300MW级空冷机组高背压供热改造分析

300MW级空冷机组高背压供热改造分析

摘要：在空冷凝汽式火力发电厂中，汽轮机排汽在空冷凝汽器中

被冷却而凝结成水，这部分热量通过空气与空冷凝汽器热传递散发到

大气中，产生冷源损失。这种冷源损失是造成汽轮机组循环热效率低

的一个主要原因，如果将这部分冷源损失加以利用，会极大提高汽轮

机组的循环热效率。[1]为实现国家提出的节能要求，提高北方地区机

组供热能力，本文介绍了300MW级空冷机组高背压供热基本概念及设

备改造，并且从安全性、经济性两方面分析了高背压供热改造技术。

关键词：300MW 空冷供热机组高背压

1、前言

国内50MW、100MW、200MW抽汽凝汽机组，结构设计及控制模式都比较成熟。随着近些年节能减排工作力度的不断加大，高耗能、污染严重的小火电逐步关停，供热压力也随之增大。目前我国300MW级机组成为供热主力机型，部分600MW级

机组也开始承担供热任务。在已建成的机组上进行技术改造，通过增加抽汽量来

实现对外供热是一个较为合理的改造方案。由于300MW级机组的热力系统比较复杂，改造为供热机组或增加供热能力后，对其控制及运行的要求更为严格，特别

是空冷机组由于其用空冷岛来冷却排汽，冬季运行时需考虑防冻需求，中间抽汽

量受到限制，不仅供热能力无法大幅提升，并且形成的冷源损失也较大。

空冷机组与常规湿冷凝汽式机组相同，汽轮机排汽在（空冷）凝汽器中被冷

却而凝结成水，同时冷却介质被加热，其热量最后散发到大气中，产生冷源损失。这种冷源损失是造成汽轮机组循环热效率低的一个主要原因，如果将这部分冷源

损失加以利用，会大大提高汽轮机组的循环热效率。汽轮机高背压循环水供热就

是为了利用汽轮机的冷源损失而发展起来的一项节能技术。在空冷供热机组的基

础上新增加一台供热凝汽器接引汽轮机排汽，汽轮机提高背压运行，供热凝汽器

内的乏汽饱和温度相应升高。通过供热凝汽器的热网循环水冷凝乏汽同时吸收这部分损失的热量以满足用户采暖要求。[2]高背压循环水供热将原来排入自然界的热量回收利用，达到增加机组供热能力、节约能源、提高汽轮机组经济效益的目的。

2、300MW级空冷供热机组现状

300MW级供热机组在国内的开发、应用较早，投运业绩较多，是目前国内成熟的、单机容量最大的供热机组，也是目前供热的主力机型。山西太原第一热电厂五期工程2×300MW机组是国内首台最大工业抽汽湿冷机组，工业抽汽压力

0.8~1.3MPa，抽汽量250t/h。2006年12月15日内蒙古包头第二热电厂(以下简称“包头二电厂”)2×300MW工程3号机组——国内第一台300MW直接空冷采暖供热式机组(东方汽轮机厂)投产，2006年12月22日太原第二热电厂六期

2×300MW工程1号机组直接空冷采暖供热机组(上海汽轮机厂)投入运行，2006年、2007年冬季均带满采暖供热负荷运行。这两个电厂供热机组的投运，标志着我国300MW供热机组从湿冷机组成功跨越到空冷机组。2008年3月国电怀安电厂2×330MW直接空冷机组投入运营，2011年12月华电鹿华电厂2×330MW直接空冷机组投入运营。300MW级空冷采暖供热式机组逐渐成为成熟、可靠的产品。

3、300MW空冷机组高背压供热改造技术的提出及分析

3.1 300MW空冷机组高背压供热技术的提出

一般情况下，50MW以下的热电联产机组采用可调整抽汽或背压机组供热，100MW及以上机组基本采用抽凝式供热。抽凝式供热机组与背压式机组在供热运行工况下的发电煤耗相差100g左右。背压式机组或低真空循环水供热机组与抽凝式机组相比，其供热经济性根本的差异在于：背压（或低真空循环水供热）机组在供热工况下运行时，其冷源损失全部被利用，而抽凝式机组只有部分抽汽被用于供热，汽轮机排汽份额有所减少，但这部分排汽仍存在较大冷源损失。高背压供热机组是近年为适应北方采暖供热而出现的改造型机组，大都是由纯凝或抽凝式机组经改造而成。该供热方式于20世纪80年代出现在我国东北地区，而后逐步发展到华北地区。机型涉及纯凝、抽凝式，机组容量等级涵盖6～150MW。迄

今为止，对于150MW以上的大型机组和非落地轴瓦机组特别是空冷机组，国内、国外汽轮机高背压循环水供热改造和成熟运行的先例还比较少，国内、国外这方面的研究也较少。因此，提出对300MW级空冷机组进行相应改造，以使300MW级空冷机组既满足高背压运行的要求又实现高背压供热以节约能源和增加机组供热能力的目的。

3.2高背压供热的技术可行性

高背压供热（低真空循环水供热）是将汽轮机低压缸排汽压力提高，从而使排汽温度提高，加热进入汽轮机凝汽器的热网循环水，满足供热的温度需要。也就是使凝汽器成为供热系统的热网加热器，充分利用机组排汽的汽化潜热加热热网循环水，将冷源损失降为零，提高机组的循环热效率。[3]采用该方法供热是在不增加机组规模的前提下，增加了供热量，回收冷源损失，增大供热面积。

300MW空冷机组一般排汽温度在54～84℃，其对应的背压在15～55kPa。300MW 湿冷机组的排汽背压一般不能超过18.6kPa，不适应高背压运行的要求。但是300MW直接空冷机组的背压变化幅度完全适应高背压运行的要求。而热网循环水回水温度一般在50～60℃，也完全适应在高背压运行下利用乏汽余热进行供热。

4高背压供热项目设计与实施

4.1改造成功的项目实施方案

4.1.1空冷机组改造的必要性

我国北方某电厂为直接空冷机组，由于空冷机组背压高（尤其是夏季），造成机组供电煤耗较同容量湿冷机组高15-20g/kWh，使机组在竞争力及盈利能力方面均处于劣势。空冷岛乏汽余热属于低品位热源，直接向环境释放造成巨大的能源浪费，对其排放环境也会造成负面影响。空冷岛乏汽余热排放，是我国乃至世界普遍存在的问题，是极大的浪费，一台330MW机组冬季供热期空冷岛排放的热量达到148.26万GJ，造成直接经济损失达到4700多万元。

4.1.2某电厂基本改造方案