熱壓機在空冷機組供熱中的應用

引言

由于經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,國民生產(chǎn)與生活對電能的需求量與日俱增,火力發(fā)電廠如雨后春筍般地一個個涌現(xiàn)在中華大地。然而隨著經(jīng)濟進入新常態(tài),電力企業(yè)產(chǎn)能過剩,國家環(huán)保政策又提出了高要求,面對資源和環(huán)境的雙重約束,火電行業(yè)面臨的形勢越來越嚴峻,如何在現(xiàn)有基礎上提高機組的熱效率,是火電企業(yè)不得不面對的問題。目前,火電機組中熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組的熱效率要遠高于純凝機組,同時隨著國家城鎮(zhèn)化建設的加速,城市集中供暖熱源短缺的問題也日益凸顯,因此,利用供熱來提高機組熱效率,同時解決城市熱源短缺的問題是一個雙贏的選擇。

目前主流的供熱技術(shù)主要有高背壓、吸收式熱泵以及近年來出現(xiàn)的熱壓機技術(shù)。研究表明,三種供熱技術(shù)在滿足相同供熱負荷的情況下,熱壓機技術(shù)比其他兩種技術(shù)利用的乏汽量更多,對電負荷影響最少。本文主要以余吾熱電有限責任公司供熱擴容改造工程為例,介紹熱壓機技術(shù)在供熱中的實際應用。

1熱壓機原理

熱壓機供熱在國內(nèi)電力行業(yè)應用較少,其本質(zhì)上是一種引射式壓縮器,它可以利用較少的高壓蒸汽引射低壓蒸汽,混合而得到較多的中壓蒸汽。如圖1所示,熱壓機主要由蒸汽噴嘴、混合段和擴壓段等三個部分組成,動力蒸汽通過A口進入,通過噴嘴將壓力轉(zhuǎn)換成動能,形成超音速射流,低壓蒸汽通過B口被吸入混合段,射流邊界層的紊流擴散作用使得兩股流體發(fā)生質(zhì)量、動量及能量交換,于是動力蒸汽流體的速度不斷減少,而被抽蒸汽的速度不斷增大,并在混合段某一截面處漸趨一致,從而形成一股單一均勻的混合流體。在擴散段中的動能轉(zhuǎn)化成壓能,混合流體減速增壓至一定的壓力后排出熱壓機出口C。

圖1 熱壓機機構(gòu)

2改造方案

山西潞安余吾熱電有限責任公司位于山西省屯留縣境內(nèi),裝機規(guī)模為2×135MW。汽輪機為兩臺135MW超高壓、一次中間再熱、直接空冷、抽凝式汽輪發(fā)電機組,配兩臺480t/h超高壓循環(huán)流化床鍋爐。

山西潞安余吾熱電有限責任公司為供熱機組,2006年同步建成廠內(nèi)換熱站,供應屯留礦采暖熱負荷52MW,其中屯留礦井采暖熱負荷17MW,屯留礦采暖熱負荷35MW。2011年新建熱網(wǎng)首站,按電廠的最大抽汽能力考慮,首站最大供熱負荷約111MW。

供熱擴容改造采用"高背壓＋熱壓機＋熱網(wǎng)站"的三級加熱供熱方案(圖2),回收汽輪機乏汽余熱,提高熱電廠的整體供熱能力。具體方案為在2號機乏汽管道開孔,將部分乏汽引至高背壓凝汽器,作為一級加熱:將機組原供熱蒸汽引出部分作為熱壓機驅(qū)動汽源,帶動剩余乏汽混合,進入熱壓機凝汽器作為二級加熱:原供熱加熱器作為三級加熱。采暖季,2號機組運行背壓為30kPa,通過一級加熱將55℃的熱網(wǎng)循環(huán)回水加熱至69℃,再經(jīng)過二級加熱,將循環(huán)水加熱至84℃,最后通過三級加熱,將循環(huán)水溫升至100℃,供至熱用戶。

該系統(tǒng)特點如下:

(1)高、低壓乏汽的梯級利用,在不增加機組抽汽量的前提下,提高了機組的供熱能力。

(2)在保證供熱要求的前提下,利用了汽輪機的乏汽余熱,減少了機組的供熱抽汽量,供熱能耗降低。

(3)減少了機組的排汽損失。

3改造后的效果及收益

通過熱壓機改造后,余吾熱電有限責任公司供熱首站供熱能力由原先的111MW提升到257MW,年供熱量增加約90萬GJ,年供熱多耗煤量0.57萬t,年補水量12.6萬t,年耗電量305.85萬kw·h,按熱價27.5元/GJ,標煤500元/t,水價5元/t,電價0.35元/kw·h,折舊年限15年,殘值率5%,大修理費率2%來算,年增加收入2475萬元,除去每年耗水、煤、電以及折舊等費用后,每年收益約1600萬元,3.5年可收回投資成本。

在取得良好經(jīng)濟效益的同時,也產(chǎn)生了積極的環(huán)境與社會效益。采用熱壓機供熱利用余熱,每年可節(jié)約6萬t標煤,相當于減少so2排放量0.41萬t,減少Co2排放量13.2萬t,減少NoX排放量0.2萬t,減少粉塵排放量0.18萬t,節(jié)約能源的同時又減少了煤、灰渣在裝卸、運輸、貯存過程中對環(huán)境、交通及占地的影響,污染物排放的大量減少使得城市環(huán)境空氣質(zhì)量得到了改善。

4熱壓機改造存在的問題

熱壓機技術(shù)作為新興技術(shù),在實際應用中也存在一些問題。以余吾熱電有限責任公司供熱擴容改造為例,主要問題如下:

4.1噪聲影響

因為熱壓機的本質(zhì)就是一種引射式壓縮器,內(nèi)部的超音速汽流會產(chǎn)生巨大的噪聲,就地實測數(shù)據(jù),熱壓機本體l0m處的噪聲最高可達到l00dB以上,普遍在90dB左右。隨后,經(jīng)過對熱壓機本體的隔噪材料進行更換以及對隔噪材料進行加厚處理,噪聲降至90dB以下。因此,如何降低噪聲,是熱壓機改造中應重點考慮的問題。

4.2驅(qū)動汽源壓力匹配問題

熱壓機主要靠驅(qū)動汽源來驅(qū)動乏汽工作,當機組負荷出現(xiàn)大幅下降時,隨著驅(qū)動汽源壓力的降低,會出現(xiàn)乏汽管道溫度異常升高的問題,導致熱壓機工作效率下降。因此,在熱壓機選型時,一定要考慮到機組的工況變化,要確定最小驅(qū)動壓力,保證熱壓機在最低工況下也可以正常運行。

5結(jié)語

本文通過熱壓機技術(shù)在余吾熱電供熱改造中的應用,從供熱技術(shù)對比、熱壓機原理、供熱改造方案、改造效果等多方面分析了熱壓機技術(shù)在空冷機組供熱中應用的優(yōu)點及存在的問題,從環(huán)保節(jié)能降耗的角度考慮,熱壓機供熱技術(shù)具有較明顯的優(yōu)勢。