工业供热联合运行的应用与研究

冯有为 陈国松 张胜平 邹霞

摘  要：某电厂供热一期工程设计参数较低，而热用户用汽需求量超出设计值;供热二期工程设计参数较供热一期高，但热用户用汽量较少。为解决供热一期工业蒸汽供不应求、供热二期工业蒸汽产能过剩的问题，基于能量梯级利用原理，结合现场实际实施供热改造，增加供热一、二期连通系统，采用联合运行的方式进行供热。运行结果表明：联合运行的方式能较好地满足各热用户对供热蒸汽参数的需求，提高了电厂供热的安全稳定性和经济性，并且这种联合运行的方式较简单，易于改造和推广使用。

关键词：工业蒸汽;能量梯级利用;連通系统;联合运行;供热蒸汽参数

中图分类号：TU83 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）20-0048-02

Abstract： The design parameters of the first period heating project are low， while the steam demand of heat consumers exceeds the design value. The design parameters of the second period project are higher than that of the first period project， but the heat consumers need less steam. In order to solve the uncoordinated problem of the relation between supply and demand， based on the principle of cascaded utilization of energy， implement heating reform according to the actual conditions， implemented the industrial heating combined operating by adding an interconnected system. The experiment results showed that the combined operating can meet the demand parameters of the heat consumers， and improved the safety， stability and economy of the power plant heating. Moreover， the mode of combined operating is simple and easy to be reformed and extended.

Keywords： industrial steam; cascaded utilization of energy; interconnected system; combined operating; parameters of heating steam

引言

为促进国家节能减排工作，提升环境质量，火力发电厂单一依靠发电提高经济性受到了一定的限制，许多电厂转向城镇集中供热和工业供热的发展。近年来，特别是南方各地区大力发展以公共建筑和工业企业为主的集中供热，原有分散、低效、高污染的小型燃煤锅炉供热方式逐渐被淘汰[1-2]。火力发电厂供热改造工程纷纷建成并完成供热投产，既满足了国家对电厂实施热电联产、集中供热、保护环境的要求，又提高了企业的经济效益和社会效益[3-4]。

目前许多学者对机组工业供热改造进行了广泛的分析与研究。张凯等[5]针对北重330MW机组进行工业抽汽改造的运行方式，对从锅炉再热热段抽汽改造为再热冷段抽汽后的机组经济性和安全性进行了分析。孙士恩等[6]通过建立以纯凝工况为基准的供热机组相对经济性模型分析了采用再热冷段抽汽时供热收益和主机负荷之间的关系。何晓红等[7]从用户侧实际需求和机组变工况的角度，对600MW纯凝机组工业供热改造进行了技术经济性分析。杨圣春[8]通过比较分析得出，300MW以上纯凝机组建议采用压力匹配器法和联通管抽汽法进行供热改造。杨志群等[9]对超临界空冷机组工业供热改造减温减压技术进行了研究，并以一超临界600MW空冷机组为例，对不同的技术进行了论述。本文针对某火电厂供热一期、供热二期产能不匹配的问题提出了联合运行的方案，安全经济地解决了各热用户对供热蒸汽参数的需求。

1 项目背景

某火电厂由2×330MW亚临界凝汽式燃煤汽轮发电机组和2×680MW超超临界凝汽式燃煤汽轮发电机组组成，位于工业园区的有利位置，承担着工业供热的重要任务。

该电厂供热一期改造工程管网于2012年7月建成并完成投产，其供热蒸汽取自全厂辅助蒸汽母管，经减温减压后向某化工厂直供供热，且余热不回收。供热一期工程设计蒸汽参数：管径DN350，压力0.7MPa，温度180-220℃，流量25t/H。供热二期改造工程管网于2018年4月建成并完成投产，其供热蒸汽取自四台机组的再热蒸汽冷段，经减温减压后分低压和中压两根蒸汽管道以趸售的方式向供热公司供热且余热不回收。供热二期工程低压设计蒸汽参数：管径DN450，压力1.0MPa，温度240-250℃，流量57.6t/H;中压设计蒸汽参数：管径DN200，压力1.9MPa，温度280-290℃，流量16t/H。

供热一期热用户随着产能扩大，用汽需求量最高达60t/H，远超过供热一期工程的设计参数。而供热二期工程刚建成不久，热用户用汽需求量较小，不足10t/H。为能解决供热一期供不应求，供热二期产能过剩及热损大、稳定性差的问题，因此急需实施供热改造，开展优化供热运行方式的研究。

2 解决方案探索

为能满足各热用户对供热蒸汽参数的需求，对热源侧和供热管网进行参数分析，探索最佳解决方案，实现供热管网安全、经济、稳定的运行方式。供热一、二期母管及热用户主要参数见表1。

2.1 热源侧提高参数

供热一期热用户的工业蒸汽需求量增大至60t/H，而供热一期管网设计流量仅为25t/H，远不能满足热用户的需求。从热源侧分析，该电厂提高供汽参数，将供热一期出口母管供汽壓力提升至0.75MPa（安全门动作压力），对于该电厂的DN350供热管道，最大流量可提升至48t/H，但热用户侧的供汽压力仅为0.43MPa，偏低于设计的压力参数，即热源侧提高参数的方法不能满足供热一期热用户的需求，且这种方法不利于供热管道的安全运行。

2.2 供热一、二期联合运行

考虑到供热二期参数较供热一期参数高，且供热二期热用户仍在开发阶段，蒸汽供过于求。从热网侧分析，该电厂在供热一期和供热二期蒸汽母管处增加连通系统，采用联合运行的方式进行供汽。供热一、二期连通系统简图见图1，从图中可看出，加入供热一、二期连通系统后，供热一期热用户的工业蒸汽可由供热一期和供热二期管网共同来供应。但由于供热二期的蒸汽参数较供热一期高，故联通系统调节阀的开度控制尤为重要，若调节阀的开度过小，则不能满足供热一期热用户的用汽需求;若调节阀的开度过大，则会对供热一期管网的热源侧造成憋压，致使安全门动作，并且也会超过供热一期热用户所需蒸汽的最高参数。

根据该电厂供热一、二期联合运行的情况，当供热一期热用户的需求流量低于30t/H时，供热一期母管单独供热可满足热用户的参数需求;当供热一期热用户的需求流量为30-60t/H时，采用供热一、二期联合运行的方式，供热一期供热调节阀保持全开状态，连通系统调节阀进行流量调节，当开度达到54%时，供热一期热用户侧的蒸汽流量可达60.51t/H，瞬时参数见表2。由表2可看出，供热一、二期联合运行的方式可满足热用户所需的工业蒸汽参数要求。

3 安全与经济分析

由于供热一、二期蒸汽参数不匹配，若供热连通系统的调节阀开度过大，则连通管前的供热一期母管会产生憋压，供热一期母管安全阀会产生动作，不利于供热管网的安全经济稳定运行，因此控制连通系统调节阀的开度尤为重要。根据能量梯级利用原理[10-11]，当供热一期热用户的需求流量低于30t/H时，连通系统调节阀关闭状态为宜;当供热一期热用户的需求流量超过30t/H时，投运供热一、二期连通系统为宜。

此供热一、二期连通系统简易且安全，改造投入费用仅需约20万;若采用压力匹配器，水也能满足蒸汽参数的需求，但改造的投入费用将高达100万。因此本文的连通系统从安全和经济的角度均是最佳选择。

4 结束语

供热一、二期联合运行的方式解决了供热一期工业蒸汽供不应求、供热二期工业蒸汽产能过剩的问题，供热一期热用户的工业蒸汽流量从30t/H增至60t/H，每年可增加供热量26.28万吨，增加供热收入超4千万元，根据以热定电的相关政策，另可增加年度计划发电量。该系统实施改造成本低，运行方式简单，具有较好的可行性和推广性。

参考文献：

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[7]何晓红，高新勇，陈菁，等.600MW超临界纯凝机组改供热的技术经济性分析[J].发电与空调，2017，38（06）：24-27.

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