杨旭昊

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂，黑龙江牡丹江 157015）

国产300MW汽轮机组小机热泵改造分析

杨旭昊

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂，黑龙江牡丹江 157015）

以华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂C250／N300-16.7／537／1537型汽轮机为例，介绍了小机热泵系统的技术特点，论述了汽轮机、气泵及热泵的技术规范，分析了热泵的经济性，针对热泵改造后存在的问题进行分析并给出了解决措施。实践证明，吸收式热泵技术是一项技术成熟、运行经济、安全可靠的热回收技术，改造后取得了良好的社会和经济效益。

汽轮机；热泵；供热量；煤耗

0 引言

华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂（以下简称牡二电厂）采用2×300MW亚临界抽汽供热机组+1台200MW超高压抽汽供热机组向牡丹江市区供热，热网首站现有8台JRB-1600型加热器、8台循环水泵、9台疏水泵、1台热网除氧器和2台补水泵。

2014年9月开始对1台300MW抽汽供热汽轮机组（＃9机组）进行2台小机热泵项目改造，该工程于2014年12月完工并正式投运。本文就改造相关问题进行分析。

1 小机热泵系统概述［1］

小机热泵系统采用吸收式热泵技术，在不增加电厂供热抽汽的蒸汽和维持原换热首站不改动的前提下，提取汽轮机组汽动给水泵乏汽潜热。小机乏汽余热利用后，加热热网循环水回水，从而达到增加供热量的目的。牡二电厂小机热泵系统主要包括蒸汽型吸收式热泵系统、热网循环水系统、小机乏汽系统、驱动蒸汽系统、疏水系统等。

1.1 蒸汽型吸收式热泵系统

蒸汽型吸收式热泵是以蒸汽为驱动源的单效吸收式热泵，其冷剂使用纯水，吸收剂使用溴化锂（LiBr）水溶液。发热时从吸收器、冷凝器产生热水。具体设备包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器，此外还有溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、蒸汽调节阀及控制盘等。

1.2 热网循环水系统

热泵系统原热网循环水系统回水通过1根DN 720mm钢管引至热泵厂房作为热泵的热媒，总流量为3000 t／h热网水回水进入2台24.5MW吸收式热泵吸收循环水中的低品质热量后，回水温度由60℃提升至74℃；在热泵出口温度不能满足热网需要时，从热泵出口的热网循环水管道引接至热网循环水泵前和大网回水进行混合，进入原系统的热网加热器进行二次加热，达到热网要求的温度后进入供水母管。

当前热网回水母管分2路分别回到＃8，＃9机组的热网循环水泵前，热泵系统热网水在＃9机组的支管上引出，考虑热泵本体、滤网及管道沿程阻力，增加1套升压泵系统，扬程为15m，流量为3 000 t／h，轴功率为180 kW。

为保证进入热泵的热网水水质达到热泵要求，在热泵的热水进口管道上增加电动滤水器，滤水器及热网循环水泵采用大旁路，当滤水器或热网循环水泵事故时，切换为旁路运行，同时启动1台原厂的热网循环水泵。

1.3 小机乏汽系统

在汽机房6.3m层，从＃9机组A，B 2台小机排汽管上分别引出2个旁路管，穿过6.3m的楼板引入到0m层空间，乏汽管道从汽机房内引出到热泵房，由于乏汽管道距热泵房热泵接口位置较远（130 m），为保持乏汽系统运行时排汽的压力，在热泵上引出1根抽真空管直接主机真空泵入口，确保乏汽在管道中的真空度。

乏汽在热泵内凝结放热后，凝结水回到主机凝汽器热井；新接乏汽管上装有电动蝶阀，在非供热季关闭阀门，乏汽进入主机凝汽器，乏汽进入热泵设计流量为30.4 t／h。

1.4 驱动蒸汽系统

＃9机组采暖抽汽经五段抽汽供给热网加热器，增设吸收式热泵后，在供热五段抽汽管路经＃9机组的B供热快关阀后引出1根管道至主厂房扩建端外，然后再引至热泵房。热泵房内布置2台吸收式热泵，该部分蒸汽作为吸收式热泵的驱动热源，将小机乏汽的热量进行回收，转为城市采暖供热。

由于驱动热泵工作的热量是从饱和蒸汽变成饱和水时释放的潜热，根据热泵的工作特性，要求进入热泵的蒸汽过热度不能太高，温度在饱和温度附近，所以在蒸汽管道上设置一个减温器，布置在汽机房0m层靠近系统接口处。其减温水来自主机凝结水，减温水温度为40℃，设计流量为2.63 t／h，考虑25%的裕量后减温水量为3.30 t／h，疏水罐内的蒸汽疏水经疏水泵打回到主机三级低压加热器（以下简称低加）与四级低加之间，疏水泵扬程为250m，启动初期疏水至热网回水管道。

1.5 疏水系统

2台热泵机组驱动蒸汽疏水汇集后进入疏水箱，经2台疏水泵变频升压后进入＃9机组＃6低加出口凝结水管道。该期工程安装2台疏水泵，1台运行，1台备用。疏水泵配套变频电机，2台热泵机组乏汽系统疏水由每台热泵自带乏汽凝结水疏水泵升压后进入＃9机组凝结水泵入口母管。

1.6 热泵的控制方式

热泵站投运后，余热利用机组带基本热负荷，另一台主机配合参与供热调峰。热泵控制系统有自动、手动2种控制方式，正常情况下采用自动控制方式，手动控制方式仅在热泵调试及处理故障时采用。控制系统具有按程序自动启停、参数设定、热水进口温度限度控制、溶液浓度限度控制、负荷自动调节、运行参数实时检测和显示、安全保护、故障自动报警、数据记忆、资料贮存等功能，可实现对热泵运行的高效和全自动控制。

2 汽轮机、汽泵、热泵设备规范［2］

汽轮机设备规范：型号，C250／N300-16.7／537／537；形式，亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、单抽凝汽式；额定功率，300 MW；额定转速，3000 r／min；主汽门前蒸汽压力，16.670MPa；主汽门前蒸汽温度，537.0℃；中压主汽门前蒸汽压力，3.220MPa；中压主汽门前蒸汽温度，537.0℃；高压缸排汽压力，3.579MPa；高压缸排汽温度，317.5℃；低压缸排汽压力，5.3 kPa；设计冷却水温度，20.0℃；最高冷却水温度，33.0℃；额定主蒸汽流量，893.15 t／h；最大主蒸汽流量，1 025.00 t／h；最大采暖抽汽量（最大负荷工况），520.00 t／h；额定采暖抽汽量，380.00 t／h；保证热耗率，7843.8 kJ／（kW·h）。

汽泵设备规范：型号，NGZ83.6／83.5／06；工作转速，5 340 r／min；自动调整范围，3 100～5 900 r／min；低压截止阀（LPSV）前蒸汽压力，0.838／0.776MPa；LPSV前蒸汽温度，331.2℃；排汽压力，6.350 kPa；额定工况汽耗率，5.365 kg／（kW·h）；额定工况效率，81.8%。热泵设备规范见表1。

表1 二级泵房设备参数

3 热泵经济性分析［3］

（1）热网循环水回水每小时吸收的热量Qrw＝cqm（t1-t2）＝4.2×2 982×（70-56）＝175 342（MJ／h），式中：c为比热容，kJ／（kg·℃）；qm为质量流量，t／h；t1-t2为温度变化量，℃。

（2）耗用驱动蒸汽每小时消耗的热量Qqd＝qm（hz-hs）＝42.5×（2 728-310）＝102 765（MJ／h），式中：hz，hs分别为蒸汽和水的比焓，MJ／t。

（3）热泵系统每天吸收的热量Qrb＝24（Qrw-Qqd）＝24×（175 342-102 765）÷1 000＝1 742（GJ）。

（4）热泵系统降低的机组供电煤耗Δb＝Qrb÷ E×Cpi＝1742 b÷5040×17.2＝5.94（g／（kW·h）），式中：E为机组日发电量，供热期日发电量按照70%负荷系数计算，则E为5040MW·h；Cpi为抽汽机组供热时的供电煤耗调整系数，kg／GJ。

（5）热泵系统新增的转机耗电影响供电煤耗。热泵系统新增加转机有：吸收式热泵2×128 kW，疏水泵2×30 kW，排水泵1×1.1 kW，热网循环水泵1×180 kW。结合设备运行情况，每天耗电量为8950 kW·h，影响厂用电率为8 950／（504×10 000）× 100%＝0.18%。热泵系统新增的转机耗电影响供电煤耗0.59 g／（kW·h）。

（6）供热期热泵系统投运减少的标煤量mgb＝（5.94-0.59）Egrt＝（5.94-0.59）×504×180÷ 1000＝4853.52（t），式中：Egr为供热期机组发电量；t为供热时间，取180 d。

（7）供热期热泵系统投运减少的燃煤成本＝4853.52×520＝252（万元），标准煤单价按520元／t计算。

4 热泵改造后存在的问题及解决措施

4.1 循环水滤网及蒸汽疏水滤网堵塞

原因分析：热泵正式投运后，循环水滤网及蒸汽疏水滤网堵塞，原因为小机热泵管路施工结束后，采用主机五段抽汽对施工管路进行吹管，此时正值机组供热期，运行中五段蒸汽压力较低，吹管效果不理想，致使热泵投运后热泵系统内的杂质堵塞滤网。

解决措施：加强对堵塞循环水滤网及蒸汽疏水滤网清扫工作，待热泵系统内热网水水质改善后更换新滤网。

4.2 机组高负荷时，热泵投运后影响机组真空度

原因分析：热泵投运的时间是每年供热期（每年10月至次年4月），为节约工程造价，热泵设计参数只考虑匹配供热期机组的平均负荷，热泵设计小机乏汽量为30 t；黑龙江电网风电装机容量已达4000余MW·h，出于网上负荷调整的需要，火电机组负荷每天高峰和低谷差很大，当机组热负荷处于高峰时，小机乏汽量超过45 t，超过热泵吸收的高限，导致热泵抽真空系统出力不足，使主机真空度降低。

解决措施：机组高负荷时，开热泵快开阀，将多余的小机乏汽排至主机凝汽器，保证热泵正常工作条件，使主机真空度不降低。

5 结束语

牡二电厂小机热泵通过3个月的试运行，证明吸收式热泵技术是一项技术成熟、运行经济、安全可靠的热回收技术。采用吸收式热泵回收小机乏汽余热的集中式供热方式与传统汽水换热方式相比较，一方面回收利用了电厂的乏汽低位余热，把原本电厂凝汽器通过循环水排放掉的热量回收并进入一次热网，电厂提供相同的热量，可以减少汽轮机抽汽，增加汽轮机的发电量，取得良好的经济效益。另一方面，通过提高循环水回水温度增加了机组供热量，丰富了提高供热效果的手段，提高了供热的可靠性，使供热这一北方城市冬季最大的民生问题得到有效解决。同时，使供热期机组煤耗大幅度降低，降低了机组的燃煤量，降低了火电企SO2，NOx等排放物的质量浓度，取得了良好的社会效益。

［1］沈士一.汽轮机原理［M］.北京：中国电力出版社，1992.

［2］陈则韶.高等工程热力学［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］李青.火力发电厂生产指标管理手册［M］.北京：中国电力出版社，2007.

（本文责编：白银雷）

TK 26

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1674-1951（2015）08-0033-03

杨旭昊（1978—），男，黑龙江牡丹江人，高级工程师，从事集控运行方面的工作（E-mail：yangxuhao2008＠163.com）。

2015-03-01；

2015-06-30