热电联产机组供热改造技术研究

梁晶贾继钢朱良君王世朋贾小伟

热电联产机组供热改造技术研究

梁晶1，2，3，贾继钢4，朱良君1，2，3，王世朋1，2，3，贾小伟1，2，3

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.国家能源分布式能源技术研发（实验）中心，浙江 杭州 310030； 3.浙江省蓄能与建筑节能技术重点实验室，浙江 杭州 310030；4.天津华电南疆热电有限公司，天津 300450）

早期发电机组为了满足中国经济快速发展的用电需求，争取更多发电量，较少考虑供热方面问题，但近年来中国社会经济取得长足发展，人民对生活质量的要求也逐步提高，供热稳定性和灵活性等问题越来越重要，对供热改造技术的探索也不断深入。对当前市场上主流的供热改造技术原理及特点进行了梳理，并重点介绍了纯凝改供热技术、低压光轴转子供热技术、吸收式热泵技术、汽轮机高背压供热技术等。

热电联产；供热改造；热泵技术；高背压技术

1 引言

热电联产机组是指同一电厂不仅生产电能，同时又可以利用做过功的蒸汽为用户供热的生产方式，即电能、热能生产合为一体的工艺过程。传统的热电机组抽取在汽轮机组内做过功的中低品位蒸汽，以此对外进行供热，从而达到生产电能的同时又提供热能的目的，也称为抽凝式热电机组，其热电机组效率可以提高至60%以上[1]。此外，除了抽凝式热电机组，还可以利用低压光轴转子、吸收式热泵、高背压供热等节能供热改造技术，进一步提高热电机组的综合效率，通过供热改造，供热机组热效率可以提高至80%以上。随着国家经济的快速发展，电力市场不断饱和，传统的热电机组面临的生存压力越来越严峻，通过运用合适的供热改造技术，可以提高其市场竞争力，以谋求新的发展契机。

2 纯凝改供热技术

纯凝机组改造为调整抽汽机组，是指在汽轮机的中压缸与低压缸的连通管道上打孔，并在连通管道上装设调整蝶阀，由此连接供热抽汽管道[2]。一般情况下，普遍的改造方案是直接在连通管道上打孔与抽汽管道相连接，随后蒸汽流入热网加热器，热网循环水在加热器中吸收蒸汽释放的热量，产生的疏水与除氧器相连接。

对于传统的改造方案，尤其是用于300 MW及以上的纯凝机组供热改造时，打孔抽汽的蒸汽参数较高，达到0.8 MPa以上，此时如果直接抽汽对外供热，高品位蒸汽中的能量损失非常严重，为了使能量梯级利用，一般可选择一套参数配置匹配的背压机组，从汽轮机抽出的高品质蒸汽先进入背压机组做功，做完功之后的蒸汽再进入热网加热器进行供热。这样配置可以使能量合理梯级利用，既满足了供热的需求，又使高品质蒸汽的能力得到合理利用。通常情况下，一个供热负荷周期的早期和末期时的负荷值都比较小，此时对供热蒸汽参数要求较低，这种情况下蒸汽流量相对比较小，同时还需要不断进行调整，以免对背压机运行产生不利影响。因此为了使背压机经济、高效、稳定运行，在供热周期的早期和末期，将供热蒸汽与旁路相连直接送入加热器，等待供热负荷稳定后，切断旁路系统，将高品质蒸汽送入背压机组做功，做功后的乏汽再进入热网加热器。

除改造为调整抽汽提供热能之外，还可以改造成非调整抽汽，此方式不用调整蝶阀，但不能灵活调整抽汽压力，抽汽参数只能随机组负荷变动，此方式多用在工业抽汽场所。

纯凝改供热技术将热网循环水集中到一起进行统一输送，构建了相对完备的输送体系，此项技术多应用于低压缸联通管加热处理中。由于管道抽汽参数相对较高，倘若直接用于循环加热，会浪费大量高品质能量，也导致此类技术在供热改造中直接应用的较少。

3 低压光轴转子供热技术

进行低压光轴转子供热改造时，仅保留汽轮机的高、中压缸做功，拆除低压缸内全部双分流通流，在汽轮机高压缸、中压缸和发电机之间搭配一根新设计的光轴转子，发挥连接和传递扭矩的作用[3]。

冬季供热时，可以扩充供热抽汽管道满足供热。与此同时，机组抽汽方式利用非调整抽汽，抽汽压力与原机组同等工况相持平，这样可以保证机组的安全性。另外，中低联轴器和低发联轴器均采用液压螺栓结构，保证原低压转子与新设计低压光轴转子的互换性。为了预防在供热运行期间低压隔板槽档发生变形或者锈蚀情况，可以在机组低压缸隔板或者隔板套槽内加装配套设计的保护部套。夏季非供暖期，将低压汽轮机改为原转子，切换为凝汽机组。完成相应的供热改造后，供热季和非供热季机组采用不同的运行方式，在每年季节变换时期，对机组进行停机维护，开展低压缸揭缸工作，更换低压转子、联通管、隔板及隔板套等设备部件。

采用低压光轴改造供热技术，可以将改造原机组辅助系统的量减到最小，利用汽轮机的中压缸排汽来供热，消除冷源损失，增大供热量，降低机组发电负荷，运行安全可靠，实现机组节能减排、节约用水的目的。对于热电矛盾突出、弃风弃光现象严重，同时还有一定的调峰辅助政策的地区，具有较为广泛的现实意义。

4 吸收式热泵技术

吸收式热泵是以蒸汽和烟气等高温热源为驱动，提取如冷却循环水和烟气余热等低温热源热量，最终输出中温热能。在真空状态下水的沸点降低，典型的蒸汽型溴化锂吸收式热泵利用水蒸发吸热的特点，以水作为制冷剂，以溴化锂浓溶液作为吸收剂，以高温蒸汽作为驱动热源，从低温热源中提取热量[4]。利用溴化锂吸收剂浓溶液加热蒸发、稀释放热的特性，可以回收相关工艺中的热量。目前将吸收式热泵技术与热电联产机组相结合的供热形式，主要包括集中式吸收式热泵供热技术与大温差热泵供热技术。

集中式吸收式热泵供热技术，指以电厂的高温烟气或高参数蒸汽作为驱动热源，将吸收式热泵设置在热源侧，以电厂的低温烟气余热或低温乏汽余热为低温热源，提取低温热源的热量来加热热网水，从而对外供热。

大温差热泵供热技术，指为使一次管网回水温度降低至30 ℃以下，增大供回水温差，在二级换热站处用吸收式换热机组取代传统的板式换热器供热技术。对比集中式吸收式热泵供热技术，因为将热泵应用于二次热网使供/回水温差有了较大程度的提高，相应提升了管网的输送能力。

吸收式热泵供热改造技术的低温热源是循环水，以此获取能量完成供热。与其他技术相比，改造工作量较大，而且在实践操作中，只有供热量达到某一要求值的前提下才能够发挥相关改造的作用，其对供热系统供热量的要求较高。通过相关计算可知，该项技术可以提高资源利用率，但同时欠缺资金成本方面的优势，需要较高的总投资成本，导致其在供热改造工程选择方面竞争优势薄弱。

5 汽轮机高背压供热技术

汽轮机高背压供热技术，指通过相关技术将原有汽轮机组被压提高，即适当降低凝汽器真空，提高排汽温度和压力，并利用排汽加热热网回水，从而提高循环水温度，利用循环水为热媒向热用户供暖的供热技术[5]。汽轮机高背压供热，又可分为直接高背压供热和双转子双背压供热两种方式。

将抽汽供热机组改造为高背压供热机组，可根据湿冷机组和空冷机组的不同，采用不同的技术路线。湿冷机组的运行背压一般较低，为5 kPa左右，背压提高过多，会影响汽轮机运行安全，或达不到供热需求。湿冷机组进行高背压改造时有两种方式，即低压转子去掉末级叶片方式和低压转子一次性改造方式。将直接空冷机组改造为高背压供热机组，除增加供热凝汽器外，还需对热网循环水泵、厂内供热管道、阀门等进行部分改造。供热期，根据供热需求情况，调整部分或全部乏汽进入供热凝汽器，实现高背压供热；非供热期，将供热管道上的阀门关闭，汽轮机乏汽全部进入空冷岛。间接空冷机组类似于纯凝机组，它有凝汽器，乏汽在凝汽器中冷凝，循环水通过空冷塔换热。可采用间接空冷机组双温区凝汽器供热技术进行供热，它不改变汽轮机本体和间冷塔现状，供热期适当提高汽轮机背压，利用热网循环水，通过凝汽器回收汽轮机排汽余热，进行供热；在非供热期，切换到间冷塔运行纯凝工况。

湿冷机组高背压供热改造的另一种方案是夏季时维持机组背压5 kPa不变，冬季供热时将低压纯凝转子更换为低压高背压转子，使供热背压提高，比如50 kPa左右，供热期结束后再次更换回低压纯凝转子。由于供热期和非供热期采用的是不同的两根低压缸转子，所以称为双转子双背压互换供热技术。该技术适用于改造大型机组循环水余热回收，在安全性方面很好解决了高背压供热的诸多问题，但同时该技术也有相应的缺陷，即消化掉进入凝汽器乏汽的巨大余热量，要求供热面积庞大且稳定。

高背压供热改造技术以提高排汽温度参数来达到优化供热效果的目的，在实际使用中将此项技术应用于高压环境，对环境压力控制方面有较高的要求，另外还需要更换低压缸转子，导致此项改造技术实际使用成本较高，同时在机组处于非供暖期时，其发电量也相应降低。

6 小结

随着国家能源发展战略行动计划的稳步推进与落实，绿色发展理念得到了社会公众越来越多的关注与重视。以往设计的供热方案对资源造成了浪费，给环境带来了污染，在当前形势下，急切需要新的技术手段改善供热机组性能，提高供热效率。在此背景下，对供热改造技术的研究也会越来越深入，同时相关技术的核心技术屏障也会不断显现，但毋庸置疑的是，今后更全面、更先进的改造技术也会不断涌现。

［1］冯为为.热电联产的“破”与“展”［J］.节能与环保，2016，260（2）：49-51.

［2］刘裕.火电厂纯凝汽轮机组抽汽供热改造技术［J］.环球市场，2020（1）：169.

［3］奚守谱.光轴和切缸改造技术在供热机组的应用［J］.设备管理与维修，2018，431（17）：107-109.

［4］刁培滨，徐静静，余莉，等.燃气分布式能源站余热深度利用技术方案研究［J］.华电技术，2019，41（12）：37-40，45.

［5］戈志华，孙诗梦，万燕，等.大型汽轮机组高背压供热改造适用性分析［J］.中国电机工程学报，2017，37（11）：3216-3222.

TM621

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.067

2095－6835（2021）08－0164－02

梁晶（1988—），男，山西忻州人，硕士研究生，主要从事分布式能源方面研究。

〔编辑：严丽琴〕