期完全可以采用乏汽供热，无需抽汽。为了更好的评价乏汽在大温差供热中得节能效果，我们对常规热网站供热、供回水温度125/50℃供热及供回水温度125/31.4℃供热进行了对比，如表1所列。

从表1可以看出在1号机背压不变，2号机背压增加的工况下，虽然2号机由于排汽压力略有提高使得汽轮机做功能力下降，但低压缸排汽做功能力远大于背压的影响。在供热热负荷相同时，回水温度较低为31.4℃的工况下，利用乏汽高背压供热增加了机组的发电功率38MW；同时回水温度为50℃时增加了机组的发电功率15MW。按照平均发电标煤耗300g/kW·h计算折算为标煤量，分别节约了标煤量11.4t/h及4.5t/h，若以此计算，按照年供热时间3600h/a统计，分别节约标煤4.1万t/a及1.6万t/a。

5 结论

采用高背压技术进行乏汽供热可以大幅提高能源利用效率，符合节能减排的国家政策。供热热负荷相同时，汽轮机乏汽供热的总抽汽量明显小于常规热网站；乏汽回收利用率较高。通过对空冷供热机组进行相应的改造，改变供热方式，实现蒸汽热能更加高效和全面的利用，可以在现有供热基础上获得更多的收益。在供热期利用空冷机组可以高背压运行的技术特点、实现直接供热，排汽直接加热热网循环水，实现了蒸汽热量的大部分和全部利用，变蒸汽废热为供热热量，汽轮机的冷源损失大幅减少。

表1 乏汽利用供热结果

[1]任泽霈等主编.热工手册[M].机械工业出版社,2002(11).

[2]魏巍,韩淑秀.利用火电厂冷凝热集中供热的新思路[J].热机技术,2011,4(29):38-42.

[3]常立宏.300MW亚临界供热机组高背压供热改造的研究[J].黑龙江电力,2012,6(34):421-423,427.