熱電廠熱源側(cè)一次網(wǎng)水系統(tǒng)環(huán)并研究

許冰，宋宏飛

(丹東金山熱電有限公司，遼寧 丹東 118000)

熱電廠熱源側(cè)一次網(wǎng)水系統(tǒng)環(huán)并研究

許冰，宋宏飛

(丹東金山熱電有限公司，遼寧 丹東 118000)

某熱電廠熱網(wǎng)一、二期一次網(wǎng)水系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，熱網(wǎng)一、二期回水管路設(shè)有聯(lián)絡(luò)閥門，供水管路也在多處設(shè)有聯(lián)絡(luò)門。為實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)一、二期9臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵互相備用，解決熱網(wǎng)二期單臺(tái)熱網(wǎng)加熱器超流量運(yùn)行問(wèn)題，最大限度發(fā)揮熱泵與電蓄熱裝置的性能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了一、二期一次網(wǎng)水系統(tǒng)環(huán)并運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，有效提高了供熱的可靠性、靈活性與經(jīng)濟(jì)性。

熱電廠；熱網(wǎng)；一次網(wǎng)水系統(tǒng)；環(huán)并；熱泵；電蓄熱裝置；熱網(wǎng)循環(huán)泵

0 引言

某熱電廠位于遼東半島經(jīng)濟(jì)開放區(qū)東南部鴨綠江與黃海的匯合處，市區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°23′，北緯40°7′。冬季供暖期151 d，冬季雖長(zhǎng)，但寒冷天氣較短，11月與3月平均氣溫為-1～8 ℃，最冷1月平均氣溫為-12～-3 ℃。熱網(wǎng)工程一期老城區(qū)供熱掛網(wǎng)面積達(dá)1 500萬(wàn)m2，實(shí)供1 140萬(wàn)m2，二期新城區(qū)供熱掛網(wǎng)面積達(dá)450萬(wàn)m2，實(shí)供165萬(wàn)m2，一、二期合計(jì)實(shí)供面積為1 305萬(wàn)m2。

1 熱源側(cè)系統(tǒng)概況

1.1裝機(jī)概況

該熱電廠裝有2臺(tái)330 MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、雙排汽、采暖抽汽、凝汽式機(jī)組，分別于2012年9月和2012年12月投產(chǎn)，并于2012年11月1日對(duì)外供熱。機(jī)組平均采暖抽汽量為550 t/h，采暖抽汽壓力為0.291 MPa，采暖抽汽溫度為203 ℃。熱網(wǎng)首站配有4臺(tái)換熱面積為2 800 m2的臥式高效汽水熱交換器，供熱能力為836.5 MW，設(shè)計(jì)最大供熱面積為1 780萬(wàn)m2。

1.2熱泵概況

為適應(yīng)城市發(fā)展的需要，保證國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)順利達(dá)成，該熱電廠于2015年8月新增了6臺(tái)52.34 MW 吸收式溴化鋰熱泵來(lái)回收機(jī)組循環(huán)水余熱對(duì)熱網(wǎng)水進(jìn)行加熱，并于2015 年11 月8日投運(yùn)。6臺(tái)熱泵回收機(jī)組循環(huán)水余熱130 MW，熱泵總制熱量為314 MW。經(jīng)華電電力科學(xué)研究院性能考核試驗(yàn)后確認(rèn)：投運(yùn)熱泵時(shí)發(fā)電煤耗為223.70 g/(kW·h)，供電煤耗為248.70 g/(kW·h)；不投運(yùn)熱泵時(shí)發(fā)電煤耗為246.43 g/(kW·h)，供電煤耗為273.41 g/(kW·h)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，投運(yùn)熱泵后發(fā)電煤耗下降22.73 g/(kW·h)，供電煤耗下降24.71 g/(kW·h)，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯提高。

1.3電蓄熱裝置概況

為加快新能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，全面提高系統(tǒng)調(diào)峰和新能源消納能力，實(shí)現(xiàn)熱電解耦并提升機(jī)組運(yùn)行靈活性，該熱電廠于2016年10月20日開工新建260 MW固體電蓄熱裝置，用于冬季供暖期電廠深度調(diào)峰，并于2017年2月28日完成固體電蓄熱裝置充電試運(yùn)行。固體電蓄熱裝置蓄熱能力為260 MW，供熱能力為72 MW，可增加供熱面積約153萬(wàn)m2。在電網(wǎng)低谷調(diào)峰時(shí)段或風(fēng)力發(fā)電的棄風(fēng)電時(shí)段，電網(wǎng)為電蓄熱裝置供電，電蓄熱裝置將電能轉(zhuǎn)換為熱能供熱網(wǎng)水加熱。

1.4供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式

該熱電廠供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為熱源側(cè)和熱網(wǎng)側(cè)。熱源側(cè)由供熱機(jī)組可調(diào)節(jié)抽汽通過(guò)熱網(wǎng)首站熱網(wǎng)換熱器加熱熱網(wǎng)水，即一次網(wǎng)熱水供給熱網(wǎng)側(cè)。熱網(wǎng)側(cè)則由城區(qū)內(nèi)各個(gè)換熱站組成，來(lái)自一次網(wǎng)的高溫水經(jīng)各換熱站內(nèi)的板式換熱器將二次網(wǎng)的水加熱后供到各熱用戶[1]。根據(jù)供熱市場(chǎng)形勢(shì)變化、城市規(guī)劃調(diào)整以及電力市場(chǎng)熱電解耦的現(xiàn)實(shí)需求情況，該熱電廠又安裝了熱泵和電蓄熱裝置。由于城區(qū)為狹長(zhǎng)布局，新、老城區(qū)位于熱電廠兩側(cè)，老城區(qū)為規(guī)劃設(shè)計(jì)供暖區(qū)域，新城區(qū)為調(diào)整增加的供暖區(qū)域，故分別被稱為一期和二期熱網(wǎng)。熱網(wǎng)一、二期一次網(wǎng)水系統(tǒng)分別采用母管式布置方式[2]。熱網(wǎng)一期一次網(wǎng)水系統(tǒng)總循環(huán)水量設(shè)計(jì)為10 000 t/h，布置5臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，#1機(jī)組側(cè)安裝3臺(tái)，#2機(jī)組側(cè)安裝2臺(tái)。分別從2臺(tái)機(jī)組廠用6 kV母線接引，其中1A熱網(wǎng)循環(huán)泵從6 kVⅠA段接引，1B，1C熱網(wǎng)循環(huán)泵從6 kVⅠB段接引，2A熱網(wǎng)循環(huán)泵從6 kVⅡA段接引，2B熱網(wǎng)循環(huán)泵從6 kVⅡB段接引，3運(yùn)2備，泵額定流量為3 000 t/h，額定揚(yáng)程為135 m。熱網(wǎng)二期布置4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，從熱網(wǎng)二期6 kV母線接引，熱網(wǎng)二期6 kV A段從#1機(jī)組廠用6 kVⅠA段接引，熱網(wǎng)二期6 kV B段從#2機(jī)組廠用6 kVⅡA段接引，熱網(wǎng)二期6 kV A，B段設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其中A，C熱網(wǎng)循環(huán)泵從二期6 kV A段接引，B，D熱網(wǎng)循環(huán)泵從二期6 kV B段接引，2運(yùn)2備，泵額定流量為3 000 t/h，額定揚(yáng)程為135 m。熱網(wǎng)一、二期采用除氧軟化水定壓補(bǔ)水，按系統(tǒng)循環(huán)水量的1.0%設(shè)計(jì)，定壓值為0.35 MPa。

圖1 熱網(wǎng)一、二期熱源側(cè)一次網(wǎng)系統(tǒng)

正常運(yùn)行情況下，熱網(wǎng)一期運(yùn)行3臺(tái)熱網(wǎng)換熱器，即#1機(jī)組#1，#2熱網(wǎng)換熱器及#2機(jī)組#1熱網(wǎng)換熱器，當(dāng)熱網(wǎng)一期運(yùn)行3臺(tái)及以上熱網(wǎng)循環(huán)泵時(shí)，3臺(tái)熱網(wǎng)換熱器均投入運(yùn)行(熱網(wǎng)換熱器正常流量為3 000 t/h，最大流量為3 300 t/h)；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，供水流量需8 600 t/h，供水壓力需1.06 MPa，回水流量為8 500 t/h，回水壓力為0.32 MPa。熱網(wǎng)二期運(yùn)行1臺(tái)熱網(wǎng)換熱器，即#2機(jī)組#2熱網(wǎng)換熱器，運(yùn)行2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，供水流量需4 400 t/h，供水壓力需0.84 MPa，回水流量為4 400 t/h，回水壓力為0.41 MPa。一期供、回水流量計(jì)存在誤差，回水流量始終比供水流量低180～200 t/h，二期供、回水流量偏差在允許范圍內(nèi)?，F(xiàn)階段一次網(wǎng)運(yùn)行方式為：熱網(wǎng)一期回水先進(jìn)入熱泵加熱后回到熱網(wǎng)換熱器進(jìn)一步加熱外供，熱網(wǎng)二期回水先進(jìn)入#2機(jī)組#2熱網(wǎng)換熱器加熱后再進(jìn)入電蓄熱裝置繼續(xù)加熱外供。熱網(wǎng)一、二期一次網(wǎng)水系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，如圖1所示。

2 熱網(wǎng)環(huán)并試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

供熱期熱網(wǎng)一期運(yùn)行3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵、3臺(tái)熱網(wǎng)換熱器，一次網(wǎng)水流量為9 000 t/h左右；熱網(wǎng)二期運(yùn)行2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵、1臺(tái)熱網(wǎng)換熱器(#2機(jī)組#2熱網(wǎng)換熱器)，一次網(wǎng)水流量為4 700 t/h左右，熱網(wǎng)二期熱網(wǎng)換熱器超流量運(yùn)行。該熱電廠希望通過(guò)此次在線試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)一、二期9臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵互相備用，解決熱網(wǎng)二期單臺(tái)熱網(wǎng)加熱器超流量運(yùn)行問(wèn)題，最大限度發(fā)揮熱泵與電蓄熱裝置的性能優(yōu)勢(shì)，提高供熱的安全性、可靠性、靈活性與經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)期間工況變化較為頻繁，會(huì)對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，事先應(yīng)與供熱調(diào)度協(xié)調(diào)好。

2.2試驗(yàn)過(guò)程

此次試驗(yàn)過(guò)程中一期流量通過(guò)調(diào)節(jié)一期熱網(wǎng)循環(huán)泵液力偶合器開度進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，二期流量采用二期熱網(wǎng)循環(huán)泵出口門節(jié)流方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低一期熱網(wǎng)循環(huán)泵出力，調(diào)整熱網(wǎng)一、二期回水壓力平衡，開啟熱網(wǎng)一、二期回水聯(lián)絡(luò)一次門，緩慢開啟熱網(wǎng)一、二期回水聯(lián)絡(luò)二次門，此時(shí)熱網(wǎng)一、二期回水開始混合。逐漸開啟一期熱網(wǎng)循環(huán)泵出口至#2機(jī)組#2熱網(wǎng)換熱器入口手動(dòng)門，開啟此門過(guò)程中由于熱網(wǎng)一期供水壓力略大于熱網(wǎng)二期供水壓力，熱網(wǎng)一期供水壓力和流量下降，熱網(wǎng)二期的供水壓力和流量上漲，一、二期供水開始在#2機(jī)組#2熱網(wǎng)換熱器入口第1次混合。逐漸開啟熱網(wǎng)二期熱網(wǎng)循環(huán)泵出口至#2機(jī)組#1熱網(wǎng)換熱器入口電動(dòng)蝶閥，一、二期供水在#2機(jī)組#1熱網(wǎng)換熱器入口第2次混合。逐漸開啟#2機(jī)組#1，#2熱網(wǎng)換熱器出口聯(lián)絡(luò)電動(dòng)蝶閥，此時(shí)熱網(wǎng)一期供水通過(guò)此蝶閥流向熱網(wǎng)二期，熱網(wǎng)一期供水壓力和流量下降，熱網(wǎng)二期供水壓力和流量上漲，一、二期熱網(wǎng)水壓力與溫度平衡。環(huán)并過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 環(huán)并過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 流量調(diào)節(jié)過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)

逐漸關(guān)小#2機(jī)組換熱器出口至二期供水電動(dòng)蝶閥，限制熱網(wǎng)水通向二期的流量后一期流量增加。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，一期流量增加、二期流量減小，一期壓力增加、二期壓力減小，一期與二期熱網(wǎng)水充分混合。流量調(diào)節(jié)過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。逐漸開啟熱網(wǎng)一期供、回水至電蓄熱裝置一、二次門，通過(guò)一期至電蓄熱裝置旁路門調(diào)整供水壓力平衡，此時(shí)熱網(wǎng)一期與熱網(wǎng)二期徹底環(huán)并，試驗(yàn)結(jié)束。

2.3數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)前，當(dāng)熱網(wǎng)一期與二期獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，所需循環(huán)水總流量為一期供水量8 660 t/h與二期供水量4 434 t/h的總和，即13 094 t/h，回水總流量為一期8 479 t/h和二期4 463 t/h的總和，合計(jì)12 942 t/h；經(jīng)過(guò)環(huán)并調(diào)整后一、二期供水流量分別為8 112 t/h和4 199 t/h，回水流量分別為8 118 t/h和3 937 t/h，即供水總流量為12 311 t/h，回水總流量為12 055 t/h。

續(xù)表

因二期熱網(wǎng)循環(huán)泵出口流量采用出口門節(jié)流調(diào)節(jié)，泵出口母管憋壓，此次試驗(yàn)不能將試驗(yàn)工況調(diào)整到正常運(yùn)行工況，供水總流量比正常值低1 593 t/h，這種情況可以在二期熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻調(diào)節(jié)投入運(yùn)行后得到徹底解決。從一、二期回水流量看，一期回水流量明顯增加，二期回水流量明顯降低，說(shuō)明部分(約420 t/h)熱網(wǎng)二期回水與一期回水同時(shí)流經(jīng)熱泵吸熱，有效地利用了熱泵，提高了經(jīng)濟(jì)性。

現(xiàn)有的6×52.34 MW溴化鋰吸收式熱泵整體對(duì)外制熱量為314 MW，在供熱的初、末期按采暖供熱指標(biāo)26 W/m2考慮(實(shí)際可能更低)，可供面積為1 185萬(wàn)m2，不僅能滿足一期熱網(wǎng)供暖需求，還可以帶二期部分供暖負(fù)荷。這樣便可以充分發(fā)揮熱泵的效用，提高其利用率和效率，供暖溫度不足部分可由電蓄熱裝置補(bǔ)充。

3 結(jié)論

現(xiàn)有6×52.34 MW溴化鋰吸收式熱泵，在供熱初、末期不僅能滿足一期熱網(wǎng)供暖需求，還可以帶二期部分供暖負(fù)荷。環(huán)并后在供熱初、末期可以僅通過(guò)高效節(jié)能的熱泵帶一期與二期熱網(wǎng)運(yùn)行，電蓄熱裝置作為一期或者二期熱網(wǎng)溫度調(diào)節(jié)的補(bǔ)充，熱網(wǎng)換熱器作為尖峰補(bǔ)償，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

因初設(shè)時(shí)熱網(wǎng)一、二期供水系統(tǒng)管徑設(shè)計(jì)流量均為10 000 t/h，在保證系統(tǒng)不超壓且水循環(huán)暢通的前提下，最大流量為12 000 t/h，而正常供暖一、二期需要的總流量為13 100～14 000 t/h，故需要熱網(wǎng)一期和二期均有熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行。為了保證一次網(wǎng)水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，建議熱網(wǎng)一期運(yùn)行3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，熱網(wǎng)二期運(yùn)行2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵。環(huán)并后熱網(wǎng)一期5臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵與二期4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵可以相互備用，增加了熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行的靈活性與可靠性。

此次試驗(yàn)二期熱網(wǎng)循環(huán)泵出口門調(diào)節(jié)流量過(guò)程中出現(xiàn)泵出口母管憋壓的情況，不能將試驗(yàn)工況調(diào)整到正常運(yùn)行工況，后續(xù)可通過(guò)增加二期熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻控制來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)。

試驗(yàn)過(guò)程中，熱力系統(tǒng)中部分熱工表計(jì)指示與實(shí)際值存在偏差，建議該電廠對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)的流量計(jì)、溫度計(jì)等進(jìn)行校驗(yàn)，不但有利于運(yùn)行監(jiān)視、調(diào)整供水參數(shù)，而且有利于供熱量的統(tǒng)計(jì)、核算。

此次熱網(wǎng)環(huán)并試驗(yàn)成功，使得一次網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行更加靈活可靠，對(duì)于供熱調(diào)整和安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

[1]秦緒忠，江億.多熱源并網(wǎng)供熱的水利優(yōu)化調(diào)度研究[J].暖通空調(diào)，2001,31(1)：11-16.

[2]秦冰.淺析惠天熱電三部熱網(wǎng)雙熱源聯(lián)網(wǎng)供熱技術(shù)[J].區(qū)域供熱，2015(4)：79-84.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-05-03；

:2017-05-31

TM 621.4

：B

：1674-1951(2017)06-0047-04

許冰(1986—) ，男，遼寧丹東人，工程師，工學(xué)碩士，從事熱電廠集控運(yùn)行工作(E-mail:xb401576441@126.com)。

宋宏飛(1974—)，男，遼寧鐵嶺人，助理工程師，從事熱電廠燃料運(yùn)行工作(E-mail:tlcshf@163.com)。