350MW级供热机组高背压供热改造技术思考

晋能控股电力集团朔州热点有限公司 赵晓东

某电厂建设2×350MW 级供热机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产，锅炉型号：HG-1189/25.4-L.MG1，采用单炉膛、单布风板、M 型布置、平衡通风、一次中间再热、超临界变压运行直流锅炉。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的超临界，一次中间再热、单轴（采暖抽汽）、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，型号：CZK350/273-24.2/0.36/566/566。该机通流部分由高、中、低压缸三部分组成，共34级。机组配有40%额定容量的两级串联气动旁路，有快速联开功能（正常后切手动）。采用直接空冷系统，分六列五单元，共三十台风机。每列#2、#4单元是逆流风机，#1、#3、#5单元是顺流风机。热网系统由三台汽动循环水泵、一台电泵、三台预加热器、四台加热器、一台除氧器组成。

在实际作业过程中，乏汽深度利用供热作为环境污染治理的主要技术之一，能在一定程度上实现对大气污染的整治，要求相关人员加强对其的重视。作业过程中，传统的用热企业以及住宅供热一般采用的设备是燃煤小锅炉，这种装置不仅需要消耗大量的资源，转化效率低，而且在使用环节还会排放出大量的污染物，如悬浮颗粒物、SO2和氮氧化物等，造成严重的环境污染，一定程度上影响空气质量。

在此基础上，对传统的供热进行改进已经成为必然，在实际的发展过程中，集中式的供热已经成为城市发展现代化的重要标志之一，集中式的供热一方面能为相关居民稳定而且持续地进行供热，保证其热量供给，一方面集中式的供热方式还能够在节省资源的同时降低污染物的排放，减少对环境的污染[1]。而且乏汽深度利用供热具有锅炉容量大、除尘效果好以及烟囱高等方面的优势，在保证供热的基础上达到了国家规定了污染物排放的最低标准。这样一来，该方式在一定程度上削减了二氧化碳以及氮氧化物排放量，达到了节能减排和环境保护的目的，社会效益以及经济效益更加显著。

1 350MW 供热机组高背压供热概述

在供热机组供热的过程中，其中的直接空冷凝汽机组作为机组的重要组成，会在作业环节经由空冷岛带走大量的热源，造成热损失，影响机组作业效率的同时制约了供热功能的发挥，已不能够满足现阶段社会的发展需要。相关人员必须对传统的机组进行改进，尽可能地降低其热能损失，实际作业环节，相关人员可以适当提高排汽温度，这样一来就能够利用汽轮机的排汽实现汽化潜热，能够在一定程度上降低汽轮机热力循环造成的冷源损失。而且实际的作业环节，高背压供热则是采用热网中的循环水作为高背压凝汽器的循环冷却水来使用，以实现对汽轮机排汽的冷却，这种方法有效地利用了汽轮机的排汽余热，在降低冷源损失的同时提升了对热电厂能源的利用效率，具有很强的科学性。

高背压供热的局限性在于，一方面需要将机组背压提高至较高背压，此时如果热网循环水量未达到足够大时，部分乏汽仍需上空冷岛冷却，机组运行热耗升高；另一方面供热回收乏汽的热量取决于热网循环水量，如果热网循环水量未达到足够大时，高背压供热所回收的乏汽热量有限。

2 供热机组高背压供热改造的目的与必要性

实际的供热机组作业过程中，高背压供热方式具有独到之处，该技术充分地利用凝汽器，将其乏汽的压力提高，并且将凝汽器改为供热系统的热网加热器，然后将热网循环水用于设备的冷却。这样一来，就充分实现了对凝汽式机组的利用，还使得冷源损失降低到零。该方式在不增加供热机组发电容量的基础上降低了供热抽汽量，还在一定程度上增加了供热面积。但是在社会的发展过程中，可持续发展已经成为主流，所以在节能减排的号召之下，改进现阶段的供热机组就成为相关行业的发展要点，通过技术改造增加供热能力，提高供热运行经济性，已成为必然趋势。

在350MW 级供热机组方面，一方面其作业受到低压缸最小冷却流量的限制，抽汽只能提供350MW 的供热能，做工效率较低[1]。另一方面，抽凝式机组只有部分抽汽被用于供热，存在较大的冷源损失，影响了供热机组的作业效率。而高背压供热改造则在提供500MW 供热量的基础上最大限度实现了冷源的利用，作业效率较高，所以针对供热机组的高背压供热改造已经成为发展的重点。

3 350MW 级供热机组高背压供热改造技术策略

3.1 高背压+热压机供热改造技术

高背压+热压机供热改造技术可在高背压供热的基础上，通过热压机设备提升乏汽品质，进一步对热网循环水进行加热，通过热网循环水温度，减少电厂尖峰加热所消耗的供热蒸汽量，大幅提升电厂供热经济性。热压机作为引射式压缩器，可以得到较多的中压蒸汽，而且在对引射流体的增压的同时，常兼具换热、掺混及补汽等作用，因此其应用较为广泛。热压机的优点是结构较为简单，简化了设备的程序，而且摒弃了运动部件。所以，其在供热工程中就得到了广泛的应用，可以在不改变原有的设备基础上对乏汽的背压进行提升，将其用在加热热网循环水中。

图1 高背压供热改造原则性系统图

图2 热压机结构简图

热压机一般在直接空冷机组高背压运行基础上采用。高背压+热压机的经济性、运行灵活性可接近直接空冷机组超高背压改造后的水平，已在国内300MW 级直接空冷机组成功应用。

3.2 高背压+热泵供热改造技术

吸收式热泵由热能驱动，发生器、吸收器、溶液泵、溶液阀共同作用。由高温热能加热发生器中的工质对溶液，产生温度和压力均较高的循环工质蒸汽，进入冷凝器并在冷凝器中放热变为液态，再经节流膨胀部件降压降温后进入蒸发器，在蒸发器中吸取低温热源热能并变为低温低压蒸汽，最后被吸收器吸收。与此同时，吸收器、发生器间的稀溶液和浓溶液间，也不断通过溶液泵和溶液阀进行质量和热量交换，使系统连续运行[2]。

近年来，吸收式热泵机组（溴化锂吸收式热泵）更多应用于空冷机组，在用户侧增加吸收式热泵后，形成大温差供热，在热泵系统中增设前置凝结器，可进一步提高余热回收率，空冷机组在不设前置凝结器时，吸收式热泵机组一般能效比可达到1.75～1.85。

3.3 供热节能改造方案选型策略

在针对供热机组进行改造的过程中，由于机组是一个相互联系的整体，所以要想实现其高背压供热的改造，就需要进行总体方案的制定。改造设计充分考虑机组各设备、系统和热力参数的衔接、协调性及合理性，最大化提高机组经济性，充分利用现有热力设备潜力，合理控制改造投资。

高背压+一级热压机供热改造，设置一台前置背压凝汽器，进行一级加热。二级加热采用热压机组，主要由热压机与热压机凝汽器组成，热压机利用部分中排抽汽将乏汽提高后进入热压机凝汽器加热热网循环水；三级加热利用原热网中压缸排汽抽汽加热器进行尖峰加热，最终达到外网所需温度后供出给热用户。整个系统采用三级加热，实现热能的梯级利用。

图3 吸收式热泵系统原理图

采用高背压+热压机供热技术，可实现热能的梯级利用。对于热网循环水流量在5000～10000t/h 的范围都有很好的适应性。更重要的是，高背压与热压机联合乏汽回收技术变负荷适应能力强，可以随负荷率波动和热网水条件变化时，灵活进行调整，保证效率。另外，机组没有旋转机转或间接工质，使用寿命长，维护成本少。

综上所述，推荐采用高背压+热压机供热技术进行乏汽深度利用可实现效益最大化。

3.4 关于高背压供热改造灵活性运行与空冷防冻思考

在进行高背压供热改造的过程中，改造人员还可以根据实际情况选择供热与纯凝低压转子互换方式进行改造作业。作业过程中，相关人员将低压转子更换为4级动静叶片转子，解决传统的供热环节存在的排汽温度高和叶片颤振问题[3]。就分配了焓降以及动静叶片运行工况和效率，再加上防汽蚀的设计，保证了设备的质量以及使用寿命，以上灵活性运行方式，可较大提高机组供热能力和效率，经济效益明显。

高背压供热工程改造后，供热期利用乏汽热量供热，空冷岛上岛流量相对减少，可计算出最小上岛流量，在低负荷运行时，空冷岛防冻问题尤为严重，故需对空冷岛进行部分防冻改造，以提高极寒期高背压供热时空冷岛的防冻可靠性。在供热大负荷运行期间，需部分关闭空冷散热器进汽电动隔绝阀，这样就必须考虑实际运行电动隔绝阀关闭后阀体不严密，少量蒸汽泄漏对空冷散热面及管路系统的影响。同时，为保证机组安全可靠，增加运行控制的灵活性，适应一定的调峰工况、供热量变化及日环境温度变化，空冷系统热负荷调整问题，因此必须全面考虑空冷系统的防冻安全问题，同时也要考虑因热网水系统故障引发的空冷岛乏汽安全切换问题。

为方便运行人员准确、直观监测空冷岛的运行情况，可新增空冷监测系统，对空冷岛运行温度场进行监测，目标是监测管束内部蒸汽凝结状态变化引起的温度场的变化。因此，在整个逆流区的范围和顺流区的中下部是监测重点，依据流场计算结果在顺流区和逆流区的上、中、下部区域布置温度测点，使其能够覆盖到所有危险区域，达到监测的最大效果。

4 结语

在现阶段社会发展过程中，供热机组已经成为社会发展的重要设备，承担供热的重要任务。但是随着城市化进程的加快以及发展理念的更新，可持续发展以及节能减排逐渐成为工业发展的主要方向，对供热机组进行改进就成为发展的必然。节约和合理利用能源是国家在经济发展和各项建设工程中的一项重要方针政策。节约能源，绿色发展，积极响应国家政策义不容辞。根据国家当前经济高速发展的形势，先进发电设备的使用以及，工程设计中先进生产工艺的采用节能的根本措施，高背压供热改进作为常见的改进形式，就成为改进的首选，通过总体改造技术路线选择、运行方式选择以及空冷防冻安全运行等方式实现综合供热改造，就需要在高背压基础上使用新能源达到节约资源的效果。