热电联产机组供热技术及灵活性改造研究

热电联产机组供热技术及灵活性改造研究

摘要：在电力行业的发展以节能降耗为主的背景下，低能耗供热、供热灵活性

改造、长输低能耗热网技术成为热电联产机组供热技术发展的重要课题。本文对

目前热电联产机组供热技术进行研究，总结对比了常见的供热技术方案，分析了

供热灵活性改造、长输低耗热网技术，为降低燃煤机组集中供热能耗，合理选择

热电联产机组的供热方式和改造方案提供了指导。

关键词：热电联产机组；供热技术；灵活性改造；长输低耗热网

Analysis on Heating Supply Technology and Flexible Transformation of Combined Heat and Power Unit

Abstract：Saving energy has become a main developing trend of power industry. Against this background，heat supply with low energy consumption，flexible transformation of heat supply and long-distance heat-supply network are three important issues of heat supply technology of combined heat and power unit. This paper research different heat supply technologies and contrast the common technologies. Besides，flexible transformation of heat supply and long-distance heat-supply network technology are analyzed. This paper can offer guidance to the reasonable selection of heat supply mode and renovation scheme which can decrease the energy consumption of heat supply

Key words：combined heat and power unit；heat supply technology；flexibletransformation；long-distance heat-supply network

引言

在国家控制能源消费总量，加强节能降耗，支持节能低碳和新能源、可再生能源发展的

背景下，热电联产机组节能减排优势更加凸显。节能减排是实现我国经济社会可持续性发展

的基本国策，对于电力行业，通过热电联产机组进行集中供热是实现国家节能减排的一项重

要措施[1，2]。在我国三北地区，热电联产机组比重大，水电、纯凝机组等可调峰电源稀缺。以东北电网为例，冬季采暖期，热电机组按照“以热定电”方式运行，供热机组调峰能力仅为10%左右[3]。因调峰困难带来的后果也十分明显：一是电网低谷电力平衡异常困难，调度压

力巨大，增加了电网安全运行风险[4]；二是电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力严重

不足，弃风问题十分突出，不利于地区节能减排和能源结构转型升级[5]；三是电网调峰与火

电机组供热之间矛盾突出，影响居民冬季供暖安全，存在引发民生问题的风险[6]。因此，积

极开展热电联产机组供热技术研究及灵活性优化，提高机组的调峰能力已十分必要。

目前国内已有多家企业及多位学者专家围绕热电联产煤机组的供热技术开展研究。各主

机设备厂家都结合生产的主机设备特点推出了多种供热技术方案。以西安热工院为代表的电

科院结合工程实践提出了切除低压缸等灵活性供热改造技术。裴哲义等人提出了主蒸汽减温

减压供热等4种供热机组热电解耦方案，并分析不同热电解耦方式的风电消纳能力及煤耗水

平[7]。刘振宇对燃煤电厂回收乏汽供热的技术路线进行了研究[8]。戈志华对大型纯凝机组的

供热改造的节能收益进行了建模分析，提出了基于能量梯级利用的供热节能改进方案[9]。刘

刚分别针对供热机组及纯凝机组提出不同的灵活性改造技术路线，提出火电机组在灵活性改

造时的合理性建议[3]。

在热电联产供热技术的发展以节能降耗为主的背景下，清洁供热，灵活性改造及长输低

能耗热网水网输送技术成为热电联产机组供热技术发展的重要课题。

1常见供热技术及应用

热电联产机组供热技术种类繁多，根据技术类型分类，可以分为抽汽供热技术、背压机

供热技术、抽凝背供热技术、热泵供热技术和高背压供热技术。

1.1抽汽供热技术

目前热电联产供热机组多数采用抽汽供热，将在汽轮机内做过功的蒸汽抽出对外供热，

降低冷源损失，提高机组效率。但由于汽轮机低压缸在高速转动过程中需要有最低的冷却流量，因此并不能完全将所有蒸汽抽出，冷源损失仍然存在。抽凝式供热机组发电量不受外部

热负荷的约束，是既发电又能供应热负荷的供热机组。抽凝式供热机组主要系统如图1所示。

图1 抽凝式供热机组示意图

随着国家能源政策的调整及电厂所在地区的热负荷需求的增加，对老的纯凝机组特别是

中小容量的纯凝机组进行供热改造是提高机组循环热效率，提高机组运行经济性的重要手段。

（1）纯凝机组改供热机组的本体改造

纯凝发电机组改为供热机组的本体改造主要是抽汽供热。在凝汽式汽轮机的调节级或某

个压力级后引出一根抽汽管道，通过逆止阀、快关阀及调节阀接至热网首站加热器，并可配

置一个调压器，实现调整抽汽口压力或抽汽量的目的抽汽供热主要有三种的方式：连通管抽汽、回转隔板、汽轮机本体打孔抽汽。

（2）增加背压机的抽凝改供热本体改造

连通管上打孔抽汽时，由于抽汽压力往往高于所需求的供热压力，造成可用能的节流损失。为解决这一问题，基于能量梯级利用的原理，增加前置式背压机，将较高压力的抽汽先

做功发电后再进行供热，产生电能基本满足厂用电，同时热网循环水泵采用背压机驱动，大

大减少厂用电。华能某热电厂2×680MW机组应用此改造方案后，供热标煤耗下降27g/kWh，工程静态投资2.9亿，投资回收期3年。

1.2背压机供热

为了最大限度利用热能，提供循环热效率，背压机的蒸汽进入汽轮机膨胀做功后以高于

大气压的压力排出，该排汽对外供热，承担工业和采暖热负荷的基本负荷。背压式汽轮机取

消了回热加热器后，增加了机组发电与供热能力，但引起给水温度下降，发电煤耗升高。背

压机组盈利的条件是增加的供热量与发电量的经济附加值大于煤耗升高引起的成本费用增加。由于背压机组是以热定电，如果机组热化系数过大，在整个供热期内过多的偏离设计工况运行，反而会降低经济效益，同时随着煤耗增加，污染物排放增加。背压机供热的原理图如图

2所示。

图2 背压机供热原理图

1.3凝抽背供热技术

凝抽背是在联合循环机组基础上开发的新型机组。将汽轮机的高中压部分与低压部分通

过离合器连接，由热端带动发电机，具有凝汽、抽汽、背压3种运行功能。根据热负荷的变

化进行切换，在热负荷超过抽汽模式的供出量时，可以切除低压部分，机组按背压方式运行。该技术的优点是运行灵活，背压运行时几乎无冷源损失，但目前运行经验较少。

1.4热泵供热技术技术

汽轮机凝汽器排汽压力低（机组背压4～8kPa），冷凝温度低（20～40℃），因此余热

的特点是品位较低，达不到直接供热要求。在电厂设置热泵吸取循环水余热是实现余热利用，提高供热效率的有效方式。热泵利用汽轮机抽汽驱动可回收利用各种低品位的余热或废热，

达到节能减排降耗的目的。电厂余热回收使用的热泵包括吸收式热泵及压缩式热泵。

吸收式热泵是以蒸汽为驱动热源，溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压

真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低位余热源的热量，通过吸收剂回收热量并转换制取工

艺性或供暖用的热水。主机包括蒸发器、吸收器、冷凝器、再生器、冷凝器等所组成的热交

换的组合体，另外还包括蒸汽调节系统以及先进的自动控制系统。

压缩式热泵主要由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、制冷剂、载冷剂、制冷管路、电

气控制元件组成，是通过电力或蒸汽驱动压缩机，使制冷剂产生蒸发、冷凝循环实现热泵功

能的装置。压缩式热泵需要消耗机械功完成余热和废热的回收，可采用蒸汽驱动、电力驱动，电厂主要用蒸汽驱动。

1.5高背压供热技术

高背压供热改造技术是将凝汽器中乏汽的压力提高，即降低凝汽器的真空度，提高冷却

水温，将凝汽器改为供热系统的热网加热器，而冷却水直接用作热网的循环水，充分利用凝