基于吸收式换热的热电联产集中供热应用

吴颜

1.常规电厂冷凝热回收技术简介

汽轮机凝汽余热的特点是品位低。排汽压力低，水冷机组背压4～8kPa，空冷机组背压10～15kPa；冷凝温度低，水冷20～40℃，空冷45～54℃凝汽温度通常比较低。达不到直接供热的品位要求，必须设法适当提高其温度。目前可采用的方法有两个：一是降低排汽缸真空，提高排汽温度，即通常所说的汽轮机组低真空运行；二是在电厂设置热泵吸取汽轮机凝汽余热实现供热。

2.技术原理

在热力站处安装吸收式换热机组，用于替代常规的水-水换热器，在不改变二次网供回水温度的前提下，降低一次网回水温度至25℃左右（显著低于二次网回水温度），热网供回水温度由原来的130/60℃变为130/25℃，输送温差拉大了近一倍，由此大幅度的降低了热网投资和运行费用；在电厂热网加热首站安装吸收式热泵机组，以汽轮机的采暖蒸汽驱动回收汽轮机排汽余热，用于梯级加热一次网热水，由于热网低温回水实现了与汽轮机排汽的能级匹配，使得热泵处于极佳的制热温度和更大的升温幅度，从而使热电联产集中供热系统的能耗大幅度降低。

3.主要设备

3.1余热回收机组

一期2X200MW和二期2X300MW主机各配置两台余热回收机组，并列运行，不设备用。一期工程余热回收机组每台回收乏汽量178t/h，折合热量116MW；二期工程余热回收机组每台回收乏汽量202t/h，折合热量124MW。

3.2热网加热器

改造后，热网加热器作为二级加热，将热网循环水加热到120℃，系统总循环水量从18190t/h减为15421t/h。与改造前相比，热网加热器负荷减小。

3.3热网循环水泵

要求原热网循环水泵能够满足改造后热网调节要求，同时满足热网最不利环路循环压头要求。利用水力计算软件UEP进行模拟计算分析，可判断既有的热网循环水泵可满足改造后的供水能力。

3.4热网补给水系统

热网循环水系统的正常补水，通过原热网首站的化学软化水补水管道实现。热网循环水系统的事故补水，通过原热网首站的工业水至热网循环水的补水管道实现。由于改造后，热网循环水量减小，所以，原热网补给水系统可以满足改造后使用要求。

3.5热网疏水泵

改造后，热网加热器作为系统的二级加热。在采暖负荷较高时热网加热器与热网疏水泵投入运行。一期工程两台机组配3台热网疏水泵，流量370m3/h，扬程200m，两用一备。二期工程每台机组配3台热网疏水泵，流量328m3/h，扬程230m，两用一备。

在余热回收机组的设计工况，由于部分采暖蒸汽需要引入余热回收机组机组，所以进入原热网加热器的采暖蒸汽量减少，所以原有的热网疏水泵系统可以满足运行要求，一期工程只需要开启1台热网疏水泵即可满足要求；二期工程只需要开启2台热网疏水泵即可满足运行要求。其疏水通过调节阀控制流量，送入主机凝结水系统。

4.系统运行、调节方式

4.1余热回收机组与主机对应关系

余热回收系统采用单元制，即每台主机对应一台余热回收机组，利用主机部分供热抽汽带动其运行、并吸收主机部分乏汽汽化潜热。四台余热回收机组并列运行，其乏汽系统、驱动蒸汽系统相互独立，其热网循环水供回水系统管道分别汇集在一起。

4.2供热系统的运行和切换

正常运行时，四台余热回收机组按照各自容量承担负荷，循环水在四台余热回收机组+两个热网首站加热后在电厂外混成一根母管，供至城市热网。每台主机承担大致相等的供热负荷（热网加热蒸汽、余热机组驱动蒸汽、余热机组乏汽）。

一期每台机组的额定负荷为313MW、二期每台机组的额定负荷为431MW，全厂总供热负荷为1489MW。当二期一台机组停运时，负荷率为（1489-431）/1489=71%，满足供热保障要求。

4.3余热利用机组的调节方式

鉴于本项目负荷匹配特点，在整个采暖季运行中，常规的热网站量调、质调模式有所变化。首先，不再进行热网循环水量的调节，即热网循环水量一直保持设计流量，以保证稳定和最大限度的利用乏汽余热，与此对应，乏汽流量不做调节。系统的热负荷，通过调整循环水供水温度实现，具体为通过调整去热网首站的蒸汽量，调节循环水的供水温度，以在整个采暖期内控制供热负荷。调节去热网首站的蒸汽量，通过主机中低压连通管上的供热蝶阀、以及热网加热器入口的蝶阀调节实现。

5.余热回收机组启动方式

当机组开始运行前首先检查余热回收机组设备和各种测量仪表，当设备一切正常即可投入运行。首先开启一台抽真空的阀门，并将余热回收机组热水进出口打开，当真空达到一定值后、开启厂外来热网回水管到余热回收机组进出口阀门，关闭厂外来热网母管主阀门，使热网回水进行循环；开启汽轮机主排汽管道上旁路管阀门，乏汽进入余热回收机组进行回收利用；打开低压采暖抽汽阀门，对余热回收机组进行驱动加热，再开启凝结水泵，将疏水打回排汽管道疏水管，余热回收机组设备即可正常运行。当机组正常运行后再按上述步骤启动第2台余热回收机组。

6.空冷部分

云冈2×200MW、2×300MW机组供热改造工程，每台汽轮机排汽进入空冷系统之前，在空冷岛主排汽管道上开设DN3500/DN3500孔，通过管道将蒸汽引至被称为余热吸收热泵系统的取热器中进行冷凝，通过凝汽器冷侧的溴化锂将热量带走，蒸汽冷凝后形成的水回至电厂凝结水回收系统，通过凝结水泵升压至锅炉给水系统。

冬季采暖季时，将DN3500/DN3500的电动蒸汽隔离阀和DN300/DN300凝结水管道电动蝶阀打开，蒸汽通过DN3500/DN3500管道进入热泵系统进行冷凝供热；夏季非采暖季时，关闭蒸汽隔离阀和凝结水管道阀门，使余热回收机组系统隔绝，汽机所有蒸汽由空冷系统冷却。

管道的设计应力考虑原则是，通过设置膨胀节吸收由于温度变化、风荷载、地震荷载等所产生的力和力矩，使施加于空冷岛侧的空冷排汽管道荷载和位移不会影响到空冷排汽管道安全运行，同样不能给热泵侧的换热器接口处施加额外、不能承受的力和位移。

由于该供热管道的热量散失或阀门可能存在的泄露，管道内会存有一定量的疏水，通过设置DN150的小管道将疏水排出。

余热吸收热泵系统布置在空冷平台下、靠近汽机房A列的场地上，每台机组设置一套该换热系统排汽管道。本设计将在A列外四台汽轮机组的主排汽管道的立管上，于约10.20m标高处各安装一条DN3500的管道并分别与余热回收机组连接。

自机组主排汽管道（DN5500）接出的DN3500管道上安装有万向波型补偿器和轴向波型补偿器。万向波型补偿器则是为了补偿和吸收新安装的管道在运行中由于温度变化所引起的位移，从而可避免由此对主排汽管道产生的水平推力。另外在余热回收机组的进气管道上也安装有轴向波型补偿器，该补偿器则是为补偿余热回收机组进汽管道由于温度变化所产生的轴向应力。

基于工艺设计方面的需要，在DN3500管道上安装有真空阀。在正常运行工况条件下DN3500管道上的真空阀均为打开状态，使余热回收机组与汽轮机组同时运行，采暖期结束后真空阀将予关闭。

在DN3500管道真空阀下布置了支架，同时为了避免DN3500管道对余热回收机组的加重荷载，在余热回收机组进气管的两侧分别布置了承重支架。

DN3500钢管外壁除锈达标（Sa2.5）后涂环氧煤沥青漆二道，其防腐等级为普通级。同时管道采取聚乙烯泡沫瓦型块保温，外加镀锌铁皮包裹。