300MW级超临界供热机组热网加热器串并联比选方案探讨

陈阳

（国家能源集团科学技术研究院有限公司，山西太原 030000）

0.前言

目前，大规模的城市集中供热管网对热网循环水的供水温度要求较高（一般为130℃甚至到150℃），要求供热汽轮机采用较高的抽汽压力以满足热网供水温度要求，而汽轮机抽汽压力的提高，降低了机组的发电出力。对于大型供热机组来说，在保证对外提供优质高效的供热蒸汽的同时，采用合理措施对热网循环水加热系统进行优化，在保证供热要求的前提下，提高机组的经济性是非常必要的。

针对超临界供热机组程的供热要求特点，对供热系统连接方式进行分析比较，提出优化方案是本文着重探讨的。

1.热网系统简述

以某2×350MW超临界供热发电企业为例，汽轮机型式为：350MW超临界蒸汽参数、一次再热、双缸双排汽抽汽凝汽式机组。供热系统承担采暖设计热负荷约700MW，热网循环水供、回水温度分别为130℃、70℃，热网循环水量约9300t/h，电厂范围内供水压力约1.6MPa。

电厂范围内的热网循环水系统包括：来自外部热网的热网循环水回水（水温70℃）经热网回水母管送至热网循环水泵入口，由热网循环水泵升压后送至热网加热器，经热网加热器出来的高温热网循环水（水温130℃）再送回热网供水母管，供应至外部热网供水母管，完成整个热网热力循环过程[1]。

热网加热器的加热蒸汽来自汽轮机五段抽汽，热网循环水供热温度130℃，假定热网加热器端差15℃，对应加热器饱和蒸汽温度145℃，对应压力为0.416MPa，考虑抽汽管道及调节系统压损等因素，汽轮机供热抽汽压力应在0.45MPa左右。加热蒸汽凝结水经冷却后返回汽轮机热力系统。

每台机组设置2台热网加热器，2台机组共设置4台热网加热器[2]，每台机组的供热抽汽分别进入本机组对应的2台热网加热器加热热网循环水。

热网循环水系统中，设置有4台热网循环水泵，3台运行，1台备用，4台热网循环水泵为二台机组共用。

2.热网循环水加热系统设计方案

本工程热网循环水供回水温度为130/70℃，供水温度要求较高。热网循环水加热系统连接方式可采用两种设计方案：（1）热网加热器采用并联加热系统；（2）热网加热器采用串联加热系统，两种系统对供热机组的经济性有不同的影响。

2.1 热网加热器并联加热系统

并联加热系统是将热网回水由热网循环水泵升压后，同时送入每台机组的热网加热器，在热网加热器中与汽轮机供热抽汽进行换热，水温从70℃加热至130℃，加热后的高温热水回至供水母管对外供出。在这种连接系统中，二台机组对应的4台热网加热器都是并联运行的，通过每台机组加热的热网循环水量为总循环水量的1/2，所有加热器进出水温度都是一致的。根据热网加热器出水温度130℃，热网加热器上端差按15℃考虑，管道蒸汽压损按5%考虑，二台汽轮机的供热抽汽压力设计值为0.45MPa，抽汽温度256℃，在额定供热工况下，单台汽轮机对应额定抽汽量550t/h，供热量约350MW，二台机组总供热量约700MW。

并联加热方案管道系统较为简单，在工程采用较多，该方案的缺点是两台汽轮机供热抽汽压力均较高，机组发电量减少较多，经济性降低。

2.2 热网加热器串联加热系统

串联加热系统是将热网回水分级加热，热网回水经热网循环水泵升压后，先经过第一台机组对应的热网加热器由70℃加热至100℃，再经另一台机组对应的热网加热器由100℃加热至130℃后对外供出。在这种连接系统中，二台机组对应的热网加热器是串联运行的，通过每台机组加热的热网循环水量为热网系统总循环水量。采用分级加热后，根据各级加热水温要求，将二台汽轮机供热抽汽压力设定为高、低压两种不同的抽汽压力。第一台机组将热网循环水70℃加热至100℃，同样考虑热网加热器端差，及抽汽管道压损等因素，低压抽汽压力设计值采用0.25MPa.a。第二台汽轮机将热网循环水由100℃加热至130℃，采暖抽汽压力设计值仍为0.45MPa.a。二台汽轮机采用不同的抽汽压力后，在采暖期供热期间，第二台汽轮机供热工作方式同热网加热器并联系统相同。

为保证加热系统的灵活可靠性，串联加热系统中设有热网加热器的旁路管道，可允许任何一台机组的2台热网加热器独立运行。

串联系统优点是可降低一台汽轮机的抽汽参数，从而提高该汽轮机效率，增大机组发电量，减小机组热耗损失，与并联加热系统相比，单位抽汽的对外供热量基本不变，二台机组总供热量700MW保持不变。在相同主蒸汽量，相同抽汽量条件下，第一台汽轮机的采暖抽汽压力降低了0.2MPa，蒸汽在汽轮机内多做功约13.3MW，热耗值降低约181kJ/kWh。

2.3 串、并联热网加热器系统经济指标比较

根据汽轮机厂为本工程提供的机组热平衡计算，热网加热器采用串联或并联方案的热经济影响[3]的比较见表1所示。

表1 全厂热经济指标比较表（二台机组）

由表1数据可看出，采用热网循环水串联加热系统，降低了采暖期机组的平均发电煤耗，全厂年平均热效率比采用并联加热系统提高了0.3%，每年可节约发电成本254万元。

3.供热可靠性及设备投资费用比较

采用热网循环水并联加热系统和串联加热系统对机组供热能力和供热可靠性方面没有影响，供热辅助设备中，热网加热器采用两级串联方式后，每台热网加热器对应通过循环水量增加一倍，热网加热器温升降低50%。由于以上的改变，热网加热器管束内循环水流速设计上更容易取得有利的流速值，提高设备的换热效率，降低换热面积。循环水温升降低，对于多流程热网加热器，不同流程间管束平均温差降低，热网加热器的热应力降低至少一半，对热网加热器的工作条件和设备寿命均得到改善和提高。

由于采用热网加热器串联系统，热网循环水泵扬程略有增高导致泵功率略有增高（每台泵功率约增加40kW），其他设备的数量及容量基本没有变化，因此二方案的初投资费用基本相当。

4.结语

热网加热器采用高、低压二级串联加热系统，在工程实践中运行安全可靠，能有效降低发电煤耗，对能源的综合利用更为经济合理，提高了热电联产的经济性。