匹配器应用对供热经济性及安全性的影响

高敏君　杨波

摘要：热点联产是一种既能生产电能又能利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方式，是节约能源、改善环境、提高人民生活水平的重要途径。随着汽轮发电机组容量的增大，燃料和电价的降低，曾经使得热电联产技术的发展出现了停滞的局面，促使人们考虑如何更有效地利用现有能源，提高能源效率。

关键词：供热；300MW机组；安全性

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.09.093

热电联产和热电分产相比具有很多优点：一是降低能源消耗，二是减少对环境的污染，提高空气的质量，三是补充电源，四是节约建设资金，五是提高供热质量，六是便于综合利用，七是减少安全事故。

随着我国经济的飞速发展，目前国内火电发电机组的装机容量已超过4亿千瓦，特别是2010年以后上马的机组，绝大多数为装机容量大，技术先进的新型机组。使得总体供电煤耗逐年下降。同时，因为国家对环境问题日益重视，对电力企业节能减排要求不断提高，已经电网改革的不断推进，迫使电力企业不断寻找提升自身发电经济性及节能减排能力。而大量小型供热机组的关停给大型燃煤机组的供热改造提供了很好的政策机会，如果能够把握好将大大提高机组的经济效益。

经过调研，目前比较常见的大型凝汽式机组供热改造方式，主要可以分为以下三种形式：

一是汽轮机整体改造，也就是将转子和汽缸全部进行更换改造，从而实现供热的目的。这种改造方式的优点是可根据用户需求精确提供实现合理参数的汽源。但相对的，其缺点也很明显，就是改造费用高，相当于购置一套新的汽机组件，并不适合绝大多数电力企业希望开源节流的想法；

二是增加抽气，主要方式是在现有汽轮机的高、中压缸，或中低压导管管路上进行加装抽汽。其优点是改造投入小，主要缺点是对于超高压机组及亚临界机组从中低压缸导管伤抽汽供生活用汽是可以满足的。但是主要缺点是在用高压缸排汽作为抽汽汽源时，由于参数高，当需要调节供热量时，会造成了较为严重的节流损失。而用中压缸排汽作为汽源，由于参数低，又不能满足用户要求；

最后一种，也是目前应用比较广泛的，是利用压力匹配器。其原理是通过匹配器将高于供汽压力和低于供汽压力的两种汽源蒸汽混合，从而满足供汽压力要求。其优点是可以直接从现有的抽气管道中进行汽源选择，大大减少供热改造对现有机组设备的影响，缩短改造工期，降低改造难度。

基于我厂300MW机组供热改造后，在机组负荷变化时，尤其是低负荷时，中压缸排汽温度会升高，在系统运行中不允许中排温度过高，对于我厂2号线，需要调节中低压连通门的开度快速变工况，对于1号线，可以通过调节匹配器来调节系统中的流量温度及压力。怎样快速调节匹配器需要对其原理有所了解。

压力匹配器的基本原理并不复杂，就是利用高压蒸汽膨胀加速降压，将低压蒸汽引射并混合，再扩压提高到用户需要的供热参数，压力匹配器利用高压蒸汽和低压蒸汽之间的压力差，使得低压蒸汽增压到用户的工作压力，而这一压力差往往是许多工厂工艺上就存在的，也就是前面所说的减温减压的节流损失，因此，本压力匹配器利用了原有的压差，实现了低压蒸汽的高效利用，在这一过程中，并未消耗任何能源。

压力匹配器供热改造的优越性主要是：压力匹配器是在外部完成对将汽轮机两种抽汽压力等级不同的蒸汽混合为热用户所需要的蒸汽压力，并能随汽轮机的电负荷自动调节，保持供汽压力稳定。此外在供热参数调节时，在未应用匹配器时，要控制供汽参数主要采用喷水减温，这就造成了损失。而使用匹配器后，可以调节两路汽源比例，实现参数调节，虽然会造成一定的节流损失，但相对来说，其经济性要好很多。根据匹配器的特性，具体使用时，如通过关小匹配器的出口阀门来实现减小流量时，其中通过喷嘴的高压驱动蒸汽流量是不变的，主要减少的是低压吸入蒸汽的流量，因此这种方式效率低，這就使得高低汽比例下降，降低了供热经济性。而如果通过降低喷嘴前蒸汽压力来实现减少供汽流量，其中通过喷嘴的高压驱动蒸汽流量减少，低压吸入蒸汽的流量也减少，但比单纯减小出口阀门的方式是，其减少低压吸入蒸汽流量的程度要小的多，所以经济性也好很多。

供热机组运行的安全性对供热改造是否成功同样非常重要。国内目前大多数300MW机组采用了供热匹配器应用方法对机组进行了改造。根据调研及我厂生产实际经验，供热改造后对于机组各方面可能产生安全性影响主要有以下几方面：

首先是不同参数供热抽气量的控制。汽轮机高排抽汽量不能超过额定再热流量的6%，这主要是考虑要确保有足够蒸汽流过再热器，防止再热器金属温度过高。如果供热抽汽量超过上述数值则应从再热管道热段抽汽，这样就可以避免上出问题的出现。这时限制增加供热量的条件则是再热抽汽的流量。而如果一级再热抽汽的流量不能满足供热量的需求，当蒸汽参数允许的前提下，也可以从相邻的抽汽管路进行补充。

其次对供热管道方面。由于管路较长且大部分在室外，在供热系统投运前，需要对沿途管路进行疏水，并且通入少量蒸汽对管路进行暖管以免产生“水击”现象。在疏水过程中，不要将疏水阀开得过大，否则会增加现场人员被烫伤的风险，且在疏水结束后无法接近疏水阀操作。如果投运前不进行充分的暖管工作，从而形成“水塞”并随蒸汽一起高速流动，在遇到使蒸汽流动方向改变时，如在阀门、拐弯或向上的管段等，汽水两相流动，就产生“水冲击”，现场出现噪声、振动等，严重时能破坏管路元件，如焊口的破裂、固定架松脱、拉断管道等。

另外，供热改造后在汽机方面，主要有三大影响：（1）汽机过冷度增加，热耗增加，效率降低，影响机组经济型。（2）除氧器压力增加，导致给水去锅炉省煤器过程中引起汽化。（3）汽机启动后，给泵出力不足，需要提高四级抽汽压力，对于原先的管道承压存在一定的影响。

最后，以高压缸排汽作为抽汽汽源时，不但会增加再热蒸汽在受热面中的焓增，且随着供热抽汽量增加这种焓增也会不断增加；同时会减小再热蒸汽管内蒸汽对管内壁的传热系数，且抽汽量越大，其对管内壁传热系数的影响越大。因此，利用汽轮机高压缸排汽作抽汽供热源时，必须考虑锅炉在不同负荷时的抽汽量会受到限制，重点是其对再热器的安全运行带来严重影响。

综上所述，蒸汽压力匹配器在大型机组供热改造中的应用与其他形式的改造，带来的经济效益相当显著。特别是供热需求量或机组工况出现变化时，压力匹配器可以在蒸汽流量大幅度变化时，保持供汽参数的稳定，很好地满足供热系统要求，同时将对机组的运行的影响降到最低，大大提高机组运行的安全性。

参考文献

[1]程明一，阎洪环，石奇光.热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2]朱新华.电厂汽轮机[M].北京：中国电力出版社，2000.

[3]300MW热电联产机组技术丛书汽轮机及辅助设备[M].北京：中国电力出版社，2005.