火電機組熱電聯產技術路線研究

主編單位：安全生產部

2012年4月課題組成員

課題組組長：王忠渠

課題組副組長：胡文森祁智明

課題主編人員：仝聲黃宣

課題編寫人員：陳兵研究內容熱電聯產發展現狀1

常規熱電聯產方式分析2能源梯級利用供熱改造技術研究3供熱改造一般技術原則4

結論和建議5

1熱電聯產發展現狀

◆近幾年國家相繼出臺了一系列鼓勵政策，熱電聯產迅速發展。

◆

目前，熱電聯產機組承擔了城市采暖供熱量的30%，占據城市集中供熱總面積的1/3；工業用汽的83%。

◆未來仍有很大發展空間。

集團公司供熱改造概況

“十一五”期間共有21個電廠（公司）50臺機組實施了供熱改造，涉及火電機組容量1829萬千瓦，合計投資7.5億元，取得了明顯的經濟、環保和社會效益。以30萬千瓦為例，集團公司119臺，其中具備供熱能力的61臺，2011年平均熱電比完成11%，供電煤耗完成323克/千瓦時，較非供熱機組低7克/千瓦時，測算節煤超過60萬噸。各容量等級機組供熱改造占比情況

供熱改造機組抽汽汽源情況

中壓缸高壓缸鍋爐凝汽器冷源損失除氧器低壓缸凝結水泵給水泵熱網加熱器冷再供工業抽汽熱再供工業抽汽供熱機組熱力系統簡圖供熱經濟性分析◆關于熱能：量，質，有效能?，電熱轉換◆關于供熱：效率，低品質，潛熱◆關于發電：效率，高品質◆熱電聯產：梯級用能，冷源損失◆大容量高參數機組發電效率高，電的轉換比例大

◆冷源損失的減少使發電煤耗大幅下降

◆供熱特別是低參數采暖供熱收益來自于發電的廢熱

按朗肯循環工作的凝汽式發電廠熱損失和?損熱量法的熱損失?方法的?損項目數量（KJ/kg）所站份額%項目數量（KJ/kg）所站份額%鍋爐327.269鍋爐2049.0256.35蒸汽管道7.270.22蒸汽管道7.640.21汽輪機2003.255.09汽輪機190.175.23凝汽器凝汽器90.912.50機械損失25.540.71機械損失26.540.73發電機16.730.46發電機16.730.46總損失2380.00總損失2381.01全廠效率34.52全廠效率34.52

2

常規熱電聯產方式分析◆冷再抽汽供熱。抽汽參數適應較廣；流量受限，再熱器超溫，高缸末級葉片強度。◆熱再抽汽供熱。抽汽溫度高，流量受限較小；有效能損失大。◆中壓缸排汽。抽汽量大，接出、調整方便，參數適應較廣；抽汽量受汽輪機中排壓力、溫度、低壓缸最小流量的限制，采暖供熱有效能損失大。◆壓力匹配器。高壓引射低壓蒸氣，參數穩定，可調范圍較大，應用漸廣；只能壓力匹配，溫度損失仍大。

◆目前熱電聯產、供熱改造由于種種原因，方案尚未全面實現系統優化，雖然相對純凝發電方式提高了能源利用率，但未能充分利用蒸汽有效能。◆供熱方式不合理，供熱負荷預測不準，實際抽汽參數一般高于熱負荷要求參數，造成了有效能的浪費。如應用最為普遍的采用中壓缸排汽采暖供熱，損失40%有效能3

能源梯級利用供熱改造技術研究

為了提高能源綜合利用率和機組主要經濟指標，本課題對供熱改造相關技術進行了研究與攻關，充分合理地利用高品質抽汽熱量、鍋爐煙氣余熱、汽輪機排汽余熱等進行熱電聯供，深度挖掘熱電聯產、供熱改造的節能潛力和經濟效益。

抽汽參數與熱用戶要求蒸汽參數存在差距時，如果抽汽量比較穩定時可采用背壓機回收部分有效能，抽汽量變化較大時可采用螺桿膨脹機回收有效能。

3.1抽汽供熱有效能深度利用技術

系統流程圖名稱單位數值抽汽壓力MPa0.98抽汽溫度℃355

背壓機額定進汽量t/h380背壓機排汽壓力MPa0.245背壓機排汽溫度℃202.8凝結水溫度℃70綜合多發電量MW/h27供熱熱負荷MW271.4可供熱面積萬m2500年供熱時間h4000總供熱量萬GJ390總多發電量萬度10800上網電價元/kWh0.39增加收益萬元4212以某60萬千瓦機組采暖供熱改造為例，采用背壓機與中壓缸排汽直接供熱相比，增加收益如下表所示。

集團公司北侖電廠1百萬千瓦機組采用本技術實施供熱改造，將鍋爐引風機與增壓風機合并，采用背壓機驅動，乏氣用來工業供熱，并可回熱至機組除氧器，以適應熱負荷變化。改造后，風機效率由50%左右提高至80%以上，降低廠用電率1.2％，額定工況下廠用電率小于2.3%，達到同類機組國際領先水平。按照北侖電廠現有發電量計算，每年可增加上網電量約6000萬度，實現收益超過2200萬元。由于消除了原有的供熱節流損失，機組平均供電煤耗減少約2克/千瓦時，每年節省標煤約10000噸。

3.2鍋爐煙氣余熱利用技術

◆鍋爐排煙熱損失約占鍋爐熱損失的80%左右，排煙溫度每升高15～20℃，鍋爐熱效率下降1%。◆合理利用鍋爐排煙余熱是發電廠節能的重要途徑。◆鍋爐煙氣余熱利用：目前多用于低溫省煤器加熱給水

方向：冬季采暖供熱

夏季生活熱水或加熱凝結水

以兩臺60萬千瓦機組為例，冬季采暖期先用煙氣余熱將熱網回水從60加熱到80℃，然后再由汽輪機抽汽進一步加熱到110℃送往熱用戶。煙氣從130℃降到80℃。與中壓缸排汽直接供熱相比增加收益如下表所示:

名稱

單位

數值供熱面積萬m2200供熱負荷GJ/h390.82煙氣余熱量GJ/h225需補充抽汽提供熱量GJ/h165.82少抽蒸汽t/h78.23供暖期h4000可多發電萬度6425上網電價元/kW.h0.39供暖期增加收益萬元2505非供暖期加熱凝結水低加少抽汽t/h96.15非供暖期發電時間h2000節約標準煤噸5156標煤單價元／噸1000純凝發電期增加收益萬元515.6全年總收益萬元3020.6

3.3純凝/背壓切換改造技術

所在區域熱負荷需求很大，現有供熱能力無法滿足。供熱機組承擔負荷高，低壓缸最小流量不能保證，易引起鼓風損失、葉片振動、過熱，影響設備安全。

供暖期機組若由純凝改為中壓缸背壓運行，能最大程度提高供熱能力，同時消除冷源損失，煤耗大幅降低。◆技術核心：

解列低壓缸，低壓轉子采用光軸，中壓缸背壓運行，低壓缸以微量進汽方式運行，凝汽器處于真空狀態，滿足低壓缸冷卻的要求，同時解決通過凝汽器補水、加熱除氧問題。以集團公司濮陽供熱改造項目為例，中壓缸背壓供熱收益如下：名稱單位數值原低壓缸排汽量t/h250中壓缸排汽焓kJ/kg2959.5年供熱小時數h3000年增加供熱量萬GJ/年222供熱單價元/GJ32年供熱收益萬元/年7104不供熱低壓缸排汽焓kJ/kg2522不供熱低壓缸年發電量萬kW.h/年9086銷售收入電價元/kW.h0.333不供熱發電收益萬元/年3025.6增加收益萬元4078.4

濮陽20萬千瓦機組供熱改造項目由集團電科院利用自有技術實施，主要內容包括：用引射器實現高壓抽汽可調供熱；在不動汽機本體情況下在國內首次實現“雙抽可調”供熱；國內首創純凝/背壓運行切換技術。

2011年局部改造工程發揮效益5個月，工業供熱量增加200萬GJ，非采暖期供電煤耗下降17g/kWh，結合熱、電價格調升，2011年實現當月盈利200多萬元，是濮陽電廠投產以來首次實現月度盈利。

整體改造項目完成后，預計2012年全年機組供電煤耗可以下降至280g/kWh左右(改造前310g/kWh)。實現年節約標煤6萬噸，節約燃料成本6千萬元。

3.4空冷機組排汽直接供熱技術

相對濕冷機組，空冷機組的排汽壓力、溫度和焓值都較高。直接空冷機組設計跳閘背壓高達65kPa，正常運行背壓范圍在8.5～45kPa之間，機組適應性很強，改為低真空運行后對汽輪機安全影響較小。

該技術采用汽輪機低真空運行，適當提高排汽溫度，加裝凝汽器作為一級熱網加熱器，汽輪機排汽余熱實現全部利用，相當于背壓運行。

在采暖期獲得最高發電效率的同時，還消除了空冷島風機電耗，同時能夠避免環境溫度、風向和風速變化對機組性能和穩定性的影響，解決了空冷機組冬季防凍問題。以國電電力大同二廠為例分析測算，亞臨界直接空冷機組排汽壓力40kPa，熱量約為2800GJ/h，全部用來供熱則機組發電煤耗只有約160g/kW.h，供暖期按4000小時計算，與中壓缸排汽直接供熱相比約可節約標煤6.4萬噸。

若同時利用鍋爐煙氣余熱供熱技術，則只需再增加150噸抽汽即可滿足大同市2000萬平方米的供熱需求，合計年節約標煤約11萬噸，節約成本1億元，降本增效非常顯著。

本技術適用于采暖熱負荷很大的空冷機組。集團公司北方區域多臺空冷供熱機組具備改造條件或潛力，目前正在積極穩妥地推進榆次供熱改造項目的實施。

3.5

多臺機組供熱運行方案優化技術

發電企業有多臺機組同時進行熱電聯供時，每臺機組抽汽后機組效率都會降低，抽汽低壓缸效率會降低1%左右，相當于機熱耗增加約0.4%，應進行熱負荷優化分配。◆應優先選擇小容量、低參數機組◆優先考慮空冷機組◆同類型機組，由于制造及運行狀況差別，優先選擇效率較

低的機組◆機組平均帶熱負荷，低壓缸必須保持最小通流量時，可部分

機組中壓缸背壓運行方式，其它補充加熱、純凝運行方式。

4

供熱改造一般技術原則

科學、合理地選擇抽汽供熱改造方案，體現安全改造、梯級用能、高效用能的原則，是充分發揮供熱改造項目的經濟、社會效益的前提保證。根據對國內、集團公司火電機組供熱改造情況的調研分析，總結出供熱改造的一般技術原則。4.1做好供熱改造基礎工作◆熱負荷的準確性◆抽汽參數優化◆機組選擇及熱負荷選擇優化◆供熱抽汽方案優化

4.2供汽系統優化

工業用汽壓力離散度較大，供汽母管數量的設計，應根據熱用戶對參數和流量的要求和分布、初投資、現場條件等情況，經綜合技術經濟比較確定。

4.3抽汽疏水回水點方案優化

回水點對運行經濟性有明顯影響，應選擇凝結水系統中等于回水溫度的位置；注意回水點對低壓缸最小排汽量的影響；當運行和供熱工況發生變化時應考慮熱網加熱器疏水困難的應對措施。

4.4供熱配套改造

供熱改造后，相關設備運行工況會發生改變，為確保機組經濟可靠運行，應采取相應優化改造措施。◆循環水泵（空冷島風機）：出力裕度增加，應進行相應的變速驅動改造。◆凝結水泵：凝結水泵裕度增大，電機應進行變頻改造。◆除鹽水制、供水能力：供熱改造后，由于部分供汽凝結水不能回收，應進行除鹽水制、供水能力校核，不夠應進行增容改造

。◆供熱控制：與供熱相關的控制、保護、監視均應進入機組的監控系統。◆凝結水溶氧：凝汽器補水量增加，可能造成溶氧不合格。

4.5供熱改造安全性

供熱改造對機組的安全運行會產生一定影響，改造前必須請相關單位進行安全校核。主要包括：◆汽輪機軸向推力校核◆抽汽口前末級和次末級動、靜葉強度和振動特性校核◆