传统的分散燃煤锅炉供热方式，不但能源利用 率低，而且利用方式也不合理，放弃了能够生产优 质能源（电力、热能）的能力。普通火电厂燃烧煤炭 后只产生电，在发电过程中，大量的热能（占50%~ 60%）被循环水或空气带走并排放到大气中，能源利 用率仅为30%~40%。热、电联产是1种高效利用能 源方式，其供热方式对节约资源、保护环境有重要 意义。普通热电联产方式的热效率虽然高一些 （45%左右）^{[1, 2, 3]}，但机组乏汽余热仍未得到有效利用， 本文介绍的直接空冷机组通过改造、利用机组乏汽 加热真空加热器的供热方式，减少了机组的冷源损 失，降低了厂用电率，经济、社会效益显著。 1 机组介绍

内蒙古自治区准格尔旗某化工企业自备电厂 安装2台50MW机组，各配备额定蒸发量为260t/h 的锅炉1台。 1.1 汽轮机

汽轮机为冲动式、高温、高压、双抽、直接空冷 机组，型号CCZK50-8.83，表 1为机组与热、电、冷三 联产方式有关的部分设计参数。

表 1(Table 1)

表 1 汽轮机组部分设计参数    t/h

表 1 汽轮机组部分设计参数    t/h

机组的两段抽汽分别为化工车间提供生产和 采暖所需汽源。机组第10级后设有工业抽汽口，工 业抽汽为可调式，额定压力1.05MPa，额定温度 280℃，由旋转隔板配合油动机控制工业抽汽量。 为减小转动环承受的蒸汽压力，旋转隔板采用了压 力卸载方式，可以使旋转隔板油动机设计得尽可能 小，以利于安装、检修、维护。

机组第12级后设有采暖抽汽口，采暖抽汽为不 可调式，采暖抽汽额定压力0.566MPa，额定温度 220℃。 2 存在的问题与改造方案 2.1 供热能力不足

电厂原设计的供热系统中，由采暖抽汽直接加 热供暖加热器。抽汽焓值为2896kJ/kg，蒸汽凝结 水焓值357kJ/kg，因此1t采暖抽汽理论上可产生的 热量为2541MJ，换算成功率为620.833MW。若按 每m²供热面积需供暖60W计算，则40t/h抽汽只能 供暖4.138×10⁵m²。这是按最大采暖抽汽量进行计算的，因此2台机组最大供暖能力只能满足约8.0× 10⁵ m²供暖面积的需求。由于化工园区城镇居民冬 季供暖需求达2×10⁶ m²，供需矛盾非常突出，急需进 行供热改造。 2.2 改造方案

经分析研究，决定在现有系统、设备的基础上 设计技改方案，采用直接空冷机组低真空间接供热 方式进行技术改造，使单机原供暖面积由约4.0×10⁵ m²增加至1.0×10⁶ m²，双机供暖面积达2.0×10⁶ m²，可 以满足供暖需求。 2.2.1 改造方法

（1）从汽轮机排汽装置后的排汽管道上打孔 接管，将直接空冷机组去空冷岛的排汽直接送至新 安装的供热循环水真空式加热器，加热供暖循环 水。

（2）真空式加热器内的供暖循环水温度升高 10～20℃后，再送入尖峰加热器进行加热，最后送 往热用户。

（3）尖峰加热器的加热汽源来自汽轮机的采 暖抽汽。

（4）真空式加热器汽侧与排汽装置的抽空气 系统相连。

（5）真空式加热器换热后的凝结水接至排汽 装置的凝结水热井中。

（6）尖峰加热器换热后的凝结水通过尖峰加 热器疏水泵送到除氧器。 2.2.2 改造后系统热力计算 2.2.2.1 原始数据

新蒸汽压力为8.83MPa，温度为535℃,焓3475 kJ/kg；给水压力为9.8MPa，温度为227℃，焓978kJ/ kg；100℃疏水焓357kJ/kg。改造后，机组高背压运 行期间供热系统其他热力计算原始数据见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 改造后供热系统热力计算原始数据

表 2 改造后供热系统热力计算原始数据

改造后，供热系统热力计算结果汇总见表 3。

表 3(Table 3)

表 3 改造后供热系统热力计算结果

表 3 改造后供热系统热力计算结果

供热系统改造完成后，于当年10月6日开始注 水，10月12日注水完毕（系统总注水量13086t）；注水完毕后开始了汽侧设备的试运工作。机组于当 年10月15日正式开始对外供热，10月16日系统运 行趋于正常，至供暖期结束共运行182d。供暖期间 2台机组运行，负荷分配方式为1台机组33~35MW， 另1台机组45~47MW，总负荷维持约80MW。 3.1 改造后运行情况

机组供热运行时，排汽温度65~70℃，真空 约-60kPa，采暖抽汽量基本维持在50t/h，对外供热 127GJ/h。 3.1.1 供热初期

供热初期环境温度-4~10℃，热网循环泵运行5 台，供水流量2500t/h；真空加热器循环水供、回水温 度分别为66℃、51℃，循环水从汽轮机排汽（排汽量 约68t/h）吸收的热量大约为158GJ/h；机组接带供 暖面积2.0×10⁶ m²，达到40W/m²左右的采暖能量，能 够满足用户的要求。

11月底至12月中旬，环境温度-8~3℃，热网循 环泵运行6台，供水流量2800t/h，真空加热器循环 水供、回水温度分别约为69℃、54℃，机组真空-55 kPa，循环水从汽轮机排汽（排汽量约76t/h）吸收的 热量大约为176GJ/h；采暖抽汽量维持在60t/h左 右,提供热能152GJ/h；其间每台机组空冷岛各投入 2列运转，空冷岛顺流散热片挂上防冻苫布。达到 48W/m²左右的采暖能量，能够满足用户要求。 3.1.2 供热中期

12月15日以后，环境温度进一步降低至-15~-5℃。空冷风机白天一般运行在额定转速 的35%左右；夜间则小于20%，并将1号、2号机组空 冷岛各退出1列运行，机组真空-48kPa。热网运转 8台热网循环泵，供水流量3600t/h，真空加热器供、 回水温度分别为76℃、59℃，循环水从汽轮机排汽 （排汽量约104t/h）吸收的热量大约为241GJ/h；采 暖抽汽量仍维持在60t/h左右,提供热能152GJ/h， 空冷岛逆流散热片挂上防冻苫布。达到58W/m²左 右的采暖能量，能够满足用户要求。

12月下旬至1月底，环境温度-18~-8℃。真空 加热器循环供、回水温度分别维持在80℃、59℃左 右，机组真空-40kPa，供水流量3600t/h；循环水从 汽轮机排汽（排汽量约137t/h）吸收的热量约为316 GJ/h；采暖抽汽量仍维持在60t/h左右，产生热能 152GJ/h，防冻苫布仍覆盖于散热器表面。达到65 W/m²左右的采暖能量，尖峰加热器出口水温在105~ 115℃，热用户反映供热情况良好。至1月30日，将 逆流散热面的苫布撤除。

2月上旬，真空加热器供、回水温度在73℃、 61℃左右，机组负荷80MW，真空-51~-47kPa。2 月19日，环境温度-6~0℃，停运2台供热循环泵，投 入1列空冷散热器，机组真空-60kPa，供、回水温度 63℃、55℃，真空泵运行1台。环境温度-8~6℃期 间，真空加热器供、回水温度分别为65℃、52℃，机 组真空-60kPa。 3.1.3 供热末期

3月15日至3月24日期间，环境温度-4~8℃， 机组负荷在80MW左右，真空约-65kPa.真空加热 器供回水温度分别为62℃、50℃，6台热网循环泵 运行。3月25日停运2台热网循环泵，3月28日1号 机投入2列、2号机投入1列空冷散热器运行。

3月28日至4月15日，环境温度0~15℃，机组 负荷在80MW左右，真空-65kPa以上。真空加热 器供回水温度约为60℃、48℃，热网循环泵运行4 台，供暖情况良好。

4月10日开始，电厂所在镇区换热站已经有部 分设备停运或间歇运行；4月14日开始执行白天运 行1台、夜间运行2台热网循环泵的运行方式。

4月15日以后，白天循环泵全部停运，夜间运行 1台；4月29日供暖系统全部停运。改造后经过1个 供暖期的考验，机组运行状态、供热效果良好。 3.2 效益分析

本次技术改造采用直接空冷排汽加热真空加 热器的间接供热方式属国内首创，整套供热系统设 计供热面积达2.0×10⁶ m²。

整个供热期真空加热器共利用汽轮机乏汽 386.28kt，转 化、吸 收 热 能902.35TJ，节 约 标 煤 54.141kt。供暖期间，吸收、利用排汽40t/h时，真空 加热器热效率约为60%；吸收、利用排汽60t/h时， 机组热效率约71%；吸收排汽70t/h时，机组热效率 约78%。同时，由于至空冷岛的蒸汽量减少，散热器 可以少用或整列停用，空冷风机转速的降低或停用可使厂用电率下降1.5%~2%，节能效果十分明显。

通过改造，利用汽轮机的排汽余热成功实现了 对外供热，提高了能源的综合利用率和机组的热效 率，经济效益、社会效益显著。 3.3 建议

通过调研发现该电厂所处化工园区、城市周边 新区的开发建设及旅游行业发展迅猛，周边餐饮、 酒店、洗浴及住宅的热水用户逐渐增多，而热水生 产企业的设备及产能不能满足城市扩建需求，热水 销售市场供不应求。因此，该电厂可以考虑利用直 接空冷机组的排汽、锅炉连排、除氧器排汽及锅炉 尾部烟气等废热，开展热水的生产、销售工作^{[4, 5, 6]}。

目前国家鼓励发展热、电、冷三联产方式，这种 方式在减少发电冷源损失的同时，可进一步提高热 能的利用程度，机组热效率至少在66%以上(能源综 合利用率最高可达85%左右)。该电厂也可以考虑 应用溴化锂吸收式制冷技术，将剩余去空冷岛的排 汽作为吸收式制冷机组的工作蒸汽，生产6~8℃的 冷水，用于空调或化工生产工艺冷却用水等，实现 冷、热、电的三联产，继续提高企业生产技术的先进 性和经济效益^{[7, 8, 9]}。 4 结语

近年来，国家一直在鼓励节能环保技术的发展 与应用，而我区城镇周边地区的直接空冷发电企业 有很多，如果都进行真空加热器供热技术改造，充 分利用余热，既可增加机组供热面积，又可减小发 电厂用电率，经济效益和社会效益将十分巨大。