简 介：随着我国热电联产事业的发展，供热机组逐渐向大型化发 展，200MW和300MW的供热机组相继投运，供热能力和经济性随之大幅提高，代表了当今集中 供热的发展方向。但大型供热机组由于结构和系统的复杂性，出现了一些如供热系统的安全 性 、机组膨胀不畅、补充水方式以及重要辅机运行的经济性等新的问题。本文就是针对这些新问题，结合运行实践进行论述和分析，提出在设计制造和实际运行中解决这些问题的措施。
关键字：供热机组 膨胀 补充水
1 前言

  众所周知，热电联产、集中供热可以大大提高能源的利用效率，为国家节约大量的能源，并 可 减少环境污染，是我国重要的节能政策和环境保护手段，在我国具有广阔的发展前景。特别是在我国的北方地区，随着经济的发展和人民生活水平的提高，生活采暖热负荷迅速增加，给热电联供机组的发展提供了良好的机遇和条件。 我国热电联供机组从单机6千千瓦逐渐发展到目前的单机最大容量30万千瓦，单机抽汽量从每小时几十吨发展到每小时600多吨，抽汽压力从几个大气压发展到几十个大气压，已形成种类齐全的供热机组系列，可以满足各种热负荷的需求。大型热电联供机组与常规的凝汽式火电机组相比，其突出特点是汽轮机设备和系统发生重大的变化，并由此产生一系列新的问题。本文仅以国产200MW和300MW供热式汽轮机为例论述之。

  2 机组膨胀不畅及启动时间长问题

  国产200MW和300MW供热机组多为高中压分缸结构，且普遍存在膨胀不畅现象，影响机组启动的经济性和调峰性能，并引发机组的振动问题。 高、中压缸的绝对膨胀死点及中压缸后猫爪支承点均在3号轴承箱处。机组启动时，转子在受热后以推力盘为相对死点，高压转子朝机头方向、中压和低压转子朝机尾方向自由膨胀；而汽缸的膨胀是受到约束的，要受到来自约束物的巨大膨胀反力：前方约束物(1、2号轴承箱的基架)通过滑块施加阻碍膨胀的朝向机尾的滑动磨擦力，后方约束物3号轴承箱直接向汽缸施加朝向机头的巨大推力，根据作用与反作用原理，3号轴承箱受到等值、反向的汽缸膨胀力，以及由此膨胀力作用点高度所决定的朝向机尾倾倒的翻倒力矩，该力矩一 方面由汽缸、转子及轴承箱的自重来平衡，另一方面由3号轴承箱与基架间的连结压板及其 压紧螺栓提供平衡反力矩。

综上所述，减少1、2号轴承箱的滑动摩擦力和增加3号轴承箱的稳定性，是保证机组启动时汽缸绝对膨胀能顺利膨胀，以及通流内部相对膨胀始终保持在允许范围内的两个重要因素， 为此，需要采用如下的基本措施：

a 提高3号轴承箱压板的连接刚度及压紧螺栓的紧力；

b 提高3号轴承箱主体的纵向结构强度；

  c 降低中压缸后猫爪在3号轴承箱枕块上施加纵向推力的作用点高度H，

  d 采用改进型滑块，避免脏物进入滑动面，对恶劣的工作环境有较好地适应性，

  e 加大箱底各滑块上油槽口的倒角，以利于槽内的润滑脂在轴承箱的滑行过程中能被顺利带入滑动体之间； f 设计选择在高温条件下性能良好的润滑脂；

  g 对中压缸的接口管道规定安装冷紧要求；

h 在中压缸供热抽汽管道上加装膨胀节。

3 机组甩电负荷安全性问题

热电联产机组甩电负荷的事故工况是对其安全可靠性最严峻的考验，原因是大机 组转子时间常数小，而供热机组甩电负荷后有害容积大，动态超速量大，如抽汽管道上阀门由于故障不能关闭时，供热系统蒸汽大量倒灌，足以引起严重超速，后果不堪设想。为此，一般采用多重冗余安全功能的设计方案，保证其可靠性。 每根抽汽管道上除按常规要求设置一个逆止阀及一个电动截止阀外，还串联一个具有快关功能的抽汽调节阀，在甩负荷时实现快速关闭抽汽系统，以尽可能减少有害容积的影响；甩负荷信号既联动抽汽快关调节阀与抽汽逆止阀快关，也联动蝶阀暂关，使高、中压缸短时闷缸，低压缸瞬间不进汽，以防止机组超速；在中压排汽口装设对空安全放汽装置，避免蝶阀因阀前升压过快重开时中排超温超压，同时为蝶阀再次开启创造条件。

4 大流量补充水对热力系统运行的影响

供热机组所供热负荷一般分为两种，一种是工业热负荷，另一种是采暖(制冷)热负荷。供采暖热负荷时，热网加热器将蒸汽冷却后的疏水全部回收，没有工质损失。供工业抽汽热负荷时，由于大量工质在供热时被消耗，回水率很小(一般为15%左右)或回水水质不合格而被排掉，因此需要补充同样数量的补充水才能保证热力系统的正常运行。 大量补充水进入热力系统一般有两种方式，一种是直接进入凝汽器；另一种是先进入低压除 氧器进行预除氧，然后再进入热力系统。

  4.1热力除氧的原理

  热力学原理表明，溶于水中的气体量与气体种类、气体在水面上的分压力以及水的温度有关，水温越高，水面上的气体分压力越低，气体的溶解度越小。当水处于沸腾状态时，水中含氧量约等于零。 常温常压下(20℃、0.1MPa)，补水的含氧量约为8800ppb，远远大于给水含氧量的上限值15ppb。大量的补水如直接与凝结水混合，将大大提高给水的含氧量，对给水回热系统设备带来严重腐蚀。所以补水必须经过充分除氧后才能进入热力系统。而稍有加热不足，水中含氧量就 大幅增加。

  4.2 补水进入低压除氧器方案

  以郑新公司300MW机组为例进行说明。补水先进入120kPa的大气式除氧器，用五段抽汽进行加热除氧，再由中继泵打入3号低加出口。在最大工业负荷工况，汽轮机低压缸流量很小，凝结水流量也很小，低压缸对应的6、7、8号低加切除，仅5号低加投入运行，补水和凝结水混合后进入5号段低加，使得5号抽汽量增加，五段抽汽的蒸汽流速为68.9m/s，5号低加出口温度达到154.1℃，从而保证高压除氧的除氧效果。 该方案是供热机组传统的补水方案，技术上成熟，对水温的高低、补水量的大小等工况适应能力较强，在大中型供热机组上已广泛应用。但由于增加低压除氧器和中继泵等，投资需增加。

4.3 补水进入凝汽器方案

该方案使补充水进入凝汽器喉部，以汽轮机排汽的汽化潜热对补水进行真空除氧。利用成熟的喷射式凝汽器设计技术和鼓泡除氧技术，在凝汽器喉部高速排汽区布置高效雾化喷嘴，补水与汽轮机排汽进行充分的混合换热，吸收排汽凝结时放出的汽化潜热，使补水达到真空状态下的饱和温度，除去补充水中的氧气。特殊情况下，补充水不能 在排汽的加热下达到完全除氧，我们可以在凝汽器热水井设备鼓泡除氧装置，以较高温度的 蒸汽对补水进行再次加热，使之达到饱和度，实现彻底除氧。 以郑新公司300MW机组为例，其排汽压力在0.004-0.018MPa，对应排汽温度为28.8-57.65℃，而补水温度为25℃，所以排汽与补水的温差为3.8-32.65℃。按最大补水量450t/h、补水最大可能温升32.65℃计算，补水最大吸热量为Q=4.1868×450×32.65=61.5×106kJ/h，所需最大加热蒸汽量为W=61.5×106/2310=26.62t/h。这一最大所需加热蒸汽量远低 于汽轮机最小排汽流量90t/h，所以凝汽器内有足够的排汽的汽化潜热加热补充水，并保证 传热端差为零，从而保证充分除氧。 在最大工业抽汽工况下，由于6、7、8号低加切除，仅5号低加运行，所以5号低加所需抽汽量增大，抽汽管道流速达到110m/s，以使进入高压除氧器的水温为154.1℃，保证高压除氧器的除氧效果。 该方案采用喷射式凝汽器设计技术和鼓泡式除氧器技术，补充水在凝汽器内进行真空除氧，在大型凝汽式机组和中小型供热机组上已普遍采用。该方案不但系统简单，投资省，而且补充水可以在凝汽器中充分吸收汽轮机排汽的废热，并增大了低压抽汽的流量，减少了能级较高的高压抽汽的流量，从而大大提高机组的运行效率，经济性较高。

  4.4结论 上述情况表明，补充水进入凝汽器比进入低压除氧器具有明显的优越性，不但投资省、系统简单，而且经济性十分优越，应是供热机组首选的补水方案。

但是，有两点需引起注意：

a 如果补充水温度过低、补充水量过大，则需要进行详细核算，综合考虑，调整鼓泡装置加热蒸汽的温度和压力，使补充水在凝汽器内实现充分的真空除氧。

  b 由于在最大工业抽汽工况下，五段抽汽的流速很大，在系统设计是要充分考虑的。

5 主要辅机设备的选型及运行

由于供热机组的特殊性，在供工业抽汽时，排汽量较小，以较小的冷却水流量即可满足运行要求，相应地，冷却塔的冷却面积以及循环水泵的容量也可减少。但是由于供热量的季节性变化，而且还要求机组在凝汽工况时能带额定电负荷运行，所以对于其辅机的运行经济性提出了更高的要求，要在各种工况下都能保持良好的经济性和可靠性。

  5.1循环水泵的选型

  国内大型机组一般每台机组配2台循环水泵，正常运行时一运一备。在冬季工业热负荷较大时，排汽量较小，同时循环水温度较低，此时仍保持一台定速循环水泵运行就很不经济。甚至一台泵供两台机组还有富余。而实际上为了保证机组的安全运行，此时仍保持每台机配一台泵运行方式，厂用电浪费很大。

为此，建议在循环水泵的设计选型时考虑如下方案：

a 每台机配一台额定容量的定速泵和一台调速泵，在夏季保持一台定速泵运行或根据真空情况启动调速泵配合运行；在冬季运行调速泵。这样，机组常年运行的经济性将大为提高。

  b一期工程两台机组的四台循环水泵出口设置母管制系统，其中两台调速泵、两台定速泵 。在冬季可以一台调速泵供两台机组冷却用水，并设置可靠的联动装置。

  5.2凝结水泵 国产大型机组的凝结水泵一般采用每台机配两台100%容量的立式多级泵。对于供热机组，在补水补入低压除氧器时，由于供工业热负荷时凝汽量较小，运行一台凝结水泵很不经济，建议采用3台50％容量的凝结水泵，提高调节的灵活性和运行的经济性。

5.3热网循环泵

热网系统运行中普遍存在如下问题：

a 采暖热负荷随季节和气温的变化而变化；

  b 热网系统的容量和规模不是一成不变的，在电厂建成后，热网系统不断发展扩大，所以在热网系统的设计时应考虑对热负荷中长期发展的适应性；

c 热网系统的运行可靠性问题。如郑州热电厂曾发生过热网系统水冲击事故，因此热网循环水泵之间不能互相联动备用影响着供热的可靠性。 这些问题的解决，要求采用调速型的热网循环水泵，以提高对负荷的适应性和运行的经济性以及可靠性。

  5.4热网加热器

热网加热器是热网系统的关键设备之一，不但要保证经济运行，更重要的是保证其运行可靠性。大型供热机组一般配备换热面积为1000m2以上的热网加热器，其经常出现的问题是管束泄漏、堵塞以及结垢等，其运行的可靠性直接与热网系统的水质、加热器的结构以及保养方式有关。

为此，建议采取以下措施：

  a 采用进行化学处理的软化水作为热网系统的补充水。郑州热电厂曾因热网系统容积大、充水时间长而将循环水作为热网补充水，结果造成热网加热器结垢、堵塞以及 泄漏十分严重，影响了供热的可靠性。

  b 正常投运热网补充水除氧器，使进入热网系统的水质不含腐蚀性气体O2，减少对热网加热器以及系统的腐蚀。

  c 在热网循环泵入口加装过滤装置，避免热网系统的脏物进入加热器内。

  d 加强热网系统的保养，在系统停运期间采取保养措施，或专门对热网加热器进行封闭式的加药保养及充氮保养。

6 结束语

尽管我国大型供热机组发展的时间不长，并且存在上述各种问题，但是我们已经在实践中积累了不少经验，基本上掌握了大型供热机组的性能和运行规律，逐步找到了解决问题的办法。所以，大型供热机组的设计制造和运行技术已基本成熟，可以满足热电事业发展的需要。