竇鵬飛

(華電(北京)熱電有限公司，北京 100055)

1 問題的提出

隨著熱泵技術(shù)的推廣普及，業(yè)內(nèi)常用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)回收循環(huán)水余熱來實現(xiàn)供熱方式的優(yōu)化。目前，熱泵技術(shù)在燃氣熱電廠已得到了廣泛應用，但在循環(huán)水余熱利用改造項目過程中還存在著一些實際問題，主要是由于熱泵系統(tǒng)與電廠原有的熱網(wǎng)水、循環(huán)冷卻水、蒸汽等多個系統(tǒng)相連接，涉及范圍較廣、設(shè)計復雜。對于已建成的電廠來說，受場地等條件的限制，再實施這樣的大型技術(shù)改造項目，具有很高的難度。本文對鄭常莊熱電廠循環(huán)水余熱利用項目中出現(xiàn)的問題進行了細致的分析和梳理，提出的問題具有典型性，為其他燃氣熱電廠進行同類項目改造提供借鑒和參考。

2 改造背景

鄭常莊熱電廠現(xiàn)有2臺容量為254 MW的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，3臺供熱能力為419 GJ/h的燃氣尖峰熱水爐，全廠總供熱能力為2 260 GJ/h，總供熱面積達到1 200萬m2，年發(fā)電約1 900 GW·h，是北京市重要熱源之一。

對于燃氣熱電廠來說，汽輪機的排汽冷凝熱通過循環(huán)水吸收后直接排入大氣，這部分余熱量非常大。在夏季純凝工況下，冷卻塔散熱損失占到了能耗總量的37%，在冬季供熱工況下，這部分損失也占到了10%，如果能把這部分熱量全部回收利用，總能源利用率可達到87%左右，2種工況下的能源消耗情況見表1。另一方面，由于聯(lián)合循環(huán)機組的供熱能力不足，在高寒期需要采用燃氣尖峰熱水爐來進一步加熱熱網(wǎng)回水，以達到供熱之需要，每年消耗大量天然氣，供熱經(jīng)濟性較差。

表1 2種工況下的能源消耗情況 %

溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在回收循環(huán)水余熱方面具有以下5個方面的優(yōu)勢：(1)在不改造汽輪機的情況下，可實現(xiàn)機組供熱與非供熱工況的快速切換；(2)在不改變熱網(wǎng)原有運行方式的前提下，可額外增加供熱能力；(3)在驅(qū)動蒸汽量足夠的情況下，可全部回收循環(huán)水余熱來供熱，降低能耗指標；(4)循環(huán)水實現(xiàn)閉式循環(huán)，無散熱損失，可大大降低循環(huán)水補水量；(5)熱泵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動設(shè)備少，運行穩(wěn)定可靠。

3 改造流程

根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機組的特點，采用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)，利用來自2臺余熱鍋爐的低壓補汽(0.58 MPa)作為溴化鋰吸收式熱泵的驅(qū)動熱源，回收1臺汽輪機凝汽器循環(huán)冷卻水的余熱。對原供熱系統(tǒng)進行重新整合，調(diào)節(jié)后進入熱泵，通過原有系統(tǒng)和余熱鍋爐熱網(wǎng)換熱器的流量分配來綜合調(diào)節(jié)熱網(wǎng)供水溫度，從而實現(xiàn)全廠供熱方式的優(yōu)化，其改造流程如圖1所示。

圖1 改造流程圖

4 改造中出現(xiàn)的問題及解決方案

4.1 熱泵房的選址

由于場地條件的限制，若新增加一個大型建筑物，對于已建成的電廠來說，難度較大。鄭常莊熱電廠位于北京市西四環(huán)內(nèi)，現(xiàn)有場地已沒有向外擴張的可能，因此，在熱泵房的布置上具有相當大的難度。

通過調(diào)查研究，筆者提出如下解決方案：第1步，確定熱泵房的結(jié)構(gòu)及占地面積。根據(jù)設(shè)計院的規(guī)劃，熱泵房跨度為15.0 m，柱距為5.0 m×7.5 m，總長度為37.5 m，凈空高度8 m；控制配電間面積為60.0 m2，疏水泵及疏水箱布置在地下-3.0 m，面積為52.5 m2。第2步，確定熱泵房選址的基本原則。(1)按照GB 50229—2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》和原能源部能源辦〔1992〕726號文 《防止電力生產(chǎn)事故二十項重點要求》的相關(guān)規(guī)定，熱泵房應與天然氣站、天然氣管道、氨罐區(qū)域和高壓電纜等設(shè)施保持安全距離。(2)熱泵房應盡可能布置在主廠房附近，便于驅(qū)動蒸汽系統(tǒng)、熱網(wǎng)水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的接入。(3)查看地下管線布置情況，盡可能避免熱泵房基礎(chǔ)與地下管線沖突。第3步，根據(jù)熱泵房設(shè)計要求和選址原則，在現(xiàn)有廠區(qū)范圍內(nèi)選擇可用的場地， 廠區(qū)布置如圖2所示。通過對現(xiàn)有廠區(qū)條件的分析，筆者提出2個可選方案：方案1是布置在熱水爐房西側(cè)綠化帶，方案2是布置在廠區(qū)東北角綠化帶。第4步，對2個可選方案進行比較，確定最佳方案。對比2個方案后，認為方案1距離主廠房更近且與天然氣管線有足夠的安全距離，管線布置與現(xiàn)有系統(tǒng)主管道沒有沖突，因此確定方案1為最佳方案，熱泵房布置在熱水爐房西側(cè)綠化帶區(qū)域為宜。

圖2 廠區(qū)布置圖

4.2 熱泵驅(qū)動蒸汽的選擇和接入問題

熱泵的運行必須要有高溫熱源作為驅(qū)動力，熱泵對驅(qū)動蒸汽參數(shù)有嚴格的要求：驅(qū)動蒸汽壓力應達到0.48 MPa，溫度為155.0～165.0 ℃，且過熱度不高于15.0 ℃。既要求蒸汽有一定的過熱度，又要求過熱度不能太高，因為過熱度太高會影響熱泵內(nèi)蒸汽凝結(jié)換熱的效率，同時也危及熱泵的安全運行。

根據(jù)以往燃煤機組改造的經(jīng)驗，可采用汽輪機供熱抽汽作為熱泵驅(qū)動汽源。對于鄭常莊熱電廠來說，供熱抽汽壓力僅為0.05 MPa，溫度111.4 ℃，在這樣的條件下，驅(qū)動蒸汽參數(shù)完全不能滿足熱泵設(shè)計要求。因此，如何才能找到可用的驅(qū)動汽源已成為一項必須要解決的技術(shù)問題。

通過調(diào)查研究，筆者提出如下解決方案：既然供熱抽汽參數(shù)不能滿足要求，只能突破常規(guī)、另辟蹊徑。鄭常莊熱電廠汽輪機為雙壓抽汽凝汽式機組，供汽分為高壓和低壓2部分，其中低壓補汽壓力為0.55 MPa，溫度為210.0 ℃，單臺機組流量為52.9 t/h，其參數(shù)能夠滿足熱泵的設(shè)計要求。因此，筆者提出了采用低壓補汽作為熱泵驅(qū)動汽源的全新模式。在采用低壓補汽作為熱泵驅(qū)動汽源的條件下，在具體應用過程中還需要解決以下3個問題：(1)低壓補汽不進入汽輪機后是否會對汽輪機造成影響。(2)低壓補汽溫度過高；(3)單臺機組的低壓補汽流量過小，不能全部回收1臺機組的循環(huán)水余熱。

針對第1個問題，咨詢了設(shè)備廠家(上海汽輪機廠)，對技術(shù)改造的風險進行分析后，筆者認為不會對機組的安全產(chǎn)生影響。

針對第2個問題，筆者認為可增加噴水減溫裝置，把溫度降至155.0～160.0 ℃后再送入熱泵。

針對第3個問題，經(jīng)過具體測算，如果將2臺機組的低壓補汽分別引入2組熱泵作為驅(qū)動汽源，可以全部回收1臺機組的循環(huán)水余熱。

根據(jù)以上的分析結(jié)果，最終確定了熱泵驅(qū)動蒸汽的接入方案：采用2臺余熱鍋爐低壓補汽作為熱泵驅(qū)動汽源，這樣#1，#2機組總進汽量446.8 t/h不變，采暖抽汽參數(shù)不變，流量306.0 t/h，汽輪機排汽量138.0 t/h。2臺機組的補汽分別從汽輪機補汽入口管引出，沿主廠房外墻引入熱泵房，蒸汽管道引出后增加噴水減溫裝置，采用凝結(jié)水作為減溫水源，將原210.0 ℃的過熱蒸汽降溫至160.0 ℃再經(jīng)調(diào)整閥分別進入4臺吸收式熱泵。

4.3 熱泵疏水溶氧超標問題

驅(qū)動蒸汽在熱泵發(fā)生器內(nèi)冷凝換熱后形成疏水，2組熱泵的疏水首先匯入疏水集箱，再由疏水泵分別回收至2臺機組。由于疏水集箱長期處于微負壓狀態(tài)且沒有任何隔絕空氣的手段，造成熱泵疏水溶氧嚴重超標，最高達到200 μg/L以上，溶氧超標會使金屬產(chǎn)生電化學腐蝕，對余熱鍋爐的使用壽命和安全性都有很大影響。

通過調(diào)查研究，筆者提出如下解決方案：首先對熱泵疏水進入集箱的位置進行改造，先將熱泵疏水進水管位置抬高，再將接口引至液面以下，這樣就避免了疏水管與空氣的直接接觸，改造后熱泵疏水溶氧下降至100 μg/L。疏水集箱第1步改造示意如圖3所示。

圖3 疏水集箱第1步改造示意圖

經(jīng)過第1步改造后，雖然熱泵疏水溶氧有了一定的改善，但仍不能達到合格標準，為此又進行了第2步改造：將熱泵驅(qū)動蒸汽引入到疏水罐頂部空間，維持罐頂微正壓，使溶氧下降至合格范圍內(nèi)(50 μg/L以下)，疏水集箱第2步改造示意如圖4所示。

圖4 疏水集箱第2步改造示意圖

5 結(jié)束語

雖然熱泵技術(shù)比較成熟，但在應用中還要根據(jù)不同電廠的實際情況來制訂切實可行的改造方案。本文通過對鄭常莊熱電廠循環(huán)水余熱利用項目中3個典型問題的分析，分別提出了切實可行的解決方案，其經(jīng)驗可為今后同類燃氣熱電廠進行循環(huán)水余熱利用改造提供借鑒。

參考文獻：

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