从设计角度探讨保障热电厂可靠供热的方案

徐银君

(中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司， 合肥 230601)

从设计角度探讨保障热电厂可靠供热的方案

徐银君

(中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司， 合肥 230601)

分析不同的机组选型、抽汽调节方式和给水泵配置对供热可靠性的影响，探讨在实际设计中选择合理的汽机型式、抽汽调节方式和给水泵配置方案，来保障热电厂可靠供热，对于实际工程项目设计具有参考价值。

热电厂；供热可靠性；机组选型；给水泵；抽汽调节方式

0 前言

随着经济水平的提高，城市建设对热能的需求越来越大，城市集中供热也随之迅速发展。集中供热系统主要由热源(热电厂)、热网和热用户三部分组成，其中一旦热电厂故障，则整个集中供热系统就会瘫痪，对热区的生产和生活带来极大不便，造成社会和经济的较大损失。在设计阶段，热电厂各设备的选型若都能从供热可靠性角度进行分析和选择，建立正确的设计观念，通过先进和全面的设计理念制定保障热电厂可靠供热的方案，提高热区的供热稳定性，对整个供热系统和城市发展有着重大的意义。

本文从热电厂设计的角度，就以下几个方面，探讨如何保障可靠供热。

1 机组选型对供热可靠性的影响

机组选型是否恰当，对供热可靠性影响很大，目前热电联产机组采用的汽机型式主要有背压式汽轮机、抽汽背压式汽轮机和抽汽凝汽式汽轮机。三种汽机型式对适用的热负荷特点不尽相同。

1.1 背压式汽轮机

背压式汽轮机是将汽轮机的排汽供热用户使用的汽轮机。其排汽压力高于大气压力，为正压排汽。背压式汽轮机的排汽直接用于供热，热能得到充分利用，但是其发电负荷的大小和供热负荷大小有直接的关系，所以运行调节方式不灵活。

背压式汽轮机排汽压力高，通流部分的级数少，同时不需要庞大的凝汽器和冷却水系统，结构简单，机组轻小，投资少，在设计工况下经济性能好，运行可靠。但是背压式汽轮机的发电量完全取决于供热量，不能独立调节以满足电用户和热用户的需求。

背压式汽轮机主要用于全年热负荷都较稳定的企业做自备电厂，或者区域内的基本热负荷都较为稳定也可选择背压式汽轮机，对于热负荷波动较大的区域，因背压机无法灵活调节保障供热，则不建议采用背压式汽轮机。

1.2 抽汽背压式汽轮机

抽汽背压式汽轮机是在背压机的基础上，从汽轮机的中间级抽取部分蒸汽，供需要较高蒸汽压力的热用户，同时保持一定的背压排汽，其排汽压力(背压)高于大气压力，供需要较低压力等级的热用户使用的汽轮机。

抽汽背压式汽轮机的优势和局限性和背压式汽轮机类似，经济性较高，但是对热负荷变化的适应性较差，若区域内热负荷波动较大，则供热可靠性将无法保障。

1.3 抽汽凝汽式汽轮机

抽汽凝汽式汽轮机是从汽轮机中间抽出具有一定压力的部分蒸汽供热用户使用，另一部分蒸汽继续做功，做完功的蒸汽(乏汽)排入凝汽器，被冷却凝结成水之后通过凝结水泵打到低压加热器，通过除氧器除氧加热后，利用给水泵送到锅炉。该机组平时分为单抽汽和双抽汽，主要根据当地热用户所需蒸汽参数而决定。

这种机组的主要特点是当热用户所需的蒸汽负荷突然猛然下降时，多余蒸汽可以经过汽轮机抽汽点以后的级继续膨胀发电，这使得抽汽凝汽式汽轮机的灵活性提高，能在较大范围内满足热用户和电用户的需求。但是相较背压机组而言，该机组的缺点也显而易见，就是辅机较多，系统较复杂，价格较贵，热经济性较差。

若热区的热负荷变化幅度较大，波动较明显，变化较频繁，则在设计过程中，宜选用抽汽凝汽式汽轮机，能较好的保证热区的供热可靠性。

某2×350MW改扩建工程(以下简称H工程)在做前期热负荷调查时，大致可将热负荷整理成以下几组：2.5MPa工业用汽、1.4MPa工业用汽及0.4MPa采暖用汽。因负荷压力等级不一，不能采用纯背压机组，而且工业热负荷存在白天高夜间低的特点，采暖热负荷存在采暖期和非采暖期巨大波动的情况，结合三种机型的分析，在设计中推荐该工程选用抽汽凝汽式机组。

2 抽汽调节方式对供热可靠性的影响

通过调研与了解，目前机组的供热抽汽调节方式主要有中调门调节方式、旋转隔板抽汽调节方式、座缸阀调节方式及联通蝶阀调节方式等。

2.1 中调门调节方式

在汽缸进汽管道上分出一路供热管道，同时在汽缸前部设置一组调节阀，一般该组调节阀共用一个阀壳，与汽缸采用法兰螺栓连接。该调节方式通过节流汽缸进汽的压力和流量，达到调节供热蒸汽流量的目的。中调门的调节方式主要针对参数较高的抽汽需求，从高参数的蒸汽管道上引出抽汽管道，对外供热。

2.2 旋转隔板抽汽调节方式

该抽汽调节方式是在抽汽口后(顺蒸汽流向)增设一个旋转隔板，利用旋转隔板的静叶片调整抽汽压力和流量，从而控制汽轮机的负荷和转速。当机组在额定工况下，抽汽口的蒸汽参数满足热用户需求，隔板开度最大；当机组的负荷降低时，隔板开度随之关小，在抽汽口形成“憋压”效果[1]，保证抽汽口处的蒸汽参数仍能满足热用户的要求，旋转隔板抽汽调节方式适用于压力小于1.8MPa的抽汽负荷。设计旋转隔板抽汽调节方式，可简化机组的整体布置，降低工程投资，旋转隔板安装在合缸机组内，缩短了机组的跨距。但是在抽汽量较大或者负荷较低时，旋转隔板调节会产生较大的节流损失，从而导致抽汽工况下中压缸效率降低。

2.3 汽缸本体加装座缸阀调节方式

汽缸阀的结构形式为在中压缸外缸上部横向布置三个或者四个独立的调整腔室，每个腔室都有一个独立的安装在阀盖上部的法兰面上的油动机，调节阀均可以独立控制。在座缸阀工作时，蒸汽从座缸阀前一级排出进入阀前腔室，抽汽口位于阀前腔室下部，阀前腔室与阀体联通，座缸阀前压力与抽汽口处压力相同。汽轮机在额定负荷运行时，座缸阀全开，阀前一部分蒸汽经抽汽口抽出，另一部分蒸汽经座缸阀进入下一级继续做功；汽轮机在低负荷运行时，各座缸阀开度依次关小，使阀前腔室内的压力继续保持在额定抽汽压力下，此时将能保证抽汽参数满足热用户要求[1]。

同时座缸阀调节方式节流损失较小，调节性能好。但是座缸阀的设计受缸体结构的限制，只能采用高、中压缸分缸的汽轮机结构，且座缸阀通常布置于中压缸外缸上部，成本较高。汽缸阀调节对应的抽汽压力为1.5～5.0MPa，在实际使用中，座缸阀调节较多适用于压力较高的工业抽汽。

2.4 联通管蝶阀调节方式

从中压缸到低压缸联通管上引出供热管道，在管道上通过蝶阀来调节抽汽流量。其调节在机外完成。由于中压缸排汽参数压力较低，故此种方法多用于采暖抽汽。其调节灵活，可调抽汽量大，且结构简单，投资少，效益高。近期，300MW～600MW等级机组采暖供热改造多采用此方式。

2.5 四种调节方式在实际设计中的应用

以下是某汽机厂提供的供热调节技术在实际设计中的应用情况：

结合上述介绍以及汽机厂提供的调节方式在工程中的实际运用情况，四种抽汽调节方式对比分析见表1。

在实际的设计工作中，只有充分了解各种调节方式所适用的蒸汽调节参数，才能更好的选择合适的调节方式，保障供热的可靠性和稳定性。

表1 调节方式适用情况

3 给水泵配置方案对供热可靠性的影响

给水泵作为电厂最重要的辅助设备之一，在全厂的投资中占了相当大的比重，给水系统也是电厂工艺系统中的主要系统之一，所以给水泵组的运行可靠性与经济性显得尤为重要[2]。给水泵组的选型和配置、给水系统的合理优化不仅直接影响其自身的可靠性和经济性，而且对整个工程的初投资与安全经济运行都会产生十分重要的影响。本节以H工程为例讨论给水泵的配置对供热可靠性的影响。

3.1 给水泵的配置方案介绍

目前，国内300MW级机组已投运近200多台。其中大部分给水泵配置方案多采用2×50%汽动给水泵和一台30%容量的电动启动备用泵，作为常规配置方案。随着运行经验和设备可靠性的提高，电泵在很多电厂很少投入备用。同时，随着泵组可靠性的提高，国内已有多家300MW级机组采用1×100%汽动给水泵方案，且已投运。故该工程给水泵配置方案主要有以下2种。

方案一：2×50%汽动给水泵方案+30%电动启动泵(两机共用)；

方案二：1×100%汽动给水泵方案+30%电动启动泵(两机共用)。

3.2 运行可靠性比较

就运行可靠性而言，若机组采用1×100%汽泵方案，汽泵一旦发生故障，机组停机，需启动备用热源，才能满足热用户需求，随着热负荷增长，影响用户用热稳定性。机组采用2×50%汽泵方案，若单台汽泵发生故障时，机组仍可带50%负荷。

中国电力企业联合会网站发布的《2011年全国电力可靠性指标》中统计得到2007年～2011年200MW及以上容量火电机组给水泵组的五年运行可靠性指标见表2。

表2 给水泵组可靠性统计表

从上表的数据研究所得，随着给水泵技术的提高，给水泵的可用系数基本上依年份的增长而提高，此次我们采用平均值进行计算。一台给水泵的可用系数为94.25%，则2台给水泵的可用系数=1-(1-1台给水泵可用系数)×(1-1台给水泵可用系数)=1-(1-94.25%)×(1-94.25%)=99.67%。可靠系数大大提高。

故在运行可靠性方面，2×50%给水泵方案有明显优势，热负荷波动较大的区域，建议在给水泵选择时采用2×50%给水泵方案。

3.3 设备投资比较

初投资计算仅考虑两方案不同部分的设备费用、电气费用、土建费用等，其他部分不在计算范围内。两方案的主要设备的初投资比较见表3。

表3 初投资对比表(两台机组)

备注：①发电功率和供热量来自热平衡图；②发电利润0.1元/kWh；供热利润160元/t。

由上表可得，不考虑非计划停运所产生的机组启停费用，单从多生产的电量和热量考虑，方案一比方案二单台机组每年即可多获利润23万元，H工程改扩建2台机组，则每年能多获利润46万元。5年时间即可将初投资的价格差补回。

故对于热电联产机组而言，采用2×50%给水泵配置方案，就经济性而言，也是可观的。

4 结束语

对于每个热区而言，热用户和热负荷都不尽相同，在热电厂设计过程中，要落实热用户的用热量，深入调查和了解热负荷的类型和参数，根据热负荷的特点选择合适的汽机型式和抽汽调节方式，以保障热区的供热可靠性。同时，为避免因给水泵非计划检修而影响供热可靠性，在设计时应选择合理的给水泵配置方案。

[1] 张学凯. 300MW热-电联供机组抽汽方式选型及结构特点[J].发电设备, 2013, 16(1):1- 4.

[2] 石磊. 600MW亚临界机组给水系统优化[J].中国电力, 2006, 34(8):37- 40.

[责任编辑：朱子]

Discussion on Scheme of Ensuring Heating Reliability of Thermal Power Plant from Design Perspective

XUYin-jun

(AnhuiElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,ofChinaEnergyEngineeringGroup,Hefei230601,China)

The paper analyzes the influence of different unit type selection, steam extraction method and feedwater pump configuration on the heating reliability, and explores choosing the reasonable type of unit, steam extraction method and feedwater pump configuration in the actual design, to ensure the heating reliability of thermal power plant, which is valuable for the practical engineering project design.

thermal power plant; heating reliability; unit type selection; feedwater pump; steam extraction method

2015- 08-20

徐银君(1987-)，女，浙江绍兴人，中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，助理工程师，从事设计院汽机专业设计工作。

TK114

A

1672-9706(2015)03- 0090- 05