300MW級(jí)供熱機(jī)組采暖蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)探討

胡訓(xùn)棟，張樂川，孔德浩，侯 振

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013）

0 引言

最近幾年來，隨著城市人口的日益增長，人民物質(zhì)生活的要求日益提高，城中村改造和大中型住宅區(qū)的高速建設(shè)，為集中供熱帶來機(jī)遇。 且伴隨著國家節(jié)能減排的要求，300MW級(jí)純凝機(jī)組陸續(xù)改造供熱，同時(shí)新規(guī)劃了一批300MW級(jí)以上的大型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。本文就以抽凝式、亞臨界330MW機(jī)組工程為例，對(duì)區(qū)別與純凝機(jī)組的供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出4種回收系統(tǒng)方案，并對(duì)其進(jìn)行研究。

1 蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)方案

機(jī)組按2×330MW的雙抽凝式亞臨界機(jī)組進(jìn)行研究，額定工業(yè)抽汽量為170 t/h，抽汽壓力為 1.0MPa（a），抽汽溫度為373.1℃，額定采暖抽汽量為 300 t/h，抽汽壓力為 0.5MPa（a），抽汽溫度為296.6℃，供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水額定回水溫度為75℃。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是以哈爾濱汽輪機(jī)廠提供的熱平衡圖為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算的，工業(yè)抽汽的補(bǔ)充水補(bǔ)充至凝汽器。

對(duì)于兩臺(tái)供熱機(jī)組來說，供熱首站的熱網(wǎng)蒸汽是采用切換母管制的，而汽輪發(fā)電機(jī)組是單元制的，故凝結(jié)水回水系統(tǒng)需要設(shè)置流量調(diào)節(jié)裝置，按“蒸汽從哪來，其凝結(jié)水回哪去”的原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為盡量回收供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水至汽輪發(fā)電機(jī)的凝結(jié)水系統(tǒng)中，工程中經(jīng)常采用的凝結(jié)水回水位置方案有如下4種：

方案一，根據(jù)回水溫度和汽機(jī)熱平衡圖，供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)回水泵回至與其溫度相匹配的6號(hào)低加出口的主凝結(jié)水管道上。

方案二，供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)回水泵回至除氧器。

方案三，供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水低壓自流回至本機(jī)組凝汽器。

方案四，供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水低壓經(jīng)凝結(jié)水換熱器自流回至本機(jī)組凝汽器。

2 各凝結(jié)水回收方案系統(tǒng)配置簡(jiǎn)述

2.1 供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)回水泵回至6號(hào)低加出口（方案一）

供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)設(shè)在熱網(wǎng)首站內(nèi)的熱網(wǎng)凝結(jié)水回水泵升壓后，引至6號(hào)低加出口的主凝結(jié)水管道上。管道上設(shè)有必需的泵出口逆止閥、關(guān)斷閥及兩機(jī)組流量分配調(diào)節(jié)閥。

系統(tǒng)配置簡(jiǎn)述：

（1）采用該回水方案，供熱首站內(nèi)常規(guī)需設(shè)置4×100%容量、電壓6 kV、功率為315 kW供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水泵。泵的揚(yáng)程235M，其容量按4×300 t/h配置，每臺(tái)機(jī)均對(duì)應(yīng)1臺(tái)泵運(yùn)行，1臺(tái)做為備用，并配裝2臺(tái)高壓變頻裝置，“一拖二”控制。同時(shí)首站內(nèi)需增加兩臺(tái)22M3閉式凝結(jié)水回收罐，首站的建筑容量較大。供熱首站廠房的具體結(jié)構(gòu)尺寸為46.2M×15.5M×21M。

（2）供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至6號(hào)低加出口時(shí)，從凝汽器流往主凝結(jié)水泵的凝結(jié)水量在530 t/h左右，主凝結(jié)水泵的耗電功率降低。按此水量主凝結(jié)水泵按3×50%容量配置較為合理，但在以往相似工程的招標(biāo)過程中，300MW級(jí)機(jī)組按3×50%容量選用凝泵，因其流量小揚(yáng)程高，幾大凝泵商均反映無此參數(shù)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，因此本文凝泵仍按2×100%容量進(jìn)行選型配置?？紤]到流量變化范圍大，并為了節(jié)能降耗，主凝結(jié)水泵考慮加裝變頻裝置，按“一拖二”方式考慮，兩泵共配1臺(tái)變頻裝置，來降低變工況時(shí)主凝結(jié)水泵的耗電量。

（3）另外考慮到供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水水質(zhì)不能滿足要求時(shí)，系統(tǒng)另外還需設(shè)置一至凝汽器的旁路管道，利用主凝結(jié)水系統(tǒng)中的化學(xué)精處理裝置對(duì)水質(zhì)進(jìn)行處理。

2.2 供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至除氧器（方案二）

該方案與方案一不同之處在于，首站內(nèi)設(shè)電壓380 V，功率180 kW，4×100%的采暖凝結(jié)水回水泵；設(shè)2臺(tái)低壓變頻裝置，“一拖二”控制；另外與方案一相比，回水至除氧器，除氧器溫度相對(duì)供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水的溫度較高，需要增加回抽的抽氣量，造成發(fā)電量降低。

2.3 供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至凝汽器（方案三）

供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水靠凝汽器真空低壓回流至凝汽器。熱網(wǎng)首站內(nèi)不需設(shè)置供熱凝結(jié)水回水升壓泵和熱網(wǎng)凝結(jié)水回收裝置，只需在回水管道上裝設(shè)必須的閥門。

系統(tǒng)配置：

（1）供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水至凝汽器，凝結(jié)水的熱量被循環(huán)水帶走，造成一定程度的熱能浪費(fèi)。由于供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水量較大，凝汽器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與常規(guī)純凝機(jī)組凝汽器也有所不同，需要在凝汽器中增設(shè)熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水處理裝置。對(duì)此，國內(nèi)各凝汽器廠家處理方式不盡相同，有的加噴淋裝置，有的加“鼓泡”裝置，其主目的都是使這部分蒸汽凝結(jié)水回水在凝汽器中達(dá)到背壓下的飽和狀態(tài)，并達(dá)到一定的除氧效果，后與主凝結(jié)水充分混合進(jìn)入主凝結(jié)水系統(tǒng)。

（2）此方案可使各工況下流經(jīng)主凝結(jié)水泵的凝結(jié)水量相差很少，此時(shí)系統(tǒng)中配置用2×100%容量的主凝結(jié)水泵。此方案主凝結(jié)水泵相當(dāng)于在滿負(fù)荷純凝工況下運(yùn)行，耗電率大大提高。

（3）此凝結(jié)水回收方案，利用汽輪機(jī)凝汽器的背壓，回水不經(jīng)任何動(dòng)力設(shè)備可直接回到凝汽器，供熱首站內(nèi)不考慮設(shè)置供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水輸送泵。此時(shí)供熱首站比較緊湊，建筑容量較小，首站主廠房的特征尺寸可優(yōu)化為42.6m×12m×21M。

（4）由于熱網(wǎng)采暖凝結(jié)水回水至凝汽器300t/h，而此時(shí)汽輪機(jī)排汽流量僅為350 t/h，導(dǎo)致凝汽器的換熱量加大，造成凝汽器、真空泵、冷卻塔及循環(huán)水泵的容量加大，設(shè)備費(fèi)用投資增加。以及循

環(huán)水泵廠用電增加，另外還增加了全廠水耗?；厮康脑黾有枘髟鲈O(shè)鼓泡或噴淋裝置，增加了這部分設(shè)備投資費(fèi)用。

表1 各方案經(jīng)濟(jì)性比較表

2.4 供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水低壓經(jīng)凝結(jié)水換熱器自流回至本機(jī)組凝汽器（方案四）

此方案基本與方案三相類似，不同之處在于熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回凝汽器之前，先經(jīng)管式水水換熱器與凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水換熱后，減溫至45℃左右排至凝汽器。 此方案雖然比方案三節(jié)能，但是增加了設(shè)備投資，且節(jié)能效果與方案一相比相差較大，主要原因在于此方案投運(yùn)時(shí)，需要7號(hào)和8號(hào)低壓加熱器解列運(yùn)行，造成了汽機(jī)排汽量加大，增加了汽機(jī)冷端損失，降低了汽機(jī)效率，雖然比方案三節(jié)能，但由于冷端的損失也加大了，造成總體節(jié)能效果不顯著。此方案比較適合供熱首站換熱器故障率高的機(jī)組，由于節(jié)能不顯著，且與方案三類似，在此不做詳細(xì)經(jīng)濟(jì)性比較。

3 方案比較

3.1 比較基準(zhǔn)

（1）以方案一為基準(zhǔn)，方案二、方案三投資及運(yùn)行費(fèi)用較方案一增加為“+”值，減少為“-”值。

（2）上網(wǎng)電價(jià)按 0.397 4 元/（kW·h），水費(fèi)按1.2 元/m3。

（3）冬季運(yùn)行小時(shí)數(shù)按2 880 h，全年設(shè)備利用時(shí)間按6 138 h計(jì)。

（4）供熱首站單位容積建筑造價(jià)按305元/m3計(jì)。

（5）未考慮因設(shè)備變化所引起的安裝及日常維護(hù)費(fèi)用的改變。

（6）比較結(jié)果以兩臺(tái)機(jī)組計(jì)。

3.2 各方案經(jīng)濟(jì)性比較

各方案經(jīng)濟(jì)性比較見表1。

3.3 比較結(jié)果

從表1不難看出，在建設(shè)初期，方案一（即供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水位置至6號(hào)低加出口）設(shè)備一次性投資費(fèi)用較方案二高出230.4萬元，但每年的運(yùn)行費(fèi)用可以節(jié)省約438萬元，綜合計(jì)算，方案一所高出的設(shè)備及建設(shè)初投資費(fèi)用在電廠投產(chǎn)后不到1個(gè)采暖期即可全部回收并有很大盈余。

在建設(shè)初期，方案一（即供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水位置至6號(hào)低加出口）設(shè)備一次性投資費(fèi)用較方案三高出259.6萬元，但每年的運(yùn)行費(fèi)用可以節(jié)省約547萬元。綜合計(jì)算，方案一所高出的設(shè)備及建設(shè)初投資費(fèi)用在電廠投產(chǎn)后不到1個(gè)采暖期即可全部回收并有很大盈余。

4 結(jié)論

綜合上述因素，推薦300MW級(jí)供熱機(jī)組的供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水系統(tǒng)按下列原則進(jìn)行配置。

供熱首站熱網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水回水位置按方案一，即回至溫度相匹配的6號(hào)低壓加熱器出口，同時(shí)增設(shè)一路去凝汽器的事故排水管。并且需要在凝結(jié)水回水管道上設(shè)置在線取樣，當(dāng)水質(zhì)由于熱網(wǎng)首站換熱器泄露等原因造成不合格時(shí)，排至凝汽器。