300 MW直接空冷机组乏汽余热利用改造技术探讨

侯春平

（中国大唐集团公司山西分公司,山西 太原 030002）

300 MW直接空冷机组乏汽余热利用改造技术探讨

侯春平

（中国大唐集团公司山西分公司,山西 太原 030002）

直接空冷机组乏汽余热利用改造技术可显著提高机组的综合能源利用效率,某电厂经过对乏汽余热利用改造技术进行综合对比,确定采用吸收式热泵技术回收乏汽余热。项目实施后对机组乏汽余热利用效果进行了评估,试验结果表明热泵性能达到了保证要求。经过2个供暖季的运行考验,热泵系统运行稳定、可靠,改造取得了预期效果。

300 MW；直接空冷机组；乏汽余热利用；吸收式热泵

0 引言

电厂直接空冷技术因其具有占地面积小、换热效率高、设备维护方便、运行可靠、节水的特点在我国富煤贫水地区得到了广泛使用[1-2]，但经济性较湿冷机组明显偏差，其中冷端损失是热力循环中的最大损失，对于直接空冷机组一般可占到燃料总发热量的40%以上。乏汽热量对于电厂来说是废热排放，但对于仅需低品位热源的建筑采暖而言，则构成巨大的能源浪费[3]。因此，充分利用直接空冷机组乏汽余热供热，可以有效提高电厂的综合能源利用效率，符合节能减排的国策，不仅对国民经济的可持续发展和改善不断恶化的大气环境能起到重要的推动作用，而且可对提高城市居民的生活质量做出重要的贡献，具有非常显著的经济、社会与环境效益。

1 某火力热电厂设备现状

山西省太原市某电厂是我国十九世纪五十年代建设的大型火力热电厂，现有装机容量186万kW,担负着供电、供热的双重任务，是太原市极为重要的电、热源点。该电厂六期2×300 MW机组为上海汽轮机厂生产的亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、直接空冷、供热凝汽式汽轮机，供热压力可在0.25 ～0.7 MPa间调整，型号为CZK300-16.7/0.4/538/538；直接空冷系统换热单元按照10×3方式布置，分为21个顺流管束冷却单元和9个逆流管束冷却单元，配置3台电动蝶阀，抽真空系统由3台水环真空泵组成；热网供热半径为20.4 km，供、回水温度为130/70 ℃，系统循环水量约9 000 t/h，热网站设4个加热器，其加热汽源为2台机组的5段抽汽。

为了满足城市日益增长的供暖需求，电厂对六期机组进行了基于吸收式热泵的乏汽余热利用改造，有效提高了电厂供热能力，取得了良好的效果。

2 余热回收供热技术简介

汽轮机乏汽余热的特点是品位低，一般达不到直接供热的品位要求，必须设法适当提高其温度。目前常见的方法有以下几种。

2.1 汽轮机高背压运行供热技术

a）高背压运行机组类似于背压式供热机组，其通过的新汽量决定于用户热负荷的大小，所以发电功率受用户热负荷的制约，不能分开独立的进行调节，即其运行是“以热定电”，因此适用于用户热负荷比较稳定的供热系统。

b）凝汽式汽轮机改造为高背压运行循环水供热时，需对排汽缸结构、轴向推力的改变、末级叶轮的改造等方面做严格校核和一定改动后方可以实行，避免危及运行安全。

c）汽轮机背压提高后，会影响汽轮机组的发电效率。

2.2 “NCB”新型机组供热技术

针对300 MW以上大型供热机组制造厂家提出了“NCB”供热汽轮机模式，其特点是在抽凝供热机组的基础上，采用2根轴分别带动2台发电机。

在非供热期，供热抽汽控制阀全关、低压缸调节阀全开，汽轮机呈纯凝工况（N）运行，具有纯凝式汽轮机发电效率高的优点；在正常供热期，供热抽汽控制阀、低压缸调节阀都处于调控状态，汽轮机呈抽汽工况（C）运行，具有抽凝汽轮机优点，不仅对外抽汽供热而且还可以保持高的发电效率；在高峰供热期，供热抽汽控制阀全开、低压缸调节阀全关，汽轮机呈背压工况（B）运行，具有背压供热汽轮机的优点，可做到最大供热能力，低压缸部分处于低速盘车状态，可随时投运。但应用该项技术要受两方面的局限。

a）现运行供热机组均为单轴汽轮机，如果改造为双轴汽轮机，需要解决排汽缸结构、轴向推力改变等因素的影响，同时需要完成汽轮机叶轮的改造等工作，改造难度偏大。

2014年1月4—5日，水利部在小浪底水利枢纽管理中心召开全国水利厅局长会议，全面贯彻落实党的十八大和十八届二中、三中全会精神，按照中央经济工作会议、中央城镇化工作会议和中央农村工作会议要求，总结2013年水利工作，部署水利改革攻坚和加快发展任务，安排2014年水利重点工作。

b）即使能够完成改造，供热机组在采暖季需为背压工况运行，为保持其稳定高效工作，需要较大容量的调峰热源，而以目前热网运行状况是很难实现的。

2.3 压缩式热泵回收汽机冷端余热技术

利用压缩式热泵回收汽机冷端余热主要有2种方式，一种是敷设单独的管道，将机组冷端余热引至用户，在用户热力站等处设置分布式电动压缩式热泵，这种方式能够收到一定的节能效果，但是管道投资大，输送泵能耗高，因此无法远距离输送，供热半径仅限制在电厂周边一定范围以内；另一种方式是在电厂内集中设置电动压缩式热泵，这种供热形式造成厂用电耗量大，在能源转换效率上不是最好的方式。

2.4 吸收式热泵回收汽机冷端余热技术

目前，基于吸收式热泵的乏汽余热回收技术以其高效节能和具有显著经济效益的特点，尤为引人注目[7-8]。常以溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，可回收利用各种低品位的余热或废热，达到节能、减排、降耗的目的，且具有高效节能的特点。电厂进行乏汽余热回收利用时在热网首站内设置吸收式热泵机组，以汽轮机抽汽为驱动能源，驱动机组内溴化锂溶剂循环做功，产生制冷效应，回收乏汽中的余热。消耗的驱动蒸汽热量与回收的乏汽余热量一同加入到热网水中，从而达到把低温热源的热量提取到中温热源中去的目的。

3 乏汽余热利用改造方案

3.1 系统方案

经过综合对比各种改造方案，并结合电厂的实际现状，该电厂确定建设蒸汽型吸收式热泵回收热电厂乏汽余热。热泵回收的乏汽接自汽轮机的排汽管道，在驱动蒸汽的作用下释放热量加热热网循环水。热泵的乏汽凝结水和驱动蒸汽的凝结水分别自流至排汽装置。热泵的驱动蒸汽接自每台机组的原供热抽汽母管。热泵的抽真空管道接至主机A真空泵入口抽真空母管，由A真空泵单独进行抽真空。热泵循环水系统进口置于热网循环泵出口母管上，减少热网循环水系统的影响，提高热网的安全性。2台机组各加装2台制热量为95.5 MW的热泵，其中每台热泵吸收汽轮机乏汽量为61.48 t/h，对应每台热泵回收乏汽的热量为82.5 MW。汽轮机乏汽余热回收系统如图1所示。

3.2 空冷岛安全可靠性

3.2.1 空冷岛防冻措施

由于热泵系统余热回收过程中，可能只有第二列前半部分散热器有少量进汽，为了防止空冷岛在冬季出现冻结问题，采取了如下主要措施。

a) 从系统方面完善措施：在各排逆流区的抽空气管加装电动隔绝阀，并在第一、二、三列蒸汽隔绝阀两侧加装差压变送器，用于自动控制抽空气管新加装电动隔绝阀开度，控制蒸汽隔绝阀两侧差压基本平衡，差压小于10 Pa，避免隔绝汽阀不严时少量蒸汽进入空冷三角区而结冻。同时在乏汽隔绝阀后安装疏水罐和疏水管路以及电动阀门，并与热泵凝结水系统相连接，电动阀门设计成具有水位监测自动排水控制逻辑，漏入隔绝阀后的蒸汽凝结成水及时排出。

b) 根据排汽温度和凝结水温度，按照机组空冷岛运行规程进行相应的调节。

3.2.2 空冷岛乏汽安全切换

a) 每台机组配备2组热泵，热泵自身的运行稳定性很高，一般情况下热泵同时发生故障的几率几乎为0，因此不会发生因为热泵自身问题导致的热力系统剧烈波动。

b) 即使市政热网水系统管道爆裂，也完全有足够的时间进行暖塔，之后将乏汽从热泵切换到空冷岛上。

图1 汽轮机乏汽余热回收系统

4 改造效果

为了对机组乏汽余热利用效果进行评估，改造后进行了3个工况下的性能试验，试验时机组热网循环水流量为4 500 t/h，采用主机真空泵（A泵）独立抽热泵机组真空系统， 试验主要结果如表1所示。

表1 热泵性能试验主要结果表

从表1中可以看出在3个试验工况下修正后热泵吸收乏汽热量分别为84. 76 MW、84. 29 MW、87. 35 MW，达到设计要求的吸收乏汽热量（82. 5 MW）；在主机不同运行背压下热泵的COP值分别为1.805、1.741、1.812, 均达到设计要求的COP值，热泵性能达到了保证要求。

该厂机组乏汽余热利用改造方案实施后，至今已经过2个供暖季的运行考验，热泵系统运行稳定、可靠，节能效果明显，乏汽余热利用改造对机组安全稳定供热起到良好的保障作用。为了进一步提高机组的供热能力，电厂拟在七期机组乏汽余热利用改造时在热力站处也安装吸收式换热机组，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20 ℃左右，实现管网的大温差输送，从而有效将提高热源供热能力、增加管网输送能力以及热电厂的节能增效有机地结合起来。

5 结束语

a) 电厂通过进行基于吸收式热泵的乏汽余热利用改造，增加了机组的供热能力，达到了扩大供热面积、实现节能降耗减排和提高经济效益的目的，从而为同类型直接空冷机组乏汽余热利用工作的开展提供参考。

b) 乏汽余热利用改造后性能试验结果表明热泵运行的性能参数均达到保证值的要求，余热利用机组运行稳定，节能效果明显，保障了热网的供热需求。

c) 在热力站处安装吸收式换热机组后，可实现热力管网的大温差输送，从而为进一步提高热电联产集中供热系统的效率奠定了基础。

[1] 李武全，徐海云，石诚.我国大型空冷电站评估报告[J].电力建设，2009(8):77-79.

[2] 王佩璋. 我国火电空冷机组发展的4个阶段和装机规模[J].发电设备，2009(1):69-72.

[3] 商继鹏，陈淑琴. 乏汽综合利用改造技术在300 MW直接空冷机组中的应用分析[J].山西电力，2011(3):37-39.

[4] 常立宏. 300 MW亚临界供热机组高背压供热改造的研究[J].河北电力，2012(6):421-427.

[5] 张攀，杨涛，杜旭，等.直接空冷机组高背压供热技术经济性分析[J].汽轮机技术，2014(3):209-212.

[6] 杨俊.电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术[J].节能，2011(1):33-36.

[7] 李建锋，马庆中，黄海涛，等. 吸收式热泵在供热机组中的应用分析[J].中国电力，2013(4):25-28.

[8] 李文艳，周岩，王自宽，等. 吸收式热泵技术在空冷供热机组中的应用[J].内蒙古电力技术，2013(3):59-62.

Technology Reform for Waste Heat Utilizaiton of 300 MW Direct Air Cooling Unit

HOU Chunping

（Shanxi Branch Company of China Datang Corporation, Taiyuan, Shanxi 030002, China）

The reform for waste heat utilization technology can remarkably improve the energy utilization efficiency of the direct air cooling unit. Several technologies for waste heat utilization are contrasted in a power plant, and finally absorption heat pump technology was adopted for waste heat recovery. The efficiency of the waste heat utilization after reform was evaluated and the result proves that the performace of the heat pump has reached expectation. After trial running for 2 heating seasons, the heat pump system is proved to operate stably and reliably, having reached the expected result.

300 MW; direct air cooling unit; waste heat utilization; absorption heat pump

TK115

B

1671-0320（2016）04-0044-04

2016-04-01，

2016-06-10

侯春平（1969），男，山西太原人，1995年毕业于太原职工大学工民建专业，工程师，从事电厂发电及新能源工作。