双套燃气蒸汽联合循环机组热网水系统节能改造

2021-12-29崔永军吴国瑞杨君君李长华

上海节能 2021年12期

崔永军吴国瑞杨君君李长华

华能北京热电有限责任公司

0 引言

随着我国能源结构的调整、节能降耗政策的日益严格，各发电厂节能对标竞争工作日趋严峻，节能降耗改造需求越来越大，而其中供热改造是重点工作［1］。供热机组供热期分供暖季及非供暖季。冬季供暖季结束后，部分热电厂仍要承担少量供热，而此时期热负荷少，热网流量低，对多台机组供热的电厂，需启动多台热网泵，大大增加了厂用电，经济效益降低，故对多台供热机组热网水系统进行改造，以降低非供暖季的厂用电率，提高全厂经济效益。

1 水水换热器系统及功能

1.1 厂内供热情况

该厂配置两套三菱M701F型燃机组成的燃气-蒸汽联合循环二拖一供热机组。汽轮机配置3S离合器，可实现背压和抽凝、纯凝运行方式的转换。供热机组利用汽机中压缸排汽经供热调节门进入热网加热器对外供热，同时每套机组分别配备4台一级热网泵、4台二级热网泵来提高热网供水压力。此外，每套燃机余热锅炉还另设置2台水水换热器对外供热。

1.2 凝结水-热网水换热器（水水换热器）

水水换热器是利用余热锅炉烟气加热后的凝结水来加热热网循环水。凝结水侧设置凝结水再循环泵，通过调节再循环泵的频率来控制流经水水换热器的凝结水量，进而控制热网水供水温度。热网水侧通过一级热网泵升压后再经水水换热器加热进入机组热网水系统。调整热网泵勺管开度控制热网水量，调节凝结水再循环流量控制凝结水加热器入口温度，使之不低于50℃，避免受热面低温腐蚀。通过水水换热器加热热网水可进一步降低余热锅炉排烟温度，提高联合循环机组效率［2］。系统如图1所示。

图1 单台机组水水换热器系统图

2 水水换热器参数

二期机组凝结水-热网水换热器参数：

热网水，入口温度50℃，单台热网水水换热器额定总流量466 t/h，压力1.6 MPa，出口温度105℃；

凝结水，入口温度150℃，额定流量342 t/h，压力4 MPa。2台凝结水-热网水换热器并列运行，单台凝结水-热网水换热器额定热负荷30 MW。

三期机组凝结水-热网水换热器参数：

热网水，入口温度55℃，单台热网水水换热器额定总流量840 t/h，压力2.6 MPa，出口温度105℃；

凝结水，入口温度130℃，额定流量600 t/h，压力2.8 MPa，出口温度60℃。2台凝结水-热网水换热器并列运行，单台凝结水-热网水换热器额定热负荷49.4 MW。

非采暖季热网水供水流量为1 000～3 000 t/h，而二期、三期水水换热器额定流量分别为2×840 t/h、2×466 t/h，每台机组单独投入无法满足城市供热需求，且启停机调峰或机组群一拖一方式运行时，单台机组通流量严重低于热网泵设计最小流量1 100 t/h，长期运行在最小流量处会发生汽蚀和过热现象，不利于设备安全，且会消耗大量厂用电，不利于节能降耗。

3 水水换热器热网水系统连通改造

3.1 改造背景

经上述分析可看出，两台机组对外供热时需启动两台热网泵，造成厂用电浪费、设备损耗及维护成本增加，且设备长时间运行在低负荷，经济效益较差［3］，为此，提出了热网水系统的改造。

3.2 改造方案

改造前单台机组热网供水流程如图2：城市热网回水经一级热网泵升压后进入余热锅炉水水换热器及机组热网加热器，加热后进入二级热网泵，进一步升压后至城市热网。

图2 单台机组热网供水流程

改造后两台机组热网供水流程如图3所示（带编号手动门为改造后加装的阀门）。以二期热网泵带三期机组水水换热器为例：关闭三期水水换热器进出口母管手动门5、6，开启二期、三期水水换热器连通管路三期侧手动门7、8，关闭二期、三期水水换热器连通管路二期侧手动门3、4，关闭三期一级热网泵出口至连通管路手动门11，关闭连通管路至三期二级热网泵入口手动门12，开启二期一级热网泵出口至连通管路手动门9，开启连通管路至二期二级热网泵入口手动门10，二期热网水经一级热网泵升压后进入二期水水换热器，同时经手动门9进入二期、三期水水换热器连通入口母管，经三期水水换热器换热后到二期、三期水水换热器连通出口管路，再通过二期二级热网泵入口进入市政管网供热。同理三期热网泵带二期、三期水水换热器。

图3 改造后两套机组热网供水流程及水水换热器连通图

本改造将两台机组水水换热器供回水母管分别连接，设置隔断门，实现任一机组的一台热网泵带两台机组四台水水换热器运行，达到了安全运行、节能降耗的目的。

两台机组水水换热器连通运行时，因被连通的机组群水水换热器的换热量计入到邻机，会影响机组群联合循环效率计算，因此，在两台机组水水换热器侧增加热网水流量计，通过SIS通信至原机组。

3.3 注意事项

由于连通管路较长，故设计了多道放水、排空门［4］，使投运退出时方便放水、排空。另外需注意，部分连通管路布置在厂房外，冬季如果停用，需稍开连通管路联络门使管路内有少量热网水流动，达到防寒防冻目的。

4 经济分析

1)通过将二期和三期热网水管道连通，达到二期和三期共用一台一级热网泵和一台二级热网泵运行即满足非供暖期的供热需求，解决了原两台机组热网系统分别运行而导致能耗高、厂用电高的问题。

2)当共用一台一级热网泵和一台二级热网泵时，热网泵避开了低负荷区间，解决了低负荷运行影响设备的问题。

3)热网泵的共用，使停运的热网泵可随时检修，提高了系统安全性和稳定性。

4)二期、三期热网水侧连通后，可减少一台一级热网泵的运行。二期一级热网泵电机额定功率为900 kW，三期为1 900 kW，按二期热网泵连通三期水水换热器运行方式、三期一级热网泵运行功率60%额定功率1 140 kW、非采暖季按7个月计算，可节约厂用电1 140×24×210（天）=5 745 600 kWh，每年可节约电费约350万元［5］。