超（超）临界供热机组热网加热器疏水回收方案分析

靖长财，张 健

（神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京 100069）

0 概 述

随着我国北方城市的发展，冬季的供热需求也在逐渐增加。当供热机组的抽汽流量增加时，相应的疏水量也将逐渐加大。对于亚临界供热机组，热网加热器的疏水可直接进入除氧器，以回收相应的热量。对于超（超）临界供热机组，因热网加热器季节性投入，非随机组连续运行，投入初期疏水水质较差，其热网加热器疏水水质的好坏将对锅炉给水水质产生很大影响。因此，在确保合格的给水水质的同时，考虑加热器疏水热量的合理回收利用。为此，对供热机组热网加热器疏水回收三种方案进行技术及经济运行方面的分析，供新建或改造机组预定方案时参考。

1 供热机组热网加热器的疏水方案

某超（超）临界机组锅炉为直流锅炉，无给水汽包。如给水水质受到污染，则无法排除给水中的杂质，杂质将直接进入蒸汽系统。当给水中相关的含盐、电导率、pH值等指标严重超标时，将发生锅炉蒸发段的腐蚀结垢及汽机内积盐等现象，对机组的安全运行造成危害。对于供热机组，在冬季供热工况下，热网疏水量较大，额定抽汽量占汽机进汽量的35%，最大抽汽量时约为50%，此部分工质未经过凝结水精处理设备处理，相当于每次完成一次机炉间的工质循环后，均有35%～50%的工质未经处理，待机组运行至某时段后，工质中携带的杂质会逐渐加大，达不到给水水质的要求。同时，还需考虑直流炉给水的系统特点，例如，热网加热器疏水会受到热网水系统中的渗漏污染，当采用疏水回至除氧器系统时，如不能及时监测并采取措施，将使污染杂质直接进入蒸汽系统，对锅炉蒸发段设备和汽轮机造成危害。故对超（超）临界供热机组，其热网加热器疏水系统的合理设置，将对机组的热经济性和机组的运行安全产生重大影响。

以350MW供热机组的运行方式为例进行分析，按照热网循环水量10 000t／h，每台机组设2台热网加热器，每台机热网加热器疏水量约460t／h，疏水温度为140℃，压力为0.36MPa。热网加热器的疏水泵设置为3台，2台运行，1台备用。热网加热器疏水泵流量为250t／h，热网加热器疏水泵出口压力为1.7MPa。

1.1 热网加热器疏水直接回收到除氧器

方案1是将热网加热器疏水正常运行进入除氧器（包含疏水回收进入到与凝结水温度接近的凝结水管道，例如，至3号低压加热器的出口），水质不合格或热网疏水泵故障时，疏水进入热网回水系统或凝汽器，热网加热器疏水系统的路径，如图1所示。

图1 热网加热器疏水系统回收

机组正常运行时，热网加热器疏水→热网加热器疏水泵→疏水除铁过滤器→除氧器（含温度相应的凝结水管道上），热网加热器疏水管道出口，除常规监视热网疏水硬度和Fe离子，在线设置氢电导率表（根据DL／T12145－2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》）要求，监测热网加热器是否发生泄漏。当加热器疏水出口处的氢电导率＞0.15 μs／cm时报警，联锁装置将快速关闭至疏水母管的阀门，联锁打开排至凝汽器的疏水切换门，将疏水排至凝汽器，通过凝结水泵，疏水被排入凝结水精处理装置进行处理。同时，监测除氧器入口（在线监测氢电导率、比电导率、pH、O2）和省煤器入口（在线监测氢电导率、比电导率、pH、O2、SiO2）的给水水质。当水汽质量劣化时，按《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB／T 12145－2008）中三级处理原则进行水处理。如加热器热网水侧发生严重泄漏，或发生爆管时，其污染的疏水由联锁装置排至热网回水系统，其操作通过切换阀来实现。

疏水除铁过滤器用于除铁，去除热力系统中的腐蚀产物。每台机可设2×100%的疏水除铁过滤器，1台运行，1台备用。每台疏水除铁过滤器的出力约500t／h，设计压力为2.0MPa。2台机热网疏水除铁过滤器及取样监测系统的投资约350万元。

1.2 热网加热器疏水经过冷却后回收到凝汽器

方案2是将热网加热器疏水经过热网加热器回水冷却（含热网加热器设置疏水冷却段）或由凝结水冷却后，再进入凝结水精处理装置入口，水质不合格或热网疏水泵故障时，进入热网回水系统或凝汽器。回收系统的布置，如图2所示。

图2 热网加热器疏水回收

在热网加热器疏水至凝汽器的疏水管路上，设置2级板式换热器（设计水／水换热器，压力为4.0 MPa，温度为150℃，流量为（500／680）t／h），用以回收热网加热器疏水中的热量，第一级为热网循环水加热器，第二级为凝结水加热器。热网加热器疏水温度约140℃，第一级加热器加热热网循环泵出口的热网水，水温约70℃。考虑到设备端差，疏水在第一级加热器时温度降至90℃，加热后的热网循环水回至热网加热器进口处；第二级加热器加热轴封冷却器出口的凝结水，考虑设备端差，疏水在第二级加热器时温度降至约60℃，加热后的凝结水回至8号低加入口。热网加热器疏水将从约140℃降温至约60℃后排至凝汽器，保证进入凝结水精处理装置的凝结水温度不大于60℃。当加热器热网水侧发生严重泄漏或爆管时，其污染的疏水则排至热网回水系统。

凝汽器凝结水被循环水降温至33℃，存在约27℃的热量损失。考虑到两级换热器的换热效率，在冬季采暖季的平均工况下，方案二比方案一损失约26.0GJ／h热量。

热网加热器型式的选择。热网加热器通常为管壳式加热器，近年来，随着板式换热器的普及和价格降低，板式加热器占地少、传热效率好的特点逐渐被引起关注，所以，也有部分电厂采用了板式热网换热器。对于超（超）临界供热机组，加热器的疏水水质控制尤为重要。新型管壳式换热器的结构严密，发生泄漏的几率小。板式换热器的耐温性能差，易造成渗漏，对于超（超）临界供热机组，推荐采用管壳式加热器。

（2）控制钻井液滤失量，加入处理剂强化封堵井壁。在高压层井段钻进时，保证合理的密度，同时按全井加量陆续加入2%～3%KFT、2%～3%SD-202、3% ～5%SMP-1、1% ～2%SJ-1、2% ～3%SPNH等处理剂，将井浆逐步转化为聚磺防塌高密度体系。聚磺防塌体系中各种处理剂的加量见表2。

1.3 热网加热器疏水经冷却后回收至凝结水管道

方案三是将热网加热器疏水经过热网加热器回水冷却（也可采用热网加热器设置疏水冷却段）或凝结水冷却，进入凝结水精处理装置入口，水质不合格或热网疏水泵故障时，进入热网回水系统或凝汽器。系统设备的布置，如图3所示。

图3 热网加热器疏水回收

在热网加热器疏水至凝结水精处理前的凝结水管路上，设置2级板式换热器，用以回收热网加热器疏水的热量，其中第一级为热网循环水加热器（也可采用热网加热器设置疏水冷却段），第二级为凝结水加热器。热网加热器的疏水温度约140℃，经第一级加热器加热后，热网循环泵出口的热网水温约70℃。考虑到设备端差，疏水在第一级加热器时温度降至90℃，加热后的热网循环水回至热网加热器进口处；第二级加热器加热轴封冷却器出口的凝结水，考虑设备端差，疏水在第二级加热器时温度降至约60℃。热网加热器疏水将从约140℃降温至约60℃后，再排至凝结水管道内，使进入凝结水精处理装置的凝结水温度不大于60℃。当加热器发生严重泄漏或爆管时，其疏水将被排至热网回水系统。

2 技术方案技术经济分析

2.1 对机组水、汽品质的控制

在方案一中，当热网加热器正常运行时，疏水被排至除氧器，因没有经过凝结水精处理装置处理，从水质工况分析，当热网疏水被污染时，存在污染水进入机组蒸汽系统的可能，但通过在热网加热器疏水出口设置氢电导率表，监测热网加热器的泄漏情况，并设置联锁装置，快速开启阀门，可及时将污染水排至凝汽器。同时，在疏水管路上设置疏水除铁过滤器。故此方案对水、汽的品质还是可控的，可保证机组的安全运行，但存在隐患。所以，应加强监测热网加热器的泄漏情况，加强运行管理，发生泄漏时需及时处理，方案一的经济性最好。

在方案二中，当加热器正常运行时，热网加热器疏水全部回至凝汽器，经过凝结水精处理装置处理，保证了给水品质。在机组水、汽的品质控制方面是最安全的，且运行方便简单，但经济性较差，有疏水热量损失。

在方案三中，当热网加热器疏水系统正常运行时，经过冷却器（也可在热网加热器结构上考虑设置疏水冷却段）和凝结水冷却器热网的疏水，通过热网疏水泵进入凝结水泵出口管道，经过精处理装置后，再排入除氧器，可使热力系统保持良好的热经济性。当疏水泵故障时，联锁关闭至凝结水泵出口管道的关断阀，同时开启至凝汽器的关断阀。这种配置方案不仅使系统有较高的热经济性，而且在凝结水泵故障时，只需暂时将热网加热器的疏水排入凝汽器，不影响热网系统的正常运行。

2.2 年度费用计算

以2台350MW超临界机组的供热系统为例，从设备初投资、设备维护费等，进行年度费用的综合比较和计算。

2.2.1 设备初期投资

设备的初期投资费用，如表1所示。

表1 设备初投资（2台机组）

设备运行的维护费用，如表2所示。

表2 设备运行维护费（2台机组）

2.2.3 采暧季的煤耗量

采暧季的耗煤量，如表3所示。

表3 采暧季的煤耗量（2台机组）

2.2.4 年度费用比较

年度费用的计算，如表4所示。

表4 年度费用比较（2台机组）

3 结 语

通过对三种方案的分析可知，方案一可充分回收利用热网疏水的热量，在水汽品质的控制方面，可保证机组的安全运行，但应加强热网加热器的泄漏监控，加强运行管理，发生泄漏时需及时处理，运行的经济性最好，但存有隐患。方案二通过热交换，将疏水热量再次回收，在机组水、汽品质控制方面是较安全的，且运行方便简单，但是排入凝汽器后有冷源损失，经济性较差。方案三是通过热交换，疏水热量被再次回收，在机组水、汽品质控制方面是最安全的，且运行简单，疏水被排入凝结水管道，经济性较好。

超（超）临界机组对水、汽的品质要求较高，在火力发电设计技术规范中，要求热网疏水回收时必须回到凝结水精处理前，以确保任何工况下的水、汽品质都达到预期值。因此，在新建机组或在役机组的技术改造中，对于热网加热器的疏水回收应采用方案三，可满足机组对水、汽品质的要求，机组运行的经济性较好。