热压机在空冷机组供热中的应用

引言

由于经济的迅猛发展和人们生活水平的不断提高,国民生产与生活对电能的需求量与日俱增,火力发电厂如雨后春笋般地一个个涌现在中华大地。然而随着经济进入新常态,电力企业产能过剩,国家环保政策又提出了高要求,面对资源和环境的双重约束,火电行业面临的形势越来越严峻,如何在现有基础上提高机组的热效率,是火电企业不得不面对的问题。目前,火电机组中热电联产供热机组的热效率要远高于纯凝机组,同时随着国家城镇化建设的加速,城市集中供暖热源短缺的问题也日益凸显,因此,利用供热来提高机组热效率,同时解决城市热源短缺的问题是一个双赢的选择。

目前主流的供热技术主要有高背压、吸收式热泵以及近年来出现的热压机技术。研究表明,三种供热技术在满足相同供热负荷的情况下,热压机技术比其他两种技术利用的乏汽量更多,对电负荷影响最少。本文主要以余吾热电有限责任公司供热扩容改造工程为例,介绍热压机技术在供热中的实际应用。

1热压机原理

热压机供热在国内电力行业应用较少,其本质上是一种引射式压缩器,它可以利用较少的高压蒸汽引射低压蒸汽,混合而得到较多的中压蒸汽。如图1所示,热压机主要由蒸汽喷嘴、混合段和扩压段等三个部分组成,动力蒸汽通过A口进入,通过喷嘴将压力转换成动能,形成超音速射流,低压蒸汽通过B口被吸入混合段,射流边界层的紊流扩散作用使得两股流体发生质量、动量及能量交换,于是动力蒸汽流体的速度不断减少,而被抽蒸汽的速度不断增大,并在混合段某一截面处渐趋一致,从而形成一股单一均匀的混合流体。在扩散段中的动能转化成压能,混合流体减速增压至一定的压力后排出热压机出口C。

图1 热压机机构

2改造方案

山西潞安余吾热电有限责任公司位于山西省屯留县境内,装机规模为2×135MW。汽轮机为两台135MW超高压、一次中间再热、直接空冷、抽凝式汽轮发电机组,配两台480t/h超高压循环流化床锅炉。

山西潞安余吾热电有限责任公司为供热机组,2006年同步建成厂内换热站,供应屯留矿采暖热负荷52MW,其中屯留矿井采暖热负荷17MW,屯留矿采暖热负荷35MW。2011年新建热网首站,按电厂的最大抽汽能力考虑,首站最大供热负荷约111MW。

供热扩容改造采用"高背压＋热压机＋热网站"的三级加热供热方案(图2),回收汽轮机乏汽余热,提高热电厂的整体供热能力。具体方案为在2号机乏汽管道开孔,将部分乏汽引至高背压凝汽器,作为一级加热:将机组原供热蒸汽引出部分作为热压机驱动汽源,带动剩余乏汽混合,进入热压机凝汽器作为二级加热:原供热加热器作为三级加热。采暖季,2号机组运行背压为30kPa,通过一级加热将55℃的热网循环回水加热至69℃,再经过二级加热,将循环水加热至84℃,最后通过三级加热,将循环水温升至100℃,供至热用户。

该系统特点如下:

(1)高、低压乏汽的梯级利用,在不增加机组抽汽量的前提下,提高了机组的供热能力。

(2)在保证供热要求的前提下,利用了汽轮机的乏汽余热,减少了机组的供热抽汽量,供热能耗降低。

(3)减少了机组的排汽损失。

3改造后的效果及收益

通过热压机改造后,余吾热电有限责任公司供热首站供热能力由原先的111MW提升到257MW,年供热量增加约90万GJ,年供热多耗煤量0.57万t,年补水量12.6万t,年耗电量305.85万kw·h,按热价27.5元/GJ,标煤500元/t,水价5元/t,电价0.35元/kw·h,折旧年限15年,残值率5%,大修理费率2%来算,年增加收入2475万元,除去每年耗水、煤、电以及折旧等费用后,每年收益约1600万元,3.5年可收回投资成本。

在取得良好经济效益的同时,也产生了积极的环境与社会效益。采用热压机供热利用余热,每年可节约6万t标煤,相当于减少so2排放量0.41万t,减少Co2排放量13.2万t,减少NoX排放量0.2万t,减少粉尘排放量0.18万t,节约能源的同时又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响,污染物排放的大量减少使得城市环境空气质量得到了改善。

4热压机改造存在的问题

热压机技术作为新兴技术,在实际应用中也存在一些问题。以余吾热电有限责任公司供热扩容改造为例,主要问题如下:

4.1噪声影响

因为热压机的本质就是一种引射式压缩器,内部的超音速汽流会产生巨大的噪声,就地实测数据,热压机本体l0m处的噪声最高可达到l00dB以上,普遍在90dB左右。随后,经过对热压机本体的隔噪材料进行更换以及对隔噪材料进行加厚处理,噪声降至90dB以下。因此,如何降低噪声,是热压机改造中应重点考虑的问题。

4.2驱动汽源压力匹配问题

热压机主要靠驱动汽源来驱动乏汽工作,当机组负荷出现大幅下降时,随着驱动汽源压力的降低,会出现乏汽管道温度异常升高的问题,导致热压机工作效率下降。因此,在热压机选型时,一定要考虑到机组的工况变化,要确定最小驱动压力,保证热压机在最低工况下也可以正常运行。

5结语

本文通过热压机技术在余吾热电供热改造中的应用,从供热技术对比、热压机原理、供热改造方案、改造效果等多方面分析了热压机技术在空冷机组供热中应用的优点及存在的问题,从环保节能降耗的角度考虑,热压机供热技术具有较明显的优势。