燃煤机组提升供热蒸汽参数的设计要点

杨林

摘要：在现行碳中和、碳达峰国家政策条件下，需扩大燃煤电厂的供热半径实现现行政策目标，需提高燃煤电厂供热压力及温度扩大供热半径，本文通过压力匹配器及减温减压器的优缺点对比，并参照常用燃煤机组的抽汽方案，初步提出燃煤电厂内如何满足对外供热参数要求，提出供热参数提升方案;并进行经济性对比。

关键词：燃煤机组、煤耗、压力匹配器、减温减压器、喷嘴、压力、温度

一、概述

为我国顺利完成碳中和、碳达峰目标，最近国家发改委和能源局《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》发改运行【2021】1519号文对燃煤机组提出了更高的要求和相应的改造路线。现行国家政策要求越来越高，目前现有300MW以上纯凝发电机组和供热机组面临巨大压力，为适应未来碳中和、碳达峰的要求，达到降低煤耗及减排的目标，机组供热改造和扩大供热距离寻找更多的热负荷将是现有燃煤发电机组和供热机组生存及实现1519号文的计划降低供电煤耗的首选方案。

由于大部分燃煤电厂地处偏僻，为保证能够有充足的热负荷，大部分电厂需进行远距离输送蒸汽，才能保证对外供热量，达到预期的降低煤耗率和热电比。随着供热技术的不断发展，尤其是长输热网技术和低能耗蒸汽热网技术的提出，使电厂蒸汽远距离输送成为可能，但在此情况下对电厂出口蒸汽参数提出了较高要求，需以较高参数对外实施供热，在此之前通常电厂供热改造做法为高压蒸汽直接减温减压適应对外供热参数的需求，此方式不太经济，节流损失较大;因此需考虑采用低压参数蒸汽提高压力、温度对外供热的设计方案。

二、供热参数提升改造方案

以300MW机组改造为例：

燃煤电厂如需对外供应1.2Mpa，380℃的90t/h蒸汽，通常做法为通过再热热段抽汽经减温减压达到对外供热参数的要求，此种方式采用高品质热再蒸汽经节流后损失较大，经济性不高。但如采用中压缸排汽供热，由于蒸汽压力及温度较低，参数为0.8Mpa、337℃不能满足对外使用要求，如需采用中压缸排汽供热，需提升中排抽汽的温度及压力，因此本设计方案提出采用压力匹配器方案来提高对外供热参数，利用热再高温高压蒸汽通过压力匹配器喷射抽吸中压缸排汽的低温低压蒸汽达到提升中压缸排汽抽汽的参数到1.2Mpa，380℃对外供热的目的。

压力匹配器是提高低压蒸汽参数的专用设备。其原理是利用高参数蒸汽（驱动蒸汽）通过压力匹配器内置喷咀喷射产生的高速气流，将低参数蒸汽吸入，使其压力和温度提高，而高参数蒸汽的压力和温度降低。从而使低参数蒸汽的参数满足不同用户企业的要求，利用了原来不能利用的低参数蒸汽，减少了节流损失，增加了机组发电量，达到节能的目的。

2.1减温减压器与压力匹配器优缺点对比

通过上文可以看出采用压力匹配器是提高对外供热压力及温度的有效途径。

三、压力匹配器设计技术特点

3.1压力匹配器的选择

压力匹配器是提高低压蒸汽参数的专用设备，高压气体喷射，吸入低压气体，经压缩扩压产生中压气体，达到利用低压气体、节能的目的。

通常评价压力匹配器性能的重要指标为引射系数，比如1个单位的高压气体能吸入越多单位的低压蒸汽，引射系数就越高，说明压力匹配器性能越好，节能改造效果越好。影响引射系数的主要因素为进汽压力、温度及供热流量，进汽压力和温度受机组负荷的影响不可控，但一但机组认定为供热机组后保持较高的发电负荷压力、温度正常可保持不变，因此此处影响引射系数的最重要因素就是对外供热流量了。对于压力匹配器如果外部热负荷变化频繁直接影响压力匹配器的工作效率，因此压力匹配器设计选型时需结合热负荷的波动情况，合理设置压力匹配器内置喷嘴，保证压力匹配器适应各工况下都能高效的工作，此处匹配器的内置喷嘴的设置就尤为重要。

压力匹配器内置喷嘴通常可分为单喷嘴、多喷嘴结构：

单喷嘴结构结构简单、对供热量变化适应性差，供热量变化不能保证较高的引射系数，降低了单喷嘴匹配器的使用效率;多喷嘴结构为各单喷嘴并联，其进汽原理与汽轮机的调节汽门配汽方式类似，用一根阀杆通过提板依次开启多个喷嘴的针型调节阀，在小流量时打开一个喷嘴，大流量时开启两个或三个喷嘴，保持压力匹配器喷嘴在设计引射系数下高效工作，此结构适用于流量在出口蒸汽流量在30%--100%范围内变动。

本技术方案考虑采用多喷嘴压力匹配器，在多喷嘴订货时可根据需要设置不同喷嘴的使用流量。以出口最大流量为90吨为例，压力匹配器由 A、B、C四个喷嘴组成，正常可设置A、B、C所对应的流量分别为30吨、30吨、30吨;也可优化A、B、C所对应的流量分别为10吨、30吨、50吨，此方式采用双重控制系统（管道流量控制系统与压力控制系统，流量控制采取“事前指令+事后校正”的控制模式）。本技术方案采用后者流量配置方案，此配置可进一步缩小压力匹配器适应最小流量的范围。

3.2压力匹配器的布置方式

压力匹配器布置方式通常有两种方式：卧式和立式。

立式安装布置方式占地面积小，但立式安装时考虑到匹配器运行时气流引起的振动，对平台支座及管嘴要求较高，如安装及设计不当容易造成管嘴或支架断裂;卧式安装布置方式虽需较大的空间，但卧式安装稳定性好，且考虑到压力匹配器的运行噪音，卧式安装便于隔音罩的安装，因此推荐在空间位置足够的情况下优先采用卧式安装方式。

四、节能效益对比

根据上文300MW机组供热参数及抽汽方案为例，按假定机组THA工况下发电量300MW，热耗7954.3KJ/KWh计算压力匹配器方案的节能收益。

假定对外供热量90t/h，供热参数1.2Mpa，350℃，减温减压器及压力匹配器抽汽方案如下：

减温减压器方案：热再抽汽参数3.15Mpa，538℃，抽汽量为77.5t/h;减温水参数10Mpa，180℃，减温水量为12.5t/h。

压力匹配器方案（THA工况下引射系数约为1）：热再抽汽参数3.15Mpa，538℃，抽汽量为38.6t/h;中排抽汽参数0.8Mpa，337℃，抽汽量为45t/h;减温水参数10Mpa，180℃，减温水量为6.4t/h。

根据以上计算结果，压力匹配器方案可比减温减压器方案少用热再抽汽约38.9t/h，此部分蒸汽可用于中压缸发电后从中排抽出于前序热再抽汽匹配后供热，压力匹配器方案可在机组同样的供热流量下多发电4386kw，可降低机组热耗为114.6KJ/KWh，节约煤耗为3.9g/KWh，按机组发电小时数4000小时，标煤价格700元/t计算，年可节约标煤4680吨，年节约费用约为327万元。

结论

根据以上分析及节能计算可以看出，压力匹配器在提升蒸汽供热参数有着很大的优势，对纯凝机组供热改造及节能降耗方面有着巨大的优势，完全适应国家的节能减排及碳中和、碳达峰的政策。

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