（中机国能电力工程有限公司邯郸分公司 河北邯郸 056000）
摘要：提升供热系统供热效果、降低供热成本以及降低供热收费价格，一直是供热单位和用户共同追求的目标和愿望。以实际供热项目为依据，对供热系统的优化方案进行探索，并且得出了一定的研究成果。运用所述的优化方案，可使供热企业较大幅度地节能降耗，供热质量明显提高，供热成本明显降低，促进供热企业按照节约型企业的要求健康发展。
关键词：供热机组；供热；优化方案
引言
为了减少环境污染、节约能源，热电联产机组的发展建设一直以来都得到了国家和政府的积极推动。20世纪80年代起，在我国东北地区和华北地区，就已经开始建设亚临界参数300MW抽汽供热机组，进行热电联产，以替代城市采暖的供热锅炉和小容量的热电联产机组。经过近20年的改进和完善，现在已经成为技术先进，热效率高的供热主力机型。
1 工程概况
本文所探讨的供热机组供热的优化方案，是以1个已投产供热项目为例证来阐述说明。该项目位于甘肃省武威市，厂区占地0.21km2，工程规划建设2×300MW级抽汽供热机组，匹配2台亚临界中间再热煤粉炉。
2 供热机组供热优化方案
2.1 供热机组的分类和选型
供热机组包含工业抽汽和采暖抽汽2大类，采暖抽汽机组分为高压采暖机组和低压采暖抽汽机组。在采暖区域内既有热水采暖系统，又有蒸汽采暖系统的选用高压采暖抽汽机组，抽汽压力在0.49～0.78MPa范围内，以满足蒸汽采暖系统对蒸汽压力的要求；在采用热水采暖的区域一般采用低压采暖抽汽机组，经热网加热器加热后外送的热水温度在110℃～130℃范围内，为了使抽汽在汽轮机内多作功，抽汽压力宜在0.245～0.294MPa范围内，对应的抽汽温度为210℃～240℃。
2.2 供热参数的选取及其对热网加热器的影响
该项目所在城市集中供热采用热水采暖系统，至2010年的统计在计热负荷中，最大热负荷769.75MW，平均热负荷515.65MW，最小热负荷303.23MW。要求在热电厂内设置热网首站，用汽轮机抽汽向热网加热器提供加热蒸汽，将70℃水温的采暖循环水加热至130℃外送，抽汽的凝结水用疏水泵升压送至除氧器回收利用。若按该项目所在城市热水采暖系统选型，目前国内生产的300MW抽汽供热机组，当抽汽压力为0.49MPa，最大抽汽量500t/h时，可供采暖热量349.6MW（哈汽）或334.1MW（东汽）；当抽汽压力为0.294MPa，最大抽汽量550t/h时，可供采暖热量368.3MW（哈汽）或364.4MW（东汽）。两家制造厂在2种抽汽压力下，2台机组的供热能力均超过了武威市城市集中供热的平均热负荷值，达到最大热负荷值的95.6％。2台300MW供热机组，采暖抽汽供热能力强，不仅满足平均热负荷要求，还能承担大部分尖峰热负荷量，对此可以减少调峰热水锅炉台数，或者推迟部分调峰热水锅炉的建设期，这都有利于该市集中供热工程的建设。
2.3 热网加热器组合方式
热网加热器的组合一般分为串联式和并联式两种。串联式热网加热器系统即为热网循环回水依次通过两个或多个（以两个为主）热网加热器，从而将回水温度由70℃逐级加热从而最终达到外供热网所需的130℃。并联式热网加热器系统则为热网循环回水按比例分别通过两个或多个热网加热器，其单个热网加热器温升直接由70℃直接加热至130℃，从而满足热网供水所需温度。
两种热网加热器的组合方式各有优缺点，主要表现在以下几点：
首先，在热源加热蒸汽利用率上不同。串联式热网加热器系统对单台热网加热器的加热温升要求不高，从而对加热蒸汽的压力要求可进一步细化，从而提高蒸汽的能量利用效率。如采用两级串联加热器系统，一级热网加热器蒸汽汽源可采用约0.112MPa（a）的微正压蒸汽，二级热网加热蒸汽汽源可采用0.2MPa（a）左右的低压蒸汽。而并联式热网加热器则全部需要0.2MPa（a）左右的低压蒸汽作为汽源才能一次性将热网回水由70℃直接加热至130℃。即串联式热网加热器系统可以适应较多的低压级蒸汽，在能源利用率上可以更好地利用低品质的微正压蒸汽。
其次，在系统流量调控时灵活性不同。串联式热网加热器系统均设置有热网循环水旁路系统，当热网供回水温度温差小于正常值时则可以通过旁路加一级加热来进行调节。并联式热网加热器系统则在调节热网供回水流量上具有较好的调节性。
由以上两个系统的主要区别来看，在热网供热能力稳定时，适合采用串联式热网加热器系统，而对热网供热能力不够稳定时，则适合采用并联式热网加热器系统。
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2.4热网加热器的选型
2.4.1 热网加热器简介
热网加热器是利用汽轮机的抽汽、减温减压的锅炉蒸汽或其它热源来加热采暖系统中的网路回水和工业生产等用热水网路回水的加热设备。目前热网加热器一般都采用管壳式形式，本次推荐为全焊式板式汽水换热器。相比于普通管壳式的设备，板式换热网加热器的体积只有管式的1/3，但是焊接板式汽水换热器传热系数要高得多，且板式换热器适应性强、拆装方便、易于清洗。全焊板式热网加热器在电厂做热网加热器，欧美国家自从1982年以来已经广泛使用，运行近30年基本是免维护。我国近几年已经在300MW及以上机组采用。由预先加工成的具有特殊波纹的钢板经特殊精确激光焊接形成的全焊板式热网加热器。它的流道一侧是椭圆形管状，另一侧由管状的外侧形成波纹状的类似搓衣板的宽阔的流道，因此称为管板混合式换热器。管侧流和板侧流在换热器中的单个流程上是错流流动，形成两侧高效率的错－逆流动传热。全焊板式热网加热器与管壳式换热器的对比，有如下优势：①波纹管板促进提高湍流度，从而使总体的传热系数达到管壳式换热器的3到5倍。②换热器一、二侧温度接近到3℃时还能工作。③交错焊接的板片形成湍流，结垢比管壳式换热器轻微得多，运行周期大为加长，基本可以免维护。④结构紧凑，占用空间仅为管壳式的1/3～1/4。⑤全焊板式热网加热器的优越性还体现在节能上面。1台换热器除了满足蒸汽冷凝需求外，还以较高的热效率回收显热（凝结水的热量）。
2.4.2 全焊接板式热网加热器与管壳式换热器对比
全焊板式热网加热器与管壳式换热器的对比，有如下优势：（1）波纹管板促进提高湍流度，从而使总体的传热系数达到管壳式换热器的3~5倍；（2）换热器一、二侧温度接近到3℃时还能工作；（3）交错焊接的板片形成湍流，结垢比管壳式换热器轻微得多，运行周期大为加长，基本可以免维护；（4）结构紧凑，占用空间仅为管壳式的1/3～1/4；（5）全焊板式热网加热器的优越性还体现在节能上面。1台换热器除了满足蒸汽冷凝需求外，还以较高的热效率回收显热（凝结水的热量）。
2.5 热网加热系统汽源优化
根据上述章节内容中东汽和哈汽300MW机组供热抽汽参数的初步了解，我们得知该型机组抽汽量完全满足本工程供热负荷对厂内热网首站的供热需求，其抽汽压力为0.49MPa（a）和0.294MPa（a）。
对于蒸汽与水的换热，其热量以蒸汽凝结为水时的汽化潜热为主要能量进行传递。在蒸汽过热段或凝结水换热阶段的热量较少，其热量比例仅在5%左右。由此可知，在常规热网首站汽水换热器的换热过程中，饱和段蒸汽才是热交换的关键热源，过热段蒸汽的主要作用是在于安全快速地输送蒸汽由汽源至热交换器，避免输送管道中出现汽水混合物而造成汽水冲击等安全隐患。
本工程中供热循环水热水温度为130℃，对应的饱和蒸汽压力为0.27MPa（a），考虑管道及管件、阀门阻力后，其汽源压力在0.3MPa（a）即可，由此可知东汽抽汽参数更有利于节能降耗，而哈汽产品的抽汽参数则存在约0.19MPa（a）的富裕量，其相对东汽产品则更适用于主厂房与热网首站距离较远的工程案例。若对热网首站与主厂房紧邻布置的工程而言，其0.19MPa（a）的富裕压力则存在一定程度的能源再利用空间。
针对该种情况，工程中我们可以利用该压差进行能量回收，比较常规的方式即为采用汽动循环泵对供热蒸汽进行梯级降压，在满足热网首站换热器供热水温的条件下，充分利用压差能来驱动辅机设备，达到节能降耗的功效。
采用汽动循环泵进行蒸汽综合利用有其受限的因素，主要体现在两点。一是当蒸汽量较小时，其压差功率无法满足循环泵的功率需求；二是因汽动泵受其占地面积影响，若热网首站占地面积较小，其布置空间将受到很大限制。因而在规避汽动循环泵的固有缺点后，工程中可采用小功率背压机来进行蒸汽压差能的回收。其主要流程为对热网首站所用加热器蒸汽汽源进行降压并回收其压差能量，减少机组整体厂用电率，其功率根据蒸汽流量范围进行设计选型，另一方面可根据场地实际情况调整汽轮机布置位置，空间布置更加灵活。
结束语
总而言之，电力系统频率是三大电能质量指标之一，随着国民经济以及工业的发展，广大电力用户对电能质量的要求越来越高。优化后供热方式灵活，经济性更加优越，可根据不同机组负荷、不同热网负荷，灵活切换，使得机组供热效益最大化。
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论文作者:杜延彬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/5
标签：加热器论文; 蒸汽论文; 机组论文; 换热器论文; 管壳论文; 采暖论文; 回水论文; 《电力设备》2018年第2期论文;