國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組小機(jī)熱泵改造分析

楊旭昊

（華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江牡丹江 157015）

國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組小機(jī)熱泵改造分析

楊旭昊

（華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江牡丹江 157015）

以華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠C250／N300-16.7／537／1537型汽輪機(jī)為例，介紹了小機(jī)熱泵系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，論述了汽輪機(jī)、氣泵及熱泵的技術(shù)規(guī)范，分析了熱泵的經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)熱泵改造后存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并給出了解決措施。實(shí)踐證明，吸收式熱泵技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)成熟、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全可靠的熱回收技術(shù)，改造后取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

汽輪機(jī)；熱泵；供熱量；煤耗

0 引言

華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱牡二電廠）采用2×300MW亞臨界抽汽供熱機(jī)組+1臺(tái)200MW超高壓抽汽供熱機(jī)組向牡丹江市區(qū)供熱，熱網(wǎng)首站現(xiàn)有8臺(tái)JRB-1600型加熱器、8臺(tái)循環(huán)水泵、9臺(tái)疏水泵、1臺(tái)熱網(wǎng)除氧器和2臺(tái)補(bǔ)水泵。

2014年9月開始對(duì)1臺(tái)300MW抽汽供熱汽輪機(jī)組（＃9機(jī)組）進(jìn)行2臺(tái)小機(jī)熱泵項(xiàng)目改造，該工程于2014年12月完工并正式投運(yùn)。本文就改造相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 小機(jī)熱泵系統(tǒng)概述［1］

小機(jī)熱泵系統(tǒng)采用吸收式熱泵技術(shù)，在不增加電廠供熱抽汽的蒸汽和維持原換熱首站不改動(dòng)的前提下，提取汽輪機(jī)組汽動(dòng)給水泵乏汽潛熱。小機(jī)乏汽余熱利用后，加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水，從而達(dá)到增加供熱量的目的。牡二電廠小機(jī)熱泵系統(tǒng)主要包括蒸汽型吸收式熱泵系統(tǒng)、熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)、小機(jī)乏汽系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)等。

1.1 蒸汽型吸收式熱泵系統(tǒng)

蒸汽型吸收式熱泵是以蒸汽為驅(qū)動(dòng)源的單效吸收式熱泵，其冷劑使用純水，吸收劑使用溴化鋰（LiBr）水溶液。發(fā)熱時(shí)從吸收器、冷凝器產(chǎn)生熱水。具體設(shè)備包括蒸發(fā)器、吸收器、冷凝器、發(fā)生器，此外還有溶液熱交換器、溶液泵、冷劑泵、蒸汽調(diào)節(jié)閥及控制盤等。

1.2 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)

熱泵系統(tǒng)原熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)回水通過(guò)1根DN 720mm鋼管引至熱泵廠房作為熱泵的熱媒，總流量為3000 t／h熱網(wǎng)水回水進(jìn)入2臺(tái)24.5MW吸收式熱泵吸收循環(huán)水中的低品質(zhì)熱量后，回水溫度由60℃提升至74℃；在熱泵出口溫度不能滿足熱網(wǎng)需要時(shí)，從熱泵出口的熱網(wǎng)循環(huán)水管道引接至熱網(wǎng)循環(huán)水泵前和大網(wǎng)回水進(jìn)行混合，進(jìn)入原系統(tǒng)的熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次加熱，達(dá)到熱網(wǎng)要求的溫度后進(jìn)入供水母管。

當(dāng)前熱網(wǎng)回水母管分2路分別回到＃8，＃9機(jī)組的熱網(wǎng)循環(huán)水泵前，熱泵系統(tǒng)熱網(wǎng)水在＃9機(jī)組的支管上引出，考慮熱泵本體、濾網(wǎng)及管道沿程阻力，增加1套升壓泵系統(tǒng)，揚(yáng)程為15m，流量為3 000 t／h，軸功率為180 kW。

為保證進(jìn)入熱泵的熱網(wǎng)水水質(zhì)達(dá)到熱泵要求，在熱泵的熱水進(jìn)口管道上增加電動(dòng)濾水器，濾水器及熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用大旁路，當(dāng)濾水器或熱網(wǎng)循環(huán)水泵事故時(shí)，切換為旁路運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)1臺(tái)原廠的熱網(wǎng)循環(huán)水泵。

1.3 小機(jī)乏汽系統(tǒng)

在汽機(jī)房6.3m層，從＃9機(jī)組A，B 2臺(tái)小機(jī)排汽管上分別引出2個(gè)旁路管，穿過(guò)6.3m的樓板引入到0m層空間，乏汽管道從汽機(jī)房?jī)?nèi)引出到熱泵房，由于乏汽管道距熱泵房熱泵接口位置較遠(yuǎn)（130 m），為保持乏汽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)排汽的壓力，在熱泵上引出1根抽真空管直接主機(jī)真空泵入口，確保乏汽在管道中的真空度。

乏汽在熱泵內(nèi)凝結(jié)放熱后，凝結(jié)水回到主機(jī)凝汽器熱井；新接乏汽管上裝有電動(dòng)蝶閥，在非供熱季關(guān)閉閥門，乏汽進(jìn)入主機(jī)凝汽器，乏汽進(jìn)入熱泵設(shè)計(jì)流量為30.4 t／h。

1.4 驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)

＃9機(jī)組采暖抽汽經(jīng)五段抽汽供給熱網(wǎng)加熱器，增設(shè)吸收式熱泵后，在供熱五段抽汽管路經(jīng)＃9機(jī)組的B供熱快關(guān)閥后引出1根管道至主廠房擴(kuò)建端外，然后再引至熱泵房。熱泵房?jī)?nèi)布置2臺(tái)吸收式熱泵，該部分蒸汽作為吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源，將小機(jī)乏汽的熱量進(jìn)行回收，轉(zhuǎn)為城市采暖供熱。

由于驅(qū)動(dòng)熱泵工作的熱量是從飽和蒸汽變成飽和水時(shí)釋放的潛熱，根據(jù)熱泵的工作特性，要求進(jìn)入熱泵的蒸汽過(guò)熱度不能太高，溫度在飽和溫度附近，所以在蒸汽管道上設(shè)置一個(gè)減溫器，布置在汽機(jī)房0m層靠近系統(tǒng)接口處。其減溫水來(lái)自主機(jī)凝結(jié)水，減溫水溫度為40℃，設(shè)計(jì)流量為2.63 t／h，考慮25%的裕量后減溫水量為3.30 t／h，疏水罐內(nèi)的蒸汽疏水經(jīng)疏水泵打回到主機(jī)三級(jí)低壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱低加）與四級(jí)低加之間，疏水泵揚(yáng)程為250m，啟動(dòng)初期疏水至熱網(wǎng)回水管道。

1.5 疏水系統(tǒng)

2臺(tái)熱泵機(jī)組驅(qū)動(dòng)蒸汽疏水匯集后進(jìn)入疏水箱，經(jīng)2臺(tái)疏水泵變頻升壓后進(jìn)入＃9機(jī)組＃6低加出口凝結(jié)水管道。該期工程安裝2臺(tái)疏水泵，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。疏水泵配套變頻電機(jī)，2臺(tái)熱泵機(jī)組乏汽系統(tǒng)疏水由每臺(tái)熱泵自帶乏汽凝結(jié)水疏水泵升壓后進(jìn)入＃9機(jī)組凝結(jié)水泵入口母管。

1.6 熱泵的控制方式

熱泵站投運(yùn)后，余熱利用機(jī)組帶基本熱負(fù)荷，另一臺(tái)主機(jī)配合參與供熱調(diào)峰。熱泵控制系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)2種控制方式，正常情況下采用自動(dòng)控制方式，手動(dòng)控制方式僅在熱泵調(diào)試及處理故障時(shí)采用?？刂葡到y(tǒng)具有按程序自動(dòng)啟停、參數(shù)設(shè)定、熱水進(jìn)口溫度限度控制、溶液濃度限度控制、負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示、安全保護(hù)、故障自動(dòng)報(bào)警、數(shù)據(jù)記憶、資料貯存等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵運(yùn)行的高效和全自動(dòng)控制。

2 汽輪機(jī)、汽泵、熱泵設(shè)備規(guī)范［2］

汽輪機(jī)設(shè)備規(guī)范：型號(hào)，C250／N300-16.7／537／537；形式，亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、單抽凝汽式；額定功率，300 MW；額定轉(zhuǎn)速，3000 r／min；主汽門前蒸汽壓力，16.670MPa；主汽門前蒸汽溫度，537.0℃；中壓主汽門前蒸汽壓力，3.220MPa；中壓主汽門前蒸汽溫度，537.0℃；高壓缸排汽壓力，3.579MPa；高壓缸排汽溫度，317.5℃；低壓缸排汽壓力，5.3 kPa；設(shè)計(jì)冷卻水溫度，20.0℃；最高冷卻水溫度，33.0℃；額定主蒸汽流量，893.15 t／h；最大主蒸汽流量，1 025.00 t／h；最大采暖抽汽量（最大負(fù)荷工況），520.00 t／h；額定采暖抽汽量，380.00 t／h；保證熱耗率，7843.8 kJ／（kW·h）。

汽泵設(shè)備規(guī)范：型號(hào)，NGZ83.6／83.5／06；工作轉(zhuǎn)速，5 340 r／min；自動(dòng)調(diào)整范圍，3 100～5 900 r／min；低壓截止閥（LPSV）前蒸汽壓力，0.838／0.776MPa；LPSV前蒸汽溫度，331.2℃；排汽壓力，6.350 kPa；額定工況汽耗率，5.365 kg／（kW·h）；額定工況效率，81.8%。熱泵設(shè)備規(guī)范見表1。

表1 二級(jí)泵房設(shè)備參數(shù)

3 熱泵經(jīng)濟(jì)性分析［3］

（1）熱網(wǎng)循環(huán)水回水每小時(shí)吸收的熱量Qrw＝cqm（t1-t2）＝4.2×2 982×（70-56）＝175 342（MJ／h），式中：c為比熱容，kJ／（kg·℃）；qm為質(zhì)量流量，t／h；t1-t2為溫度變化量，℃。

（2）耗用驅(qū)動(dòng)蒸汽每小時(shí)消耗的熱量Qqd＝qm（hz-hs）＝42.5×（2 728-310）＝102 765（MJ／h），式中：hz，hs分別為蒸汽和水的比焓，MJ／t。

（3）熱泵系統(tǒng)每天吸收的熱量Qrb＝24（Qrw-Qqd）＝24×（175 342-102 765）÷1 000＝1 742（GJ）。

（4）熱泵系統(tǒng)降低的機(jī)組供電煤耗Δb＝Qrb÷ E×Cpi＝1742 b÷5040×17.2＝5.94（g／（kW·h）），式中：E為機(jī)組日發(fā)電量，供熱期日發(fā)電量按照70%負(fù)荷系數(shù)計(jì)算，則E為5040MW·h；Cpi為抽汽機(jī)組供熱時(shí)的供電煤耗調(diào)整系數(shù)，kg／GJ。

（5）熱泵系統(tǒng)新增的轉(zhuǎn)機(jī)耗電影響供電煤耗。熱泵系統(tǒng)新增加轉(zhuǎn)機(jī)有：吸收式熱泵2×128 kW，疏水泵2×30 kW，排水泵1×1.1 kW，熱網(wǎng)循環(huán)水泵1×180 kW。結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況，每天耗電量為8950 kW·h，影響廠用電率為8 950／（504×10 000）× 100%＝0.18%。熱泵系統(tǒng)新增的轉(zhuǎn)機(jī)耗電影響供電煤耗0.59 g／（kW·h）。

（6）供熱期熱泵系統(tǒng)投運(yùn)減少的標(biāo)煤量mgb＝（5.94-0.59）Egrt＝（5.94-0.59）×504×180÷ 1000＝4853.52（t），式中：Egr為供熱期機(jī)組發(fā)電量；t為供熱時(shí)間，取180 d。

（7）供熱期熱泵系統(tǒng)投運(yùn)減少的燃煤成本＝4853.52×520＝252（萬(wàn)元），標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)蝺r(jià)按520元／t計(jì)算。

4 熱泵改造后存在的問(wèn)題及解決措施

4.1 循環(huán)水濾網(wǎng)及蒸汽疏水濾網(wǎng)堵塞

原因分析：熱泵正式投運(yùn)后，循環(huán)水濾網(wǎng)及蒸汽疏水濾網(wǎng)堵塞，原因?yàn)樾C(jī)熱泵管路施工結(jié)束后，采用主機(jī)五段抽汽對(duì)施工管路進(jìn)行吹管，此時(shí)正值機(jī)組供熱期，運(yùn)行中五段蒸汽壓力較低，吹管效果不理想，致使熱泵投運(yùn)后熱泵系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)堵塞濾網(wǎng)。

解決措施：加強(qiáng)對(duì)堵塞循環(huán)水濾網(wǎng)及蒸汽疏水濾網(wǎng)清掃工作，待熱泵系統(tǒng)內(nèi)熱網(wǎng)水水質(zhì)改善后更換新濾網(wǎng)。

4.2 機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，熱泵投運(yùn)后影響機(jī)組真空度

原因分析：熱泵投運(yùn)的時(shí)間是每年供熱期（每年10月至次年4月），為節(jié)約工程造價(jià)，熱泵設(shè)計(jì)參數(shù)只考慮匹配供熱期機(jī)組的平均負(fù)荷，熱泵設(shè)計(jì)小機(jī)乏汽量為30 t；黑龍江電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)4000余MW·h，出于網(wǎng)上負(fù)荷調(diào)整的需要，火電機(jī)組負(fù)荷每天高峰和低谷差很大，當(dāng)機(jī)組熱負(fù)荷處于高峰時(shí)，小機(jī)乏汽量超過(guò)45 t，超過(guò)熱泵吸收的高限，導(dǎo)致熱泵抽真空系統(tǒng)出力不足，使主機(jī)真空度降低。

解決措施：機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，開熱泵快開閥，將多余的小機(jī)乏汽排至主機(jī)凝汽器，保證熱泵正常工作條件，使主機(jī)真空度不降低。

5 結(jié)束語(yǔ)

牡二電廠小機(jī)熱泵通過(guò)3個(gè)月的試運(yùn)行，證明吸收式熱泵技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)成熟、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全可靠的熱回收技術(shù)。采用吸收式熱泵回收小機(jī)乏汽余熱的集中式供熱方式與傳統(tǒng)汽水換熱方式相比較，一方面回收利用了電廠的乏汽低位余熱，把原本電廠凝汽器通過(guò)循環(huán)水排放掉的熱量回收并進(jìn)入一次熱網(wǎng)，電廠提供相同的熱量，可以減少汽輪機(jī)抽汽，增加汽輪機(jī)的發(fā)電量，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，通過(guò)提高循環(huán)水回水溫度增加了機(jī)組供熱量，豐富了提高供熱效果的手段，提高了供熱的可靠性，使供熱這一北方城市冬季最大的民生問(wèn)題得到有效解決。同時(shí)，使供熱期機(jī)組煤耗大幅度降低，降低了機(jī)組的燃煤量，降低了火電企SO2，NOx等排放物的質(zhì)量濃度，取得了良好的社會(huì)效益。

［1］沈士一.汽輪機(jī)原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1992.

［2］陳則韶.高等工程熱力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］李青.火力發(fā)電廠生產(chǎn)指標(biāo)管理手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TK 26

B

1674-1951（2015）08-0033-03

楊旭昊（1978—），男，黑龍江牡丹江人，高級(jí)工程師，從事集控運(yùn)行方面的工作（E-mail：yangxuhao2008＠163.com）。

2015-03-01；

2015-06-30