摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，火力发电厂建设越来越多。据调查，大部分燃煤厂供热机组运行效率偏低，除尘器超负荷工作，不仅浪费了大量资源，而且还加大了大气污染。为了改进燃煤供热方案，本文通过对比多种供热改造技术，合理选取改造技术，并拟定改造方案，旨在为燃煤供热改造研究提供参考依据。实践应用结果表明，本文选取的背压小汽轮机供热改造技术创造的改造方案，可以有效提高煤资源利用率，降低热耗率，减少空气污染。
关键词：供热改造；节能；操作灵活
引言
随着国家经济发展和节能减排的需要，在经济下行压力下，火电机组利用小时持续下降，特别是三北地区，发电和供热供需矛盾突出，导致纯凝火电机组在供热期发电空间急剧减小，促使此类火电企业纷纷进行供热、供汽改造。在不增加燃煤及排放基础上对机组进行供热改造，通过抽汽或回收余热改造提高能源综合利用效率，已经成为火力发电企业节能增效的重要手段。对于同时具有电、热、汽等方面需求的地区，如何正确合理的选用热电联产机组，因地制宜的选择供热改造技术，对火电企业的发展和地区环保社会效益的实现起着至关重要的作用。目前热电联产机组形式和供热改造技术较多，本文重点介绍了目前常用的几种热电联产机组形式和供热改造技术，具体分析各技术路线的原理、特点及适用条件，为实现合理的热电联产和按需取能、等质用能供热改造提供选择。
1电厂供热节能改造的必要性
伴随着日益严峻的环保污染问题和能源危机，电厂供热工程节能改造力度的进一步加强是社会发展的必然趋势，只有加大改造的力度，才可以有效提升电厂供热工程中能源的利用效率，促进供热能力的提高，对改善人们生活环境具有积极影响。针对目前电厂供热工程的节能改造现状来看，由于供热系统本身就具有一定的功能特征和结构特点，在实际的改造中应该根据自身的实际情况实施针对性的改造，这样才能够保证供热系统的安全、稳定运行，符合时代发展的需求。
2燃煤电厂供热改造技术
2.1纯凝改供热技术
此项技术在低压缸联通管加热处理中应用较多，将热网循环水集中到一起，统一输送，形成较为完整的输送体系。由于此项技术对管道抽汽压力要求较高，如果直接加热循环，将造成大量蒸汽损失，严重浪费资源。因此，这种技术在供热改造工程中应用较少。
2.2吸收式热泵供热方案
吸收式热泵供热方案可以供热蒸汽的驱动下，将循环冷却水或者机组乏汽的余热进行提取，用于加热热网水，以此来提高能源的利用效率。一般情况下，热泵出口的热网水温度可以达到七十到九十摄氏度，如果温度还不够高，则可以通过尖峰加热器进行加热。由此可见，吸收式热泵供热方案具有运行调节灵活、能源利用率高以及改造方便等优点。不过，这种改造方案主要被应用于有着比较高要求的供热品质项目，前期需要大量的投资资金。
2.3高背压供热改造技术
高背压供热技术，其系统是将汽轮机排汽压力提高，降低凝汽器的真空度，提高冷却水温，直接采用热网水进行冷却，从而把热网水加热。该技术充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜热加热热网水，将冷源损失降低为零，提高机组的循环热效率，采用该技术供热是在不增加机组发电容量的前提下，减小了供热抽汽量，增大了供热面积，其施工周期短、经济效益显著，缺点是与热网串联运行，调整有一定困难，供暖期和非供暖期期需要更换两次低压转子，如不更换则纯凝期运行经济性差。高背压供热改造技术是目前比较成熟的技术，目前在各大电力集团的电厂中，陆续进行了高背压供热改造，节能收益、环保及社会效益非常显著。随着技术进步，高背压改造涉及的汽轮机型号涵盖了135MW、200MW、300MW，600MW汽轮机目前改造较少。以某300MW机组为例，高背压改造后，节能12.6万吨，年减少二氧化碳排放量16.8万吨，二氧化硫97.8吨，烟尘219.9吨。同时，东北某电厂成功对600MW空冷机组成功实施了双背压供热改造，即供暖期内两个低压缸一个低背压运行，一个高背压运行，开创了600MW空冷机组双背压供热改造技术的先河。高背压供热改造技术其进汽量取决于用户热负荷的大小，其运行方式是“以热定电”，改造后的热网水系统须稳定，否则将造成低压缸超温，影响机组的安全稳定运行。该技术投资小，收益高，回收周期短，在供热负荷大的地区有很大应用优势，但其负荷调整困难，在目前火电调峰形式下，应用局限性较大。随着大温差技术发展，回水温度降低，高背压供热改造技术以其经济性及节能优势，仍具有推广应用价值。
2.4双转子互换高背压供热改造技术
此技术的实际操控，以低压缸转子为操控对象，通过更换转子，完成汽轮机采暖时期供热需求。虽然此项技术适应能力较强，对燃煤机组改造帮助较大，但是需要随着采暖时期的变化，更换转子，所以需要4根转子，其中两根作为备用。从整体来看，此改造工程工作量较大，总投资成本偏高。
2.5热泵供热改造技术
热泵供热技术是随着供热形势及电厂节能形势趋紧情况下应运而生，是电厂的重要节能技术之一，也是全世界倍受关注的新能源技术。热泵供热技术在电厂中用于回收汽轮机冷端损失，将此部分不能直接利用的热量提高品质后加以利用，从而降低对原有抽汽的使用量或增加供热能力，提高电厂能源综合利用率，降低发电煤耗，增加电厂收益。热泵技术根据热泵形式分为吸收式和压缩式两种。其中吸收式热泵技术应用较多。压缩式热泵根据驱动能源形式不同，分为电压缩式热泵和透平压缩式热泵。
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2.6NBC供热方案
在实际运用NBC供热方案的过程中，可以看出这种改造方案具有高效、灵活等优势，具有比较好的供热节能效果。但是，还存在一些不足之处，主要体现在对于改造力度及改造规模会有较高的要求，同时还需要大量的资金投入，难度也相对较大。由此可见，这种供热改造方案的运用范围比较小，加上内部各项技术还处于发展阶段，使得其运用具有一定的局限性。
3改造技术对比分析
目前，燃煤供电改造技术较多，如何选取合适的技术作为供热改造技术，本文采用对比分析法，从性能和成本控制等多个方面展开对比分析，从中选取可靠性较高的改造技术。本文选取前文提出的6种技术作为参考对象，对这些技术的性能、成本、应用要求进行对比分析。背压小汽轮机供热改造技术在实际应用中优势较为明显，不仅操作灵活，具有较强的供热能力，满足供热装置改造需求，而且成本得到了有效控制。因此，本文将选取此项技术作为机组供热改造主要技术。
4供热机组和供热改造技术选用建议
4.1热电联产机组选择
（1）工业热负荷品质单一且稳定，用热在6000小时或以上，发电负荷在50MW及以下，宜选背压供热机组。该机组一般不单独使用，通常与抽凝机组结合使用。（2）工业热负荷需要二种蒸汽参数，且常年较稳定的热用户，适宜选用抽背式汽轮机组。（3）采暖热负荷地区，发电负荷在50MW~350MW之间，可考虑设计时直接选用抽凝机组。三北地区供热面积在1000万m2以上的地区，可选用2×300MW及以上超高压凝抽式两用机组或抽凝式机组；供热面积在500万m2~1000万m2的地区，可选用2×200MW及以上凝抽式两用机组或抽凝式机组；供热面积在15万m2~500万m2的地区，易选用抽凝式机组。（4）既有工业热负荷，又有采暖热负荷地区，根据两种负荷比例不同，宜选用抽凝式机组或双抽型机组，或者1台背压机组，1台抽凝机组配合使用。（5）对于供热、发电和供汽比较综合的地区，发电、供热、供汽不同时间侧重不同，为了经济效益最大化，适宜选用NCB机组，如北京朝阳某电厂。
4.2热网循环水泵电机改造安全、经济分析
①实现无级调速：工业汽轮机可以根据负荷大小采用无级变速调节泵转速，使其运行可靠、稳定，提高运行效率，降低能耗。②提高整个机组的热效率和经济效益。工业汽机使蒸汽的高品位能量实现了阶梯式分级利用。另外工业汽轮机代替了大型电动机后还可以有效地降低用电量，降低了发电成本。③对用电系统的影响小，热网泵电机功率为2×710kW，启动电流较大。由于大功率水泵配套的高压电机，需耗用高压电缆及有关的配套附属设施。采用工业汽轮机拖动后，无此类设施，因此改造后水泵的运行安全性高于采用电动机驱动给水泵。④噪音小于电动水泵。⑤拖动汽轮机设计合理。拖动小汽轮机选用单级背压式工业汽轮机，由一组双列复速级组成，全周进气式机组，减少了部分进汽损失，效率高达60%，同时增大了一倍的通流面积，满足大功率低进汽参数的要求。叶轮节径φ1600，设计转速为1500r/min，可省去减速箱直接拖动循环水泵，且整体布局紧凑、占用空间小，节省了中间环节，提高了机组运转安全性。汽轮机的轴瓦与轴伸处的轴颈均为φ110mm，能更好地满足低转速、大功率设备传动所需的强度及扭矩要求。
4.3供热改造技术路线选择
（1）对于有一定热负荷，且在电厂供热半径范围内的地区，从135MW到300MW的机组均适用打孔抽汽进行供热改造，打孔抽汽的位置选取需要根据热负荷品质、大小及对机组的安全运行、经济性等多方面进行考虑。对于600MW及以上机组，打孔抽汽供热经济性稍差，可以考虑与热泵余热回收或后置小汽轮发电机组配合使用，提高能源综合利用率及经济性。（2）对于热负荷大且稳定的地区，供热半径内具有纯凝或抽凝电厂，规模在150MW~600MW的机组适宜采用高背压供热改造。高背压供热改造的必要条件：基础热负荷要大于机组的最小排汽工况下的排汽热量，以保证汽轮机不超温、安全稳定运行。三北地区，供热面积大于1000万m2，回水温度低于50℃，装机两台机组的可以对其中1台300MW或1台600MW机组进行高背压供热改造，另一台采用抽凝方式运行。（3）对于150MW、200MW抽汽供热能力无法满足当前供热的机组，且基础热负荷大于机组低压缸进汽热量，适宜采用光轴供热改造。三北地区，供热面积在500万m2~1000万m2，采用此技术进行供热改造，能源综合利用率高，经济性好。300MW及以上机组不建议采用此种方式，损失发电量大，且运行调整困难，与目前火电深度调峰形势相背离。（4）对于目前热电联产机组，不论规模大小，热泵技术均适用，但需根据热负荷及电厂的实际运行情况选择不同的热泵形式，以保证能源综合利用率和节能收益。吸收式热泵技术适合抽汽压力大于0.2MPa的场合；对于供暖抽汽压力在0.7MPa以上，宜采用透平压缩式热泵进行节能改造；对于需要深度调峰机组，供暖抽汽压力低，此时采用电压缩式热泵余热回收供热改造，既能实现深度调峰收益，又能保证节能效益，同时实现了环保及社会效益。
结语
综上所述，本文通过对比多项供热改造技术的性能、成本、应用要求，选取背压小汽轮机供热作为核心改造技术，通过计算，确定参数及汽轮机抽气量等，形成完整的改造方案。实践应用结果表明，本文提出的改造方案可以有效节约煤资源，减少空气污染。
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论文作者:严鑫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/17
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