理性看待现有大中型火电机组供热改造

理性看待现有大中型火电机组供热改造

陈维薇

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071

摘要：由于大量燃煤造成煤炭资源紧张和环境污染，国家发改委决定将大中型火电机组改造为供热机组，既可以取代众多分散供热的小锅炉，也能节约能源从而改善环境质量，具有较好的节能环保效益。目前世界各地均将发展热电联产集中供热作为改善环境、节约能源的有效措施。

关键词：火电机组；供热改造

热电联产是能同时解决发电、采暖、用汽的高效环保的电力生产方式，但大量新建热电项目会受到电力建设总量的制约。为解决这一难题，将部分城市和工业区周边的现役发电机组改造为供热机组是一项较好的选择，因为在现有机组基础上改造，既可提高供热能力，又不会增加电力装机规模，按照以热定电方式运行，提高能源利用率，也可减少城市环境污染。

1.改造的必要性与可能性

近年来，由于火力发电大量燃煤带来的环境污染问题不断凸显，火电行业发展艰难，火电机组经营形势日趋严峻。而热电联产机组与常规的纯凝式机组相比，既能提高能源利用率又可以减少排放，保护环境，是火电厂提升企业经济效益、实现节能减排的一项重要手段。将现有的纯凝式汽轮机组改造为供热机组是实现热电联产最为快捷和有效的方法。据计算，如果电网区域具备供热改造条件的纯凝发电机组被全部改造，预计可实现的采暖能力，相当于新建一百台300MW采暖供热机组。由于增加了供热能力，取代众多分散的小锅炉，从而可以提高能源利用效率，与改造前相比，在发相同电量情况下，既使不考虑替代小锅炉的节煤量，每年仍可节约标煤约千万吨，并可大大减少上万吨SO2的排放。因此纯凝式火电机组供热改造电厂受益，社会亦受益，可谓利国利民。纯凝机组供热改造是当前缓解我国部分城市和工业园区热力需求的一个便捷方法，也是火电企业缓解经营困难局面从而转型升级、持续发展的有效手段，对促进当前节能减排工作也有明显的积极作用，应当大力推进和实施。

另一方面，将我国城市周边具备供热改造条件的现役纯凝发电机组改造为供热机组，在技术上是可行的。如将现役电厂中125MW及以上的纯凝机组进行供热改造，可以采用在中压缸或冷段抽汽的方案进行采暖抽汽、工业抽汽的供热改造（必要时增设背压机），也可以采用从中低压缸导汽管抽汽的方案进行工业用汽供热改造。供热改造方案的选择可因地制宜，应综合热负荷需求、机组状况、运行状况等具体情况，通过全面综合的技术经济论证来确定。目前已有一大批火电厂改造为了热电厂。

随着我国节能减排工作的不断推进，在国家有关政策的鼓励和支持下，将满足条件的现役机组供热改造工作当作当下热电联产的重点工作，积极推进，已经势在必行。

2.纯凝汽轮机组供热改造的方式

纯凝汽轮机组供热改造的基本原则是在对经济性影响较小的情况下，应用新技术尽可能保留现有设备，即汽轮发电机组的基础不动，各轴承座及轴承跨距保持不变，高中压外缸及低压外缸不换，汽轮机与发电机连接方式和位置不变；机组主、再热门及与外缸保持不变。改造方式可以分为两大类，一类是对汽轮机组重新进行设计改造，专门设计一路抽汽用来供热，一路是以现有抽汽进行供热。细分有以下方法：

中低压连通管抽汽法。对于大型机组，可以采用中低压联通管供热抽汽，在汽轮机结构不发生变化的基础上，在汽轮机中低压联通管上安装蝶阀（运行时保持最小开度），增加了一套抽汽供热管道系统，以及凝结水回水管道，投资不大，简便易行，机组灵活性较好，但要注意连通管的振动问题，抽汽量对叶片安全可靠性的影响，可能出现参数与供热需求匹配不尽合理的现象，并且仍存在较大冷源损失。在抽汽量较大的情况下，用该方法改造效果较好，一般用于采暖抽汽。该方法适用于100MW以上超高压或亚临界纯凝式汽轮机的供热改造。

低真空供热法。对于小型机组，可以采用降低排汽真空度法。适当提高机组排汽背压，将纯凝汽机组或抽凝机组改成低真空运行，使用循环水供热。其基本原理是降低凝汽器的真空，从而提高汽轮机的排汽温度，使凝汽器循环水有较高温度，直接作为采暖用水为热用户供热，同时要对管网进行适配性改造，热网水要回收乏汽余热。这个方案可以使冷源损失降低至零，改造简单易行，投资小。但是背压的选择需要谨慎，提高背压会对机组的功率、轴系的振动、运行的安全可靠性和凝汽器产生一定的影响。根据热负荷的大小，对热网的循环水量也有要求。凝汽式机组改为低真空运行时，通常都在冬季低真空下运行，而在其它季节恢复纯凝工况运行。该方法是将凝汽器变为供热的循环水加热器，因此需要另行设计改造，以满足强度和换热的要求。

高背压供热法。将凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，将叶片拆除与重装或双转子互换（机型不同、要求不同，改造方法也不相同），其他设备及系统进行适配性改造（包括凝汽器、给水泵汽轮机、凝结水精处理系统、开式冷却水系统、轴封冷却器、抽真空系统等），原有循环冷却水系统退出运行，直接利用排汽来供热。这种方法从根本上改变了汽轮机的热力工况，省掉了凝汽器，回收全部乏汽余热，完全没有冷源损失，供汽量较稳定，与凝汽式汽轮机相比背压式汽轮机组的能源利用率高，但是蒸汽没有完全膨胀做功，发电效率低。同时，当热负荷变化时调整起来不方便，因为背压式汽轮机的特点是以热定电，电负荷随热负荷的变化而变化，所以该方法只适应于热负荷比较稳定的情况。在热负荷不稳定的情况下，不宜进行这种改造。该方法一般用在避免暂时关停的小机组上。

压力匹配器法。利用喷射原理，高压蒸汽高速通过喷嘴引射汽轮机的部分抽汽和排汽，使之压力提高，来满足各种不用蒸汽压力需求的用户。在驱动汽入口安装调节阀，用来控制匹配器供汽量。用压力匹配器改造大型凝汽机组为供热机组的优点是改造工作量小，系统简单可靠，对通流部分安全性相对影响小，机组本体基本上可以不改变，供热参数灵敏稳定，调节范围大，在机组滑参数运行过程中可以稳定供热，参数不变。除了利用高压缸、低压缸排汽供热外，还可以作回热抽汽器的抽汽供热。缺点是噪声比较大。

其他方法。低压光轴供热。在供热期将低压转子换成光轴，对中低压连通管进行改造，将中压排汽用于供热，电负荷影响较大，类似的有切除低压缸进汽供热；吸收式热泵供热。增加吸收式热泵泵组，以抽汽作为高温热源，循环水作为低温热源，驱动热泵，加热热网水，对机组运行方式有一定影响；汽轮机旁路供热方式。将部分主蒸汽旁路至高压缸排汽，但是要注意锅炉再热器超温、汽轮机轴向推力超限等问题。

通过以上纯凝机组供热改造方法的分析可以看出，每套改造方案都有相应的优缺点，不同容量的机组，不同的热负荷需求，不同的工期考量、经济考量，需要制定不同的最适合自身要求的供热方案，不宜盲目开展与实施，要理性分析，要综合比较，结合当地能源发展规划和城市发展定位，因地适宜。

3.结语

将纯凝式汽轮机组改造为供热机组具有良好的经济效益、环保效益和社会效益。当前形势下，为谋求转型升级和持续发展，符合条件的大中型火电机组适时开展供热改造势在必行，但改造方案要结合实际，理性分析，因地制宜，不可盲目开展。

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