高背压供热技术风险及经济效益

苏伯娇 济南能源投资控股集团有限公司

节能减排是实现可持续发展的重要因素之一，尤其是供热系统这类型的企业，为降低传统模发现模式对煤炭资源的需求，供热企业要充分利用余热，近年来高背压供热技术受到了广泛关注。此项技术原理是将汽轮机低压缸排汽压力在原有的基础上提升，以此达到提高排汽温度的效果，将进入汽轮机凝汽器的热网循环内的水加热处理，实现供热。就是以凝汽器作为供热系统的热网加热器，将机组排出的已经汽化的热网循环水的充分利用，提高热效率，进而减少热浪费，提高机组的供热效率。由此一来，在不扩大机组规模的基础上，系统可以回收冷源损失，提高供热程度，大幅度扩大供热面积。从高背压供热原理与技术关键点入手，分析了高背压供热技术风险及高背压供热改造经济性评价，目的是提高电厂的热效率，使供热面积提高，达到预期的经济效益。在水资源相对匮乏的区域，纯凝机组应采用空冷技术（冷却构筑物为直接空冷岛或间接空冷塔）；相比来说，供热机组选择可以使用的资源，可以优先考虑应用湿冷构筑物，在水资源充裕的条件下，冷却构筑物采用空冷，依旧可以应用高背压供热技术。可以概括为，在我国的北方地区，在选择汽轮机时，要选择空冷汽轮机（低压缸，而叶片短厚的汽轮机，能够支持在较宽的背压环境下运行），而冷却构筑物则选择湿冷构筑物或者空冷构筑物均可，即使是干湿联合冷却构筑物也是可行的。本文主要分析了高背压供热技术存在的风险、经济效益等。因为目前热点联产项目的选址一般位于城市近郊，有充裕的中水资源可供应用，相比于空冷构筑物来说，湿冷构筑物无论是在效率上，还是在经济适用性上都有明显的优势。

一、高背压供热原理

目前，以排汽压力来进行划分，可分成背压式、凝汽式两种不同的汽轮机类型。北方地区天气寒冷，所使用的一般是抽凝式。在夏季时会应用纯凝工况运行，在冬季时会应用抽汽凝汽进行供热。在任何运行工况下抽凝式机组的蒸汽在低压缸做功后的乏汽都要通过水来进行循环冷却处理，废气冷却后凝结进入机组凝结水系统。在具体作业运行过程中，没能将低压排汽余热进行有效的利用，造成了大量的损失，也使得机组的综合功效没能达到理想的标准。使用机组抽汽，做好热网循环水的加热，这两者是不同的个体，是独立的，且这两个系统是不一样且不相互影响。开始高背压供热优化，可有效把热网循环水引入至抽凝机组的系统内，在寒冷季节进行供热时，凝汽器起到基础加热器的作用对热网循水进行加热处理，在此过程中能够进行第二次加热，将其加热到理想的温度进行供热。而在夏季暂停供热的时期，机组仍旧采用纯凝工况运作，这样背压就可以恢复到设计的数值。

二、高背压供热技术关键点

当热网回水温度超过标准温度时，用热网回水冷却汽轮机乏汽，容易发生汽轮机运行背压超过其能承受的极限，甚至导致跳机事故发生；在热网回水温度过高、机组背压过高的情况下凝结水温度也会过高，甚至会超过精处理设备中树脂的温度耐受极限，会造成树脂失效，需要经常进行更换，在这样的情况下难以保证凝结水水质。因此，回水温度高低直接影响高背压供热技术。需要对热网回水温度进行有效控制，并且要采取相应的热网回水应急响应对策，确保机组的正常工作。

三、高背压供热技术应用风险分析

（一）空冷汽轮机成熟水平

当前在我国北方地区多大应用空冷机组，空冷机组又分为直接空冷机组与间接空冷机组两种，这两种冷却形式的机组都有300MW 级机组经验丰富的应用案例。而且机组的“设计背压”在9-20 kPa 之间，虽然空冷汽轮机＋湿式冷却塔技术在我国为尝试应用阶段，但是，间接空冷汽轮机组仅使用冷却塔与间接干式冷却塔一起运行，冷却水通过封闭的除盐水；该技术与非采暖期开式循环冷却水、采暖期湿式冷却塔和热网循环水的应用没有本质区别[1]。

（二）双压凝汽器成熟水平

当前我国大型火力发电机组大多应用双背压凝汽器，而中小型的火力发电机组则都采用单背压凝汽器。《电力工程水务设计手册》中明确提出，在冷却水温度高于 21℃时，应用多压凝汽器是存在优势的。另外，在《电站凝汽设备和冷却系统》中名明确提出：美国建设新电站时提出如下意见：当冷却水的温度超过20℃时，大型火力发电机组的汽轮机都要采用多背压运行。在国外的大功率汽轮机中，五分之一到三分之一都会应用多压凝汽器，甚至说，日本在125 MW汽轮机作业时，都有过应用多压凝汽的成功案例。原则上分析来看，通过2 个排气口，可以制造双压冷凝器。大型动力发电机的机组凝汽器虽为单壳、双流程、单背压凝汽器，但在设置隔板等相关操作下，可转化为单壳双压凝汽器[2]。

（三）耐高温树脂

当前我国有很多低压缸转子互换技术项目都在应用状态。在低压缸转子互换技术的应用环境下，通常凝结水的温度能够得到70℃，在改造工程中通常会应用到很多耐高温树脂，据当前的应用的状况分析来看，耐高温树脂是特殊的，对凝结水水质不会出现影响，也没有影响到树脂使用寿命。可见此项技术风险并不高，较为安全可靠[3]。

（四）热网回水超温运行安全分析

根据当前低压缸转子互换技术改造后的运行状况来看，必须要妥善解决热网循环水回水温度过高这一问题。以某热电工程为例，电厂可以针对回水情况。利用二次网对一次热网回水温度进行冷却降温。如果热网不受电厂控制，在热网回水超温时，会对机组安全运行构成较大威胁。通常情况下，常规的热电厂多数位于距城市10KM 左右的外围。城市热网，可以设置若干温度监测点，便于供热厂对实时温度进行监测，此项工作是运行人员的重要工作内容之一，一旦温度达到报警温度，启动厂内备用冷却水系统，做好降温的处理，以此确保机组安全运行[4]。

（五）热网供水温度调节安全分析

在供暖初期与尾声阶段，自然环境温度较高，适合热网应用。回水由冷凝器加热，然后直接输送至80℃。此时，发电和供热的效益可以最大化；在气温较低体感较为寒冷时，则需要将热网中的水温度调节到100℃左右。此时便可应用串联加热的作业方式，便可实现降低进入低压缸的汽量、使热网加热器的抽汽量增加，减少机组发电负荷、提升供热量。在这样的运行模式下，凝汽量的降低得到的相应成效是冷却倍率的提升，回水的温度呈恒定时，背压压力降低；如果回水温度升高，在冷却倍率的增大的情况下，可以有效的调节背压，使之不对机组造成高压隐患。需要对此加以注意，当进入低压缸的蒸汽减少时，相应汽轮机的极限背压也会降低。因此需要对这种工作情况进行校准核对，如果进入该低压缸流量超过了其额定背压，需要采取相应的对策降低水温，确保机组的安全运行[5]。

（六）精处理树脂故障安全分析

根据当前低压缸转子互换技术改造应用情况来看，精处理装置一般设有两个使用装置与一个备用装置，再加上两个仓储备用装置。此种备用模式较为安全。能够确保机组在供暖季节安全运作。为避免树脂快速失效，可将一座一千立方米的水箱用作换热器。在凝结水自冷的基础上，进入精处理单元进行处理。缓冲罐为“热缓冲罐”，设置缓冲水箱的目的是为了起到温度调节的作用，防止凝结水的温度急剧变化，波动较大。由于换热器有一定的端差，低温介质的出口温度不可能等于高温介质的进口温度。而且凝结水的热量在缓冲水箱内会有一部分散失，进而保证进入精处理装置的水温处于正常水平，对机组的安全有效运行来说有一定的保障，是一种值得尝试的方案[6]。

四、高背压供热改造经济性评价方法

高背压供热投入运行后，机组低压缸排除的气体能够起到潜热的效果，此时凝汽器具有加热作用，直接作用于热网加热，形成热网循环水加热作用，将机组冷端的损失控制到最低，可以忽略不计达到节能降耗的目的。对此项改造的经济效益进行评估，其效果是显而易见的，本文提到的经济效益分析都是基于整体环境为基础。首先，维持当前的供热能力，在保持当前供热而面积的基础上不断扩大供热面积，底线是与上个供暖期热电负荷相同，改造后降低燃料消耗；其次，充分发挥出改造后的供热能力，确保足够大的供热面积，保证蒸汽量达到当前技术水平的上限，完成高背压改造后能够达到理想的供电与发热收收效益；最后，针对利用率较高的机组，完成高背压供热系统变更后，根据机组供热期以热定电的运行方式与每年都要进行两次转子更换工作对发电工作造成的影响，能够明显发现改造后的经济收益要远远高过改造前。以上经济性分析评价，有一定的参考价值，对边界条件适宜机组高背压供热改造的整体状况，并与改造机组所在地的电负荷情况有机结合在一起[7]。

五、结束语

综上所述，高背压供热改造技术有利于降低能耗，节约资源，提升供热效率，通过对此项技术原理的分析，及此项技术的供热关键点了解，将抽凝机的模块进行升级与改造，并以此为基础，达到有效避免冷却造成损失的目的，以热网、抽汽等辅助系统改造为依托的汽轮机余热利用技术。在充分利用余热的基础上同时保障机组的运行安全。最后，提出了高背压供热改造技术相关的整体经济效益评价方法，阐述了高背压供热技术风险较低，且经济效益可观。