工业供热项目改造中减温减压技术方案比选

工业供热项目改造中减温减压技术方案比选

王宪红

中国电建集团核电工程有限公司， 山东济南 250102

摘要：近年来，随着社会的发展，我国的工业化发展也越来越迅速。全球气候变暖，国家重视节能减排工作，火力发电产业一直以来备受大众关注，燃煤发电机组的发展受到了限制。而发展热电联产，不仅是提高电厂热能利用率的有效措施，而且还有利于为燃煤机组争取更多的发电利用小时数。因此，实施热电联产-集中供热改造则是必然趋势。

关键词：工业供热项目改造；减温减压；技术方案比选

引言

工业部门占据我国热力消费的主体地位，工业供热占全国热力消费总量的70%以上。目前，除一些大型工业企业由自备热电厂供热外，大部分工业企业由锅炉供热。燃煤热电联产机组进行工业供热改造，替代分散式燃煤小锅炉。这不仅可有效降低污染物排放，还可提高燃煤热电联产能源利用效率，降低机组发电煤耗率，经济效益显著。实施热电联产并充分发挥热电联产机组的供热功能，降低机组煤耗，提高能源利用率，是推进节能减排最有效的手段之一。目前，已经有许多学者对工业供热改造技术进行了研究。

1重要性

热电联产是提高电厂热能利用率的有效措施，随着工业现代化不断发展，电厂进行工业供热改造是必然趋势，集中供热不仅可实现热能的梯级利用，提高热电厂的综合热效率，还可降低工业用户使用蒸汽的成本，完全符合国家“节能减排”工作规划。由于工业热用户的多样性，热电厂利用压力匹配器进行供热改造，解决了电厂单抽汽机组的双参数供热问题，得到了最佳供热运行方式。但高排蒸汽经压力匹配器减压，造成了一定的节流损失，且运行中的压力匹配器存在变工况性能差、效率低、低压蒸汽吸入少等问题。另一种发展较快的供热方式是利用高排蒸汽驱动小汽机带动电厂辅机做功，小汽机的排汽用作工业供热。此种方式不仅极大地减少了节流损失，同时降低了厂用电率。直接减温减压技术管路相对简单，改造周期短，投资少，主要费用有减温减压器费用、管道费用和电气仪表费用。该技术的主要缺点是直接将高参数蒸汽减温减压，节流损失较大，造成能源的直接浪费。抽汽压力匹配技术主要优点是用高参数蒸汽提升低参数蒸汽达到中间参数蒸汽，可以利用一部分低压蒸汽，节约能源。该技术的主要缺点是核心设备压力匹配器运行噪声较大，必须增设专用隔音罩。同时由于多了一条进口低压管道，相比于直接减温减压方案投资也稍大。背压式小汽机供热技术主要优点是降低厂用电率，减少大量高品位电能的消耗，实现能量梯级利用，提高全厂综合热效率和经济效益。同时利用小汽机驱动循环水泵，提高了供水系统运行的安全性。该技术的主要缺点是小汽机的运行方式会受对外供热热负荷变化等因素的影响，同时热力系统相比于电泵驱动方式要复杂，蒸汽参数的波动会在一定程度上影响小汽机的稳定运行。

2工业供热方案比选

厂内目前未安装减温减压装置，再热冷段抽汽参数过高，不适合直接给热用户企业供热。因此，在厂内加装减温减压装置，以实现热网系统经济、安全运行。

2.1减温减压器方案（方案1）

减温减压装置可对热源（电站或工业锅炉以及热电厂等处）输送来的一次（新）蒸汽压力、温度进行减温减压，使其二次蒸汽压力、温度达到生产工艺的要求。减温减压装置由减压系统（减温减压阀、节流孔板等）、减温系统（高压差给水调节阀、节流阀、止回阀等）、安全保护装置（安全阀）等组成。本方案若用减温减压器技术，可以选用的抽汽口有再热冷段抽汽口和再热热段抽汽口2个。由于再热热段抽汽口处蒸汽经过锅炉再热，温度已经接近主蒸汽温度，若采用热段蒸汽进行减温减压，相比较于冷段蒸汽来说不节能；同时在管道设计选材方面要考虑耐高温的合金钢，将增加改造成本，不经济。因此，采用直接从再热冷段抽汽口进行抽汽是较为合理的方案。减温水考虑从给水泵中间抽头处抽取，随着机组负荷的变化，给水泵中间抽头的压力为7.675MPa，温度在160～188℃之间。

2.2压力匹配器方案（方案2）

压力匹配器是提高低压蒸汽压力的专用设备。压力匹配器是提高低压蒸汽热压力的专用设备，由喷嘴、吸入室、混合室扩压管等部件组成。压力匹配器的基本原理就是利用高压蒸汽膨胀加速降压，将低压蒸汽引射并混合，再扩压提高到用户需要的供热参数，压力匹配器利用高压蒸汽和低压蒸汽之间的压力差，使得低压蒸汽增压到用户的工作压力。压力匹配器中装有针型调节阀，能保证用汽蒸汽压力在流量30%～100％的范围内不变。本方案若采用压力匹配器技术，则需选取不同的高压以及低压蒸汽源，通过压力匹配器，引射后满足不同流量时始端管道的蒸汽参数。压力匹配器低压蒸汽的单级升压比不能超过2.5，即输出蒸汽压力与低压蒸汽压力的比值不能超过2.5；若升压比大于2.5，压力匹配器进入极限工况，效率急剧下降。

2.3背压式小汽机方案（方案3）

排汽压力大于大气压力的汽轮机称为为背压汽轮机。排汽可用于供热或供给原有中、低压汽轮机以代替老电厂的中、低压锅炉，这样不但可以增加原有电厂的发电能力，而且可以提高原有电厂的热经济性。背压汽轮机排汽可用于供热或发电，排汽压力设计值视不同供热目的而定；背压式汽轮发电机组发出的电功率由热负荷决定，即以热定电。背压式汽轮机排汽所含的热量绝大部分被热用户所利用，不存在冷源损失，所以从燃料的热利用系数来看，背压式汽轮机装置的热效率较凝汽式汽轮机为高。若从再热冷段抽汽经过减温减压器之后外供汽，考虑到再热冷段的蒸汽参数较高，直接减温减压造成能量浪费。因此可以考虑采用背压式小汽机方案，抽取再热冷段蒸汽，然后经过小汽机进行发电，小汽机排汽用于供汽。在蒸汽流量60t/h的情况下，背压式小汽机乏汽仍需节流才能满足出口为1.5MPa，温度为320℃品质的蒸汽。在50%THA、75%THA和100%THA工况下小汽机发电功率分别为1493.85kW，862.09kW和76.3kW，供电煤耗分别下降1.36g/kWh，0.55g/kWh和0.07g/kWh。可见，小汽机的经济运行易受入口蒸汽品质的影响。另外，当外供热负荷发生变化时，也会对小汽机的稳定运行造成较大的影响。

3方案经济性分析

热电厂工业供热改造主要有减温减压、压力匹配及背压小汽机等技术。减温减压技术指从汽机引出高压蒸汽对其减温减压以达到供热参数要求，主要增设设备为减温减压器。小汽机技术指从汽机引出的高压蒸汽先进入背压小汽轮机做功发电或拖动厂内设备，小汽机排汽进行供热，主要增设设备为小汽机及减温器。压力匹配技术是利用高压蒸汽喷射产生高速气流吸入低压蒸汽，使低压蒸汽压力和温度提高，从而使其参数满足供热参数要求，主要增设设备为压力匹配器。改造可选方案有热再抽汽混合减温减压，热再中排抽汽2级压力匹配及热再抽汽进背压小汽机机发电后排汽供热3种方案。热再中排抽汽两级压力匹配方案由于引射部分低参数中排抽汽，其经济性要优于单纯热再抽汽减温减压方案；THA工况下，压力匹配方案可使机组发电煤耗下降11.47g/kWh，优于减温减压方案的11.16g/kWh。背压小汽机方案由于使高参数蒸汽先做功发电而后供热，实现了能量的梯级利用，对机组发电量影响最小，且经济性最佳，可使机组发电煤耗下降16.34g/kWh，以机组利用小时5400h计算，年节约标煤2.78万t。

结语

对比发现，压力匹配器技术在本项目中没有合适的低压蒸汽来源，不考虑采用；小汽轮机方案能源利用效率高，但运行易受主蒸汽、热负荷等外界因素波动影响，系统较为复杂，本次暂不考虑该方案。因此，选择技术方案一：采用在再热冷段抽汽管道上加装减温减压器。

参考文献

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