高背压+热泵供热技术在300 MW直接空冷机组的应用

汤国琪，王建勋

（山西大唐国际临汾热电有限公司，山西 临汾 043000）

高背压+热泵供热技术在300 MW直接空冷机组的应用

汤国琪，王建勋

（山西大唐国际临汾热电有限公司，山西 临汾 043000）

针对汽轮机冷源损失大的问题，通过实施高背压+热泵供热改造，回收利用汽轮机乏汽，将低品位乏汽的热量用以供热，经过试验与实际运行应用，高背压＋热泵供热节能效果显著，不仅降低了机组供电煤耗，提高了供热期机组调峰能力，而且增加了机组供热能力，取得了良好的经济与社会效益，对同类型机组供热改造具有借鉴与示范意义。

供热；高背压；热泵；节能

0 引言

山西大唐国际临汾热电有限公司现装机总容量2×300 MW，汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的CZK250N300-16.7/538/538/0.4型亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单抽供热直接空冷凝汽式汽轮机；锅炉采用东方锅炉厂生产的DG-1065/18.2-Ⅱ4型亚临界、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、自然循环汽包燃烟煤型锅炉；发电机采用哈尔滨电机厂生产的QFSN—300—2型卧式水氢氢冷却、隐极、自并励静止可控硅整流励磁发电机。公司内设有热网首站，配置4台热网加热器，5台热网循环水泵，单机额定供热抽汽流量为500 t/h，最大供热抽汽流量为550 t/h，设计供热面积为1 100万m2。1号、2号机组分别于2010年12月、2013年12月投入商业运营，2014年11月开始为临汾市城区供热，承担临汾市南城区与东城区的城市供热任务，2014年供热面积为750万m2。为了提高能源利用效率，降低机组能耗，提高机组的供热能力，充分回收利用汽轮机低品位乏汽的热量，2015年临汾热电在原抽汽供热的方式上，实施了高背压＋热泵供热改造。

1 高背压＋热泵供热改造改造方案

1.1 供热背压的选取

因机组为直接空冷供热机组，夏季工况机组运行背压为34 kPa，考虑直接空冷机组具备高背压运行的特点，故供热背压取34 kPa，以此进行高背压供热设计，原有汽轮机不需进行低压缸改造，可降低改造与检修费用。

1.2 技术路线

由于供热管网暂不具备大流量供热的条件，将原热网加热器作为尖峰加热器，技术路线采用高背压前置凝汽器＋热泵＋尖峰加热器的供热方式，充分利用汽轮机乏汽的汽化潜热对热网水进行加热，减少机组冷源损失，达到降低机组能耗的目的，同时提升机组的供热能力，提高供热的可靠性。

热网循环水流量5 200 t/h，回水温度50℃，先进入前置凝汽器，回收190 t/h乏汽，折合120.7 MW余热，将热网水加热至70℃后；再进入吸收式热泵，利用驱动蒸汽89.27 t/h，折合热量62.4 MW，回收乏汽81.53 t/h，折合余热52.8 MW，将热网水加热至89℃；最后进入热网首站尖峰加热器，将热网水加热至110℃供出。

1.3 改造方案

在机组原有竖直的DN5500乏汽管道上接出1路DN4020管道，设置电动隔离门，再从DN4020乏汽管道上分别引出两路支管，1路乏汽支管DN4020接至前置凝汽器，设置有电动隔离门；另1路乏汽支管变径为DN2220的管道接至热泵房，并从DN2220的管道引出3路乏汽DN1220的管道至3台热泵，设置有电动隔离门。从原热网回水滤网后DN1400管道引出1路热网水管道至前置凝汽器水侧入口，并从前置凝汽器水侧出口接至并联运行的3台热泵，热泵水侧出口管路接至热网循环泵入口母管。高背压＋热泵供热改造前后流程见图1与图2。

图1 高背压＋热泵供热改造前供热流程

图2 高背压＋热泵供热改造后供热流程

热泵驱动蒸汽管路从五段抽汽供热电动门后管路引出，接至热泵驱动蒸汽入口，该管路设置有减温器。驱动蒸汽减温水从凝结水泵出口母管接出，经减温水泵升压后送至驱动蒸汽减温器。热泵驱动蒸汽疏水先后与溴化锂稀溶液、部分热网水换热后，使驱动蒸汽疏水温度小于80℃，直接回收至排汽装置，提高了设备运行的经济性，摒弃了常规的疏水泵设置，简化了系统，降低了电耗。热泵与前置凝汽器的乏汽疏水汇至乏汽疏水母管后返回排汽装置。前置凝汽器与热泵抽真空管路汇至母管后，引至真空泵。

1.4 设备配置

增设1台换热面积为6 500 m2的前置凝汽器冬季用于加热热网回水，回收利用汽轮机乏汽；夏季用于尖峰冷却，降低机组背压。增设3台热泵，每台热泵38 MW，热泵设计背压为34 kPa，利用五段抽汽作为热泵的驱动蒸汽，回收汽轮机乏汽加热热网水。增设2台减温水泵，用来驱动蒸汽减温。增设2台真空泵用来前置凝汽器与热泵乏汽系统抽真空。

2 高背压＋热泵供热改造方案实施

高背压供热改造于2015年7月底开工，利用机组停运机会，在乏汽主管道引出高背压供热乏汽支管，并安装电动隔离阀及加装堵板，机组运行中经对DN4020乏汽电动隔离门严密性测试，完成了高背压乏汽管道的对接及堵板的拆除工作，确保了改造的顺利实施，11月底工程主体完工。在设备调试阶段出现了以下问题，一是乏汽真空泵抽真空管路积水，经系统排查后，管路设计存在U型管路，产生积水，影响抽真空系统正常运行，造成乏汽供热系统换热不良，经改造后恢复正常；二是热泵、前置凝汽器乏汽凝水液位高，乏汽凝水管路存在气阻，乏汽凝水不畅，经对乏汽凝水管路加装抽真空管路，问题得以解决；三是高背压供热投运后，凝结水溶氧偏高，经对系统排查，发现乏汽管道焊口、乏汽疏水流量表管接头存在漏空，通过堵漏，凝结水溶氧恢复正常。在完成相关调试工作后，12月22日投入运行。

3 高背压＋热泵供热设备性能

2016年11月进行了高背压供热性能及运行优化试验，分别选取了不同背压下的4个工况点进行了试验，试验数据见表1。

通过试验数据经测算，热泵组在乏汽压力为26 kPa左右运行时，制热量达到最大值，如图3所示。热泵组在乏汽压力为26 kPa左右运行时，热泵组性能系数COP（coefficient of performance）达到最高值，如图4所示。

表1 高背压供热性能及运行优化试验数据表

图3 热泵制热量与乏汽压力的关系

图4 热泵COP与乏汽压力的关系

设计工况下，热泵COP为1.91，满足不小于1.8的设计要求；热泵组总制热量为131.81 MW，满足热泵组总制热量不低于115 MW的设计要求；前置凝汽器制热量为160.90 MW，满足前置凝汽器冬季采暖期热负荷≥120 MW/台的设计要求；前置凝汽器端差为0.86℃，满足前置凝汽器供热端差不大于2℃的设计要求；前置凝汽器背压在26 kPa以上运行时，其所占余热制热量比为47%～55%，节能效果明显。

4 结束语

截止2016年底，高背压+热泵供热系统总体运行情况良好，前置凝汽器平均端差为1℃，热泵平均COP为1.88，通过对机组供热期上煤量统计分析，高背压+热泵供热投运后机组供电煤耗降低30 g/（kW·h） 左右，供热期机组调峰能力提升9%，单机供热能力提升42%，增加供热面积300余万m2，取得了良好的经济与社会效益，对同类型机组供热改造具有借鉴与示范意义。

Application of High Back Pressure and Heat Pump Heating Technology in 300 MW Direct Air Cooling Unit

TANG Guoqi,WANG Jianxun
（Shanxi Linfen Thermal Power Co.,Ltd.,Linfen,Shanxi043000,China）

In viewofthe problem of large loss of cold source of steam turbine,through the implementation of high back pressure and heat pump heating transformation,waste steam is recycled for heat supply.After trial and practical application,its heat-saving efficiency is obvious,which not only reduces power consumption of the unit and improves the peak load capacity of the heating unit,but also increases the unit heating capacity and has achieved good economic and social benefits,providing references for the same type of units which need heatingtransformation.

heating;high back pressure;heat pump;energy-saving

TK264

A

1671-0320（2017）06-0053-03

2017-05-03，

2017-10-16

汤国琪（1974），男，河北唐山人，2013年毕业于兰州理工大学热能与动力工程专业，工程师，从事电厂汽机技术管理工作；

王建勋（1981），男，山西万荣人，2004年毕业于太原理工大学电力系统自动化专业，助理工程师，从事电厂运行管理工作。