劉鳳友，高建民

(中電投蒙東能源集團(tuán)有限責(zé)任公司 發(fā)電部，內(nèi)蒙古 通遼028011)

清華大學(xué)在2007年提出了“吸收式換熱”概念和“基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)”［1］，并與北京環(huán)能瑞通科技發(fā)展有限公司合作，相繼開(kāi)發(fā)出吸收式換熱機(jī)組、余熱回收專用熱泵機(jī)等一系列產(chǎn)品。近年來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)又得到了更多領(lǐng)域的深入研究和應(yīng)用［2-7］。2008年10月，赤峰市建成首個(gè)循環(huán)水余熱利用示范工程。2010年12月，大同市完成了第一熱電廠2×135 MW乏汽余熱利用示范工程。至2013年，基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)在600 MW亞臨界空冷機(jī)組中尚無(wú)成功應(yīng)用的案例，為使該技術(shù)可以成功應(yīng)用，需要重新設(shè)計(jì)方案并做更深一步的研究。

1 方案綜述

以NZK600-16.7/537/537型亞臨界空冷汽輪發(fā)電機(jī)組為例，在機(jī)組空冷島近地新建余熱回收換熱首站，采用基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)，設(shè)計(jì)安裝余熱回收換熱機(jī)組，以替代汽水換熱器。通過(guò)使用汽輪機(jī)采暖抽汽驅(qū)動(dòng)換熱機(jī)組，回收汽輪機(jī)排出的部分乏汽，用于加熱一次網(wǎng)回水。一次網(wǎng)回水經(jīng)余熱回收機(jī)組加熱后，進(jìn)入尖峰加熱器，經(jīng)汽輪機(jī)部分抽汽再熱后送出換熱首站。此為僅研究在電廠供熱首站內(nèi)設(shè)置汽輪機(jī)余熱回收機(jī)組供熱方案，其流程示意如圖1所示。

圖1 基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)方式系統(tǒng)流程

在設(shè)計(jì)工況下，600 MW亞臨界空冷機(jī)組單臺(tái)汽輪機(jī)抽汽流量為 475 t/h，抽汽壓力0.8 MPa。其中355 t/h的抽汽量進(jìn)入余熱回收機(jī)組，用于回收310 t/h的汽輪機(jī)乏汽，另120 t/h的抽汽量進(jìn)入新建熱網(wǎng)加熱器，用于尖峰加熱。一次網(wǎng)水流量在9 338 t/h時(shí)，設(shè)計(jì)供、回水溫度分別為110℃和50℃。余熱回收利用機(jī)組COP設(shè)計(jì)值暫定為1.8。按此原則，汽輪機(jī)在TMCR工況下，排汽量為1 035 t/h，進(jìn)入空冷島的乏汽量為732 t/h，校核空冷島在-28℃的環(huán)境溫度下(最低環(huán)境溫度)，最小防凍流量應(yīng)為660 t/h，滿足空冷島的防凍要求。同時(shí)，在實(shí)施汽輪機(jī)打孔抽汽采暖供熱設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)院校核，汽輪機(jī)亦能滿足安全運(yùn)行要求。

2 主要設(shè)備

2.1 余熱回收機(jī)組

余熱回收機(jī)組單臺(tái)設(shè)計(jì)回收余熱量為50 MW，制熱量為110 MW。在換熱首站選擇4臺(tái)余熱回收機(jī)組并列運(yùn)行，不設(shè)置備用機(jī)組。在設(shè)計(jì)條件下，4臺(tái)余熱回收機(jī)組總回收乏汽量為310 t/h，折合回收熱量為193 MW。

2.2 熱網(wǎng)加熱器

熱網(wǎng)加熱器作為二級(jí)加熱，只承擔(dān)尖峰加熱負(fù)荷，將經(jīng)過(guò)余熱回收機(jī)組換熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水由90℃加熱到110℃。熱網(wǎng)加熱器需承擔(dān)的加熱負(fù)荷約為217.9 MW。

2.3 熱網(wǎng)循環(huán)水泵

熱網(wǎng)循環(huán)水泵選型應(yīng)能夠滿足熱網(wǎng)調(diào)節(jié)要求，同時(shí)也應(yīng)滿足熱網(wǎng)在最不利工況下的循環(huán)壓頭要求。

2.4 熱網(wǎng)補(bǔ)給水系統(tǒng)

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的正常補(bǔ)水，通過(guò)化學(xué)軟化水補(bǔ)水管道補(bǔ)入熱網(wǎng)除氧器，然后再補(bǔ)入熱網(wǎng)。熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的事故補(bǔ)水，可將備用水補(bǔ)至熱網(wǎng)循環(huán)水。

熱網(wǎng)工程供熱首站正常補(bǔ)水泵的流量為200 m3/h(按系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的2%作為參考)，首站內(nèi)系統(tǒng)定壓值與現(xiàn)有工程保持一致(25 mH2O)，同時(shí)能夠滿足熱網(wǎng)工程擴(kuò)建需求。一般設(shè)計(jì)2臺(tái)100%容量的熱網(wǎng)補(bǔ)水泵，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。每臺(tái)補(bǔ)水泵的流量為120 t/h、揚(yáng)程為50 mH2O。為了節(jié)能，補(bǔ)水泵裝設(shè)變頻裝置。

2.5 熱網(wǎng)疏水泵

熱網(wǎng)疏水系統(tǒng)采用單元制。設(shè)置了2臺(tái)50%容量的熱網(wǎng)疏水泵，每臺(tái)疏水泵容量為300 t/h，揚(yáng)程為150 mH2O，其中1臺(tái)備用。熱網(wǎng)加熱器中的疏水通過(guò)疏水泵送至高壓除氧器。當(dāng)疏水水質(zhì)不合格時(shí)，通過(guò)疏水泵送至熱網(wǎng)循環(huán)水出口管道。熱網(wǎng)加熱器危急疏水排至水工排水系統(tǒng)。

3 設(shè)備布置

3.1 換熱首站

4臺(tái)余熱回收機(jī)組需單獨(dú)建設(shè)換熱首站。余熱回收機(jī)組的乏汽凝結(jié)水泵、抽汽凝結(jié)水泵等均合理布置在換熱首站的廠房中。

3.2 熱力系統(tǒng)

3.2.1 乏汽系統(tǒng)

ZK600-16.7/537/537型亞臨界空冷汽輪機(jī)組做功后的乏汽是通過(guò)兩根排汽母管引至空冷島。用于乏汽回收的管道分別從兩根汽輪機(jī)做功后的乏汽排汽母管引出(DN3500)，再分支引入余熱回收機(jī)組(DN2500)。

余熱回收機(jī)組工作中，乏汽釋放熱量給熱網(wǎng)循環(huán)水后，凝結(jié)成飽和水，通過(guò)乏汽凝結(jié)水泵，送回至空冷凝結(jié)水箱。余熱回收機(jī)組蒸發(fā)器一側(cè)為汽輪機(jī)乏汽和乏汽疏水，另一側(cè)為真空環(huán)境的制冷劑-水和水蒸汽。乏汽疏水直接進(jìn)入汽輪機(jī)排汽裝置熱井或空冷凝結(jié)水箱，無(wú)需經(jīng)過(guò)回水除氧。

3.2.2 驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)

根據(jù)溴化鋰余熱回收機(jī)組的特性，需要有高品質(zhì)熱源驅(qū)動(dòng)來(lái)自于汽輪機(jī)采暖抽汽的蒸汽，完成溴化鋰的濃度由稀向濃的轉(zhuǎn)變過(guò)程。余熱回收機(jī)組僅消耗部分汽輪機(jī)采暖抽汽量，其余抽汽量進(jìn)入熱網(wǎng)首站加熱器，對(duì)余熱回收機(jī)組加熱后的一級(jí)網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二級(jí)加熱，使循環(huán)水溫度升高到110℃。

驅(qū)動(dòng)蒸汽形成的凝結(jié)水通過(guò)余熱回收機(jī)組中的凝結(jié)水泵送入主機(jī)除氧器前的凝結(jié)水管道，其揚(yáng)程應(yīng)與之相對(duì)應(yīng)的換熱首站疏水泵揚(yáng)程匹配。每臺(tái)余熱回收機(jī)組配備2臺(tái)凝結(jié)水泵。

3.2.3 熱網(wǎng)循環(huán)水供、回水系統(tǒng)

由于600 MW亞臨界汽輪機(jī)打孔抽出蒸汽的壓力為0.8 MPa，需減至0.4 MPa。為此，設(shè)計(jì)時(shí)在考慮節(jié)能和抽汽流量變化條件下，優(yōu)先選用小背壓機(jī)發(fā)電或汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵。供熱一次網(wǎng)循環(huán)水回水首先并列進(jìn)入4臺(tái)余熱回收機(jī)組進(jìn)行一次加熱，再引入熱網(wǎng)尖峰加熱器再熱至所需供水溫度，最后送入城市熱網(wǎng)。

3.2.4 抽真空系統(tǒng)

在余熱回收機(jī)組的取熱器工作過(guò)程中，乏汽在其中一側(cè)凝結(jié)成水，其余不凝結(jié)的氣體將聚集在設(shè)備死角處。由于取熱器與空冷島直接相連通，為了不影響汽輪機(jī)組正常運(yùn)行，應(yīng)建立抽真空系統(tǒng)。利用管道直接接入主機(jī)抽真空系統(tǒng)，不單獨(dú)設(shè)置真空泵。

3.2.5 輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)

根據(jù)余熱回收機(jī)組的工作特性，余熱回收機(jī)組設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)無(wú)輔機(jī)冷卻水裝置。

3.3 原空冷系統(tǒng)

對(duì)已有的設(shè)施、設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

1)對(duì)已有空冷排汽管道的膨脹節(jié)、排汽管道支吊架存在的影響，需要校核其荷載、強(qiáng)度等能否繼續(xù)滿足乏汽余熱回收后的運(yùn)行條件。

2)需收集現(xiàn)有空冷排汽管道模型、受力、支吊點(diǎn)荷載等數(shù)據(jù)資料，為新增管道的應(yīng)力分析設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備，以保證新增的管道不對(duì)正常運(yùn)行的管道造成影響。

3)勘查分析新增管道布置對(duì)已有地下管道、設(shè)施的正常運(yùn)行和檢修等影響。

3.4 電氣部分

余熱回收機(jī)組負(fù)荷等級(jí)、供電系統(tǒng)及供電原則如下：

1)根據(jù)廠用電規(guī)定及余熱供熱機(jī)組的實(shí)際情況，新增余熱回收機(jī)組凝結(jié)水泵等按Ⅱ類負(fù)荷等級(jí)考慮。

2)新增的380 V余熱回收機(jī)組乏汽凝結(jié)水泵、抽汽凝結(jié)水泵應(yīng)由相應(yīng)的PC備用位置供電。

3)接于PC上的大于75 kW的電動(dòng)機(jī)及以上的靜態(tài)負(fù)荷回路采用框架斷路器供電，其余MCC一般靜態(tài)負(fù)荷由塑殼斷路器供電。低壓電器的組合在發(fā)生短路或異常運(yùn)行時(shí)，各級(jí)保護(hù)電器可以做出正確的動(dòng)作。

4)余熱供熱系統(tǒng)設(shè)備分別進(jìn)入各自的 DCS或PLC控制系統(tǒng)。接于PC上的75 kW及以上的電動(dòng)機(jī)回路采用框架斷路器供電，其余380 V電動(dòng)機(jī)回路由塑殼斷路器和馬達(dá)控制器供電。一般靜態(tài)負(fù)荷由塑殼斷路器供電，采用智能脫扣器，不另裝保護(hù)裝置，低壓電器的組合應(yīng)保證在發(fā)生短路或異常運(yùn)行時(shí)，各級(jí)保護(hù)電器可以做出正確的動(dòng)作。

5)按照全廠設(shè)計(jì)一致的原則，PC、MCC電動(dòng)機(jī)控制方式和保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式保持一致。遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)機(jī)納入DCS控制系統(tǒng)，重要電動(dòng)機(jī)就地設(shè)置事故按鈕。

3.5 儀表與控制部分

供熱系統(tǒng)一般設(shè)置獨(dú)立的就地控制站，采用一套獨(dú)立、冗余的DCS控制系統(tǒng)。附屬系統(tǒng)的設(shè)備調(diào)控、各管道參數(shù)的檢測(cè)、電動(dòng)門的控制及廠用電系統(tǒng)等都由此DCS控制系統(tǒng)來(lái)完成控制。DCS控制系統(tǒng)通過(guò)通訊接口與機(jī)組的DCS公共控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)雙向通訊及集中監(jiān)控。

4 效果分析

4.1 節(jié)能效果分析

通過(guò)實(shí)施600 MW亞臨界空冷機(jī)組乏汽余熱回收供熱改造，可回收汽輪機(jī)乏汽量310 t/h，回收乏汽功率193 MW，實(shí)現(xiàn)乏汽余熱回收量267.3萬(wàn) GJ/a。按照替代大型區(qū)域燃煤供熱鍋爐，其效率按80%計(jì)算，回收該部分余熱相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 11.3萬(wàn)t/a，機(jī)組年平均發(fā)電煤耗可降低約38 g/kW·h。

4.2 社會(huì)效益

相比于常規(guī)供熱方案，由于耗煤量大幅減少，在節(jié)約了大量能源的同時(shí)，減少了煤與灰渣對(duì)環(huán)境、交通及占地的影響。SO2、NOX及煙塵排放量也因此而減少，有利于城市空氣質(zhì)量的改善。

5 結(jié)語(yǔ)

“基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)”在經(jīng)過(guò)專家論證以及工程實(shí)踐檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，已逐漸走向成熟。在進(jìn)行初步經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率在10%左右，高于基準(zhǔn)收益率8%。為此，實(shí)施600 MW亞臨界空冷機(jī)組乏汽余熱回收供熱改造，無(wú)論在工藝技術(shù)、建設(shè)條件，還是在經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)上均是可行的。同時(shí)，其節(jié)能減排效益巨大，應(yīng)用前景極其良好。

［1］山西省科技廳.基于吸收式換熱熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱新技術(shù)［R/OL］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2012(3)：47［2011-04-02］.http：//www.most.gov.cn/dfkj/sx/zxdt/201104/t20110401_85832.htm.

［2］王光榮，孫 超.基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)［P］.中國(guó)，實(shí)用新型專利，CN202118983U.2011

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