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大型凝汽機組改造成供熱機組的新途徑

文檔作者：王汝武文檔來源：沈陽飛鴻達節(jié)能設備技術(shù)開發(fā)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月07日
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熱電技術(shù) 2009年第4期(總第104期)
大型凝汽機組改造成供熱機組的新途徑
王汝武
(沈陽飛鴻達節(jié)能設備技術(shù)開發(fā)有限公司，遼寧沈陽110015)
摘要提出了利用壓力匹配器改造大型凝汽式汽輪機為
供熱機組的新途徑，說明了改造原理，給出了原則性熱力系
統(tǒng)圖和效益分析。該方法與打孔抽汽，使用減溫減壓器方法
相比，大大降低了投資。
關(guān)鍵詞 壓力匹配器凝汽式汽輪機噴射再熱器
1 前言
目前我國火力發(fā)電機組的裝機總?cè)萘恳殉^4
億kW，新建火電廠以300MW及600MW為主。電網(wǎng)
的供電煤耗逐年下降，到2006年為366g／kW ·h。
隨著能源價格的提高，對發(fā)電廠節(jié)能的要求進一步
提高，小于50MW 的純發(fā)電機組已經(jīng)淘汰，100MW
以上的純凝機組有條件的也應改為供熱機組，以提
高能源利用效率，減少環(huán)境污染。
大型凝汽機組由于是按凝汽運行方式設計的，
沒有適合工業(yè)和生活用汽的抽汽口。如果要供熱必
須進行改造。
2 改造方法
將大型凝汽式機組改造成供熱機組大致有三種
方法：一是將汽機的轉(zhuǎn)子和汽缸全部更換，將凝汽式
機組改為供熱式機組，可實現(xiàn)合理參數(shù)的供熱，但這
種改造方式價格昂貴，和購置新機機組差不多；二是
在汽機高、中壓缸及中、低壓導管上開孔抽汽。超高
壓機組、亞臨界機組及超臨界、超超臨界機組的高壓
缸排汽，中壓缸排汽參數(shù)見表l：
表1 大型凝汽機組參數(shù)
從表1可以看出，超高壓機組(125MW、
200MW)及亞臨界機組從中、低壓缸導管上抽汽供生
活用汽(采暖、空調(diào)、洗浴等)是可以滿足的，特別是
供熱水網(wǎng)負荷在20km內(nèi)是沒有問題的。
供工業(yè)用汽(0．8—1．3MPa)用高壓缸排汽，由
于參數(shù)高，需要節(jié)流，造成了可用能損失；用中壓缸
排汽，由于參數(shù)低，不能滿足要求。
第三種改造，大型凝汽式機組改造為供熱機組
的方法是利用壓力匹配器(蒸汽噴射壓縮器)，將高
于供汽壓力和低于供汽壓力的兩種蒸汽混合，滿足
供汽壓力要求。該設備使用高壓蒸汽降壓，低壓蒸
汽升壓，因而稱為壓力匹配器。
用壓力匹配器改造大型凝汽機組為供熱機組的
優(yōu)點是改造工作量小，機組本體基本上可以不改變，
供熱參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍大，在機組滑參數(shù)運行過程
中也可以穩(wěn)定供熱，參數(shù)不變。除了利用高壓缸、低
壓缸排汽供熱外，還可以用回熱抽汽供熱。
3 壓力匹配器的原理及效率
壓力匹配器的基本原理和蒸汽噴射壓縮器相
同，是利用高壓蒸汽作動力來提高低壓蒸汽的壓力，
為了適應抽汽供熱的需要，與汽輪機調(diào)節(jié)汽門的噴
咀調(diào)節(jié)相似，壓力匹配器采用多噴咀結(jié)構(gòu)，根據(jù)外供
汽量的大小，調(diào)整噴咀開啟的數(shù)量及開度大小，以保
證在外供汽量變化時，壓力匹配器保持較高的效率。
壓力匹配器的效率可以用動力機械常用的等熵
效率來定義：
uAh2 ， 、
“ —uA— h— — z， 一△h2 、
式中：u——引射系數(shù)
△h?！?qū)動蒸汽等熵膨脹到吸人蒸汽壓力時
的焓降。
△h：— — 吸人蒸汽等熵壓縮到輸出壓力時的焓
升。
壓力匹配器等價的裝置是用背壓蒸汽透平拖動
熱電技術(shù) 2009年第4期(總第104期)
蒸汽壓縮機，見圖1。
壓力匹配器的效率可以和透平壓縮機的效率相
媲美。
例如用2．4MPa、39O℃ 蒸汽，將0．5MPa、25O℃
的抽汽提高到1．0MPa，Ah2：175．6kJ／kg，Ah。=
376．2kJ／kg，U=0．5
圖1 蒸汽透平拖動壓縮機裝置圖
則壓力匹配器的等熵效率為
0．5×175．6 87．8 ，、 ，，，
11 而 麗 u·辭j
該效率和用蒸汽透平拖動壓縮機的效率相當，
小型背壓透平的效率大約為0．70，蒸汽壓縮機的效
率大約為0．65，透平壓縮機組的效率為0．70×0．65
= 0．455。但透平壓縮機組的設備及運行維護費用
則大大高于壓力匹配器。
4 用壓力匹配器將125MW 及200MW 機組
改造為供熱機組
國產(chǎn)的125MW及200MW 機組為超高壓參數(shù)，
進汽壓力12．75blPa，535℃，再熱壓力2．0～2．
45MPa，535℃。中壓缸到低壓缸導管壓力0．22MPa，
溫度245℃，凝汽壓力0．005MPa，共有8級回熱抽
汽，抽汽壓力從0．045MPa到3．75MPa。采暖抽汽一
般是在從中壓缸到低壓缸的導管上裝調(diào)節(jié)閥打孔抽
汽，由于導管上的抽汽為0．22MPa，適合于生活用汽
參數(shù)，已在我國三北地區(qū)多臺機組上實施。從大型
凝汽機組上實施工業(yè)供汽，還不多。工業(yè)供汽一般
要求0．8—1．0MPa，可以直接在高壓缸排汽管道上
抽汽通過減溫減壓器供熱。但減溫減壓器供熱存在
節(jié)流損失，降低了熱能利用率。
4．1 壓力匹配器在系統(tǒng)中的應用
利用壓力匹配器可以克服上述缺點，利用高壓
缸排汽導管上的蒸汽作為驅(qū)動蒸汽，引射第三回熱
抽汽口的抽汽(在額定工況下為0．67MPa)，輸出1．
0MPa，280cI=的蒸汽。由于高排壓力及三抽壓力都隨
機組的電負荷變化而變化，以125MW機組為例，在
一2 一
額定工況下高排參數(shù)2．45MPa，330~C，三抽參數(shù)0．
67MPa，390'：U，而在80MW 負荷時，高排參數(shù)1．
6MPa，290℃，三抽參數(shù)0．44MPa，375~C。為了保證
供熱參數(shù)不變(1．0MPa，280~C)，必須采用必要的調(diào)
節(jié)手段。壓力匹配器正是將汽機打孔抽汽變成可調(diào)
節(jié)抽汽的理想設備
125MW機組利用壓力匹配器供汽的原則性熱
力系統(tǒng)圖，見圖2。
1．壓力匹配器；2．減溫器；3．減溫水調(diào)節(jié)閥；4．壓力變送器；5．
溫度變送器；6．儀表箱；7．電動執(zhí)行器；8．安全閥
圖2 125MW機組壓力匹配器供熱系統(tǒng)圖
系統(tǒng)流程：
由高壓缸排汽抽出部分蒸汽進入壓力匹配器噴
咀，膨脹形成高速汽流，將某級部分回熱抽汽吸入，
兩種汽流混合擴壓形成熱用戶所需要壓力的蒸汽，
如果溫度超過熱用戶的要求，可以噴水減溫。在壓
力匹配器的出口裝有壓力和溫度變送器。將實測信
號送給儀表箱中智能調(diào)節(jié)器，智能調(diào)節(jié)器經(jīng)分析、計
算發(fā)出信號給高排蒸汽調(diào)節(jié)閥及減溫水調(diào)節(jié)閥的電
動執(zhí)行器，關(guān)小或開大閥門，以保證出口蒸汽壓力和
溫度穩(wěn)定，不隨電負荷和熱負荷的變化而變化。如
果沒有壓力匹配器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于高壓缸排汽和
回熱抽汽的壓力都隨電負荷的變化而變化，則出口
壓力和溫度將隨電負荷和熱負荷的變化而變化。而
這種壓力、溫度不穩(wěn)定的供汽是不能滿足用戶要求
的。
以135kW 機組為例，高排蒸汽及三抽蒸汽參數(shù)
的變化見表2。
從表2看出，高壓缸排汽及第三回熱抽汽口的
抽汽都滿足不了熱用戶的用汽要求。熱用戶用汽量
的變化，當然也要引起抽汽口壓力的變化。
而壓力匹配器的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以保證在電負
荷和熱負荷變化時，壓力匹配器的出口壓力和溫度
穩(wěn)定。
王汝武：大型凝汽機組改造成供熱機組的新途徑
表2 135MW機組高排及三抽蒸汽參數(shù)隨工況的變化
＼ 工況 高排蒸汽 三抽蒸汽
項目 ＼ 壓力(MPa)溫度(℃)壓力(MPa)溫度(℃)
4．2 使用壓力匹配器改造成供熱機組的經(jīng)濟效益
以供0．8～1．OMPa工業(yè)用汽為例，分析使用壓
力匹配器對外不同供汽量下的經(jīng)濟效益。
4．2．1 不同壓力時抽汽口的允許抽汽量
考慮鍋爐運行的安全性，高排抽汽量不能超過
額定再熱流量的6％ ，對200MW 機組不超過30t／h，
對125MW機組不超過20t／h。如果供熱抽汽量超過
上述數(shù)值則應從再熱管道熱段抽汽，熱段允許的抽
汽量可大大增加。這時對增加供熱量受限制的是回
熱抽汽口的流量。如果一個回熱抽汽口的流量不能
滿足要求，在蒸汽參數(shù)允許的情況下，也可以從鄰近
抽汽口抽汽，壓力匹配器可做成多管抽汽并允許抽
人不同壓力的蒸汽。例如要外供0．8～1．OMPa的蒸
汽，可以同時從3、4、5回熱抽汽口抽汽(3、4、5抽汽
口的抽汽壓力分別為0．77、0．458、0．254MPa)，系統(tǒng)
見圖3。
圖3 不同壓力抽汽口壓力匹配器系統(tǒng)圖
回熱抽汽壓力高的抽汽口抽人汽量大，壓力低
的抽汽口抽人汽量少?？蓪Ⅱ?qū)動蒸汽調(diào)節(jié)閥(多噴
咀)開啟順序按抽汽口壓力從高到低依次排列，順序
開啟。
4．2．2 經(jīng)濟效益計算
以外供0．8～1．OMPa蒸汽為例，高排參數(shù)2．
45MPa，330℃，三抽參數(shù)0．67MPa，390~C，這時壓力
匹配器的引射比u=0．8，即lt高排蒸汽可引射三抽
蒸汽機0．8t。200MW 機組高排蒸汽最大允許抽汽
量按30t／h計算，可吸人三抽汽24t／h，向外供汽為
54t／h。125MW機組高排蒸汽最大允許抽汽量按
20t／h計算，可吸人三抽汽16t／h，總供汽量為36t／h。
200MW機組在供0．8～1．3MPa蒸汽54t／h時，
增加熱化發(fā)電量8400kW，減少凝汽發(fā)電量
13000kW，發(fā)電煤耗為307g／kW ·h，比不供熱節(jié)約
燃料9000t／a(按年運行6000h計算)。
125MW機組在供0．8～1．3MPa蒸汽36t／h時，
減少凝汽發(fā)電量8125kW，增加熱化發(fā)電量5250g／
kW ·h，比不供熱節(jié)約燃料5625t／a。
隨供汽量增加，節(jié)能量也將隨著增加，這時需要
在再熱器熱段抽取壓力匹配器的驅(qū)動蒸汽。
5 用壓力匹配器將300MW 和600MW 機組
改造成供熱機組
300MW和600MW級的機組進汽參數(shù)有亞臨界
和超臨界兩種。亞臨界參數(shù)為16．5MPa，550℃，再
熱參數(shù)為3．48MPa，550oC；超臨界600MW進汽參數(shù)
為24．2MPa，566℃，再熱參數(shù)3．75MPa，566~C，供熱
量可以稍大些。亞臨界和超臨界機組供熱改造的方
式有下面三種。
5．1 用再熱器導管抽汽作為驅(qū)動蒸汽抽吸回熱抽
汽混合供熱
該類型機組的再熱導管抽汽接近于中壓電廠的
鍋爐新汽，用再熱導管抽汽作為驅(qū)動蒸汽抽吸回熱
蒸汽和中壓電廠使用壓力匹配器的參數(shù)基本上相
似，壓力匹配器在中壓電廠已大量使用，取得了可觀
的經(jīng)濟效益。
用再熱器冷段、熱段或冷熱段混合汽作驅(qū)動蒸
汽，抽吸壓力為0。744MPa、0．44MPa的蒸汽可供壓
力0．8～ 1．3MPa的工業(yè)用汽?？梢詥蝹€抽吸0．
744MPa或0．44MPa抽汽口的蒸汽，也可以同時抽吸
兩個抽汽口的蒸汽。估計最大供汽量可達lOOt／h左
右。
5．2 再熱導管冷段和熱段蒸汽混合成中壓參數(shù)供
汽
再熱導管冷段和熱段蒸汽混合成中壓參數(shù)蒸
汽，向中小熱電機組供汽。這也是改造中小熱電廠
的一種方式。
超臨界300MW和600MW級機組再熱導管冷段
壓力4．OMPa，溫度300oC，熱段壓力3．9MPa，溫度
550oC，欲混合成3．9MPa，450oC的蒸汽。
兩種不同參數(shù)蒸汽的混合也要借助于壓力匹配
器，該種壓力匹配器的原則性系統(tǒng)圖，見圖4。
一3 一
熱電技術(shù) 2009年第4期(總第104期)
1．壓力匹配器；2．溫度調(diào)節(jié)閥；3．壓力調(diào)節(jié)閥；4．壓力變送器；
5．溫度變送器；6．儀表箱；7．電動執(zhí)行器
圖4 再熱導管冷段和熱段蒸汽混合裝置
再熱器前后兩種蒸汽進入壓力匹配器1進行混
合，再通過壓力調(diào)節(jié)閥3保證出口壓力在輸出流量
變化時穩(wěn)定。壓力變送器的信號通過儀表箱中的智
能壓力調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥3，控制出口壓力。溫度變
送器的信號通過儀表箱中智能溫度調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)
閥2，控制出口溫度。壓力和溫度自動控制系統(tǒng)既可
以封閉控制，也可以接人DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機控
制。
上述再熱器冷段和熱段的混合汽可供給中壓背
壓式機組，背壓一般為O．8一1．3MPa，可配置B6—3．
43／0．98及Bl2_3．43／0．98兩種機型，功率分別為
6000kW及12000kW，進汽量為60t／h和118t／h。估
算300MW機組抽60t／h，600MW機組抽118t／h蒸汽
對機組的安全運行沒有影響。以300MW為例，再熱
器前后共抽汽60t／h，減少發(fā)電量約18000kW?？鄢?
背壓機發(fā)電6000kW，實際少發(fā)電12000kW。機組在
該工況下的發(fā)電量為288000kW，其中11000kW為熱
化發(fā)電量。熱化發(fā)電量煤耗按136g／kW ·h計算，凝
汽發(fā)電量煤耗按312r,／kW ·h計算，平均發(fā)電煤耗為
305．3g／kW ·h年運行6000h，節(jié)標煤11616t／a。
6 采用再熱器冷熱段蒸汽混合，引射中壓缸
排汽．混合輸出供工業(yè)用汽
6．1 再熱器冷熱段抽汽混合的優(yōu)點
因為再熱器冷段抽汽量受再熱器超溫的限制，
一般不大于額定流量的6％ ，而熱段抽汽量限制較
少。另一方面供熱蒸汽一般溫度要求不高，需要將
再熱器熱段蒸汽降溫。再熱器冷熱段蒸汽混合是熱
段蒸汽降溫的一種方法。
用再熱器冷熱段混合蒸汽作驅(qū)動蒸汽，抽吸中
壓缸到低壓缸導管內(nèi)蒸汽，混合升壓可供1．3～2．
— — 4 ——
0MPa的工業(yè)用汽，供汽量可達300t／h，可以滿足較
大供熱半徑的需要。
6．2 調(diào)節(jié)
在中低缸蒸汽導管上加裝調(diào)節(jié)蝶閥，以保持蝶
閥前壓力不變，增加低負荷下低壓蒸汽的供熱量。
由于蝶閥的調(diào)節(jié)作用，中壓缸排汽壓力不低于設計
工況壓力，而低壓缸的進汽壓力不高于設計工況壓
力，因而汽機的軸向推力不增加。供熱系統(tǒng)圖見圖
5。
1．再熱器冷段和熱段蒸汽混合器；2．壓力匹配器；3．壓力變送
器；4．電動執(zhí)行器；5．DCS控制系統(tǒng)；6．安全閥
圖5 再熱器冷熱段蒸汽混合抽吸中壓缸排汽的供熱系統(tǒng)圖
2007年沈陽飛鴻達節(jié)能設備技術(shù)開發(fā)公司對連
云港某電廠300MW機組進行供熱改造，用高壓缸3．
88MPa、328~C排汽引射1．0MPa，300~C中壓缸排汽，
輸出1．6MPa，310~C蒸汽，流量75t／h，現(xiàn)已投產(chǎn)。九
江某電廠135MW機組利用高壓缸2．5MPa，320~C排
汽，引射0．7MPa，36O℃ 回熱抽汽，輸出1．8MPa，
320oC蒸汽，流量20t／h，于2007年lO月投產(chǎn)。
南通某熱電廠100t／h流量的壓力匹配器正在安
裝。
目前正在對上海某電廠1000MW機組、常州某
電廠600MW外供4．5MPa，45O℃蒸汽進行方案論證
及設計。
7 結(jié)束語
用壓力匹配器將大型凝汽機組改造成供熱機
組，具有改造工作量小、投資小、不改動汽機本體、安
全可靠等優(yōu)點，一般半年內(nèi)即可回收投資。因此用
壓力匹配器改造大型凝汽機組成供熱機組將有較大
的推廣空間。

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