全焊接紧凑型板换热网首站的应用研究

全焊接紧凑型板式换热器

在300MW采暖供热机组热网首站中的应用研究

【摘要】本成果主要阐述了大唐灞桥热电厂针对本厂2×300MW采暖供热机组的热网系统，首次采用了板式换热器作为热网加热器，完成了属引进技术的大流量全焊接紧凑型板式热网加热器在国内300MW以上采暖供热机组上率先进行的工业化应用；围绕该应用课题对热网首站进行的系统布置和配置优化、系统完善和系统投运措施的研究，并将其研究成果成功实践，保证了该采暖供热机组热网成功投运和取得良好的使用效果，解决了机组热网系统设计优化、系统整套投运和系统完善等一系列难题，为该类型采用板式热网加热器的采暖供热机组的热网首站设备选型、系统设计、调试、投运、使用、系统完善等方面提供了成功范例和积累了经验。 【关键词】：热网加热器 研究 投运 完善

1问题背景

大唐陕西发电有限公司灞桥热电厂2×300MW热电技改工程共安装两台东方汽轮机厂生产的（C300/239-16.7/0.35/537/537-8型）亚临界、一次中间再热、双缸双排汽，具有八级非调整回热抽汽和一级可调整供热采暖抽汽的凝汽式汽轮机。本厂这两台300MW单抽供热新机组对外供应130℃的采暖热水负荷9600t/h；原有两台125MW双抽供热老机组，负担对外供应工业蒸汽负荷400t/h。

本厂2×300MW新机组由于场地布置和设备选型等综合考虑，主动放弃了技术成熟的传统的管壳式换热器，而是选择采用全焊接紧凑型板式换热器作为热网加热器。该型大流量板换属进口产品，国内供热机组鲜有应用先例，在配置、使用和运行方面没有可以借鉴的经验，在机组投产运行过程中，我厂技术人员不等不靠，积极研究并解决了碰到的一系列问题和系统隐患，使热网系统顺利投入和平稳运行，达到了令人满意的效果。现将这一过程中碰到的问题及应对措施予以总结，以供后续同类机组借鉴。 2 热网首站布置及设备配置方案的优化

热网首站的设计在集中供热系统中起着极其重要的作用，首先碰到和要解决的是设计优化问题，这对系统长期安全、高效运行具有重要意义。 2.1 独立热网首站方案 (初步设计方案)

本工程初步设计中采用了在A排外单独建设一热网首站的布置方案，其具体配置如下： (1) 热网循环水量约为9600t/h，供水温度130℃，回水温度70℃，配置4台2400t/h的循环水泵，不设备用。循环水泵采用液力偶合器调速。

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(2) 设置四台25%容量的管壳式热网加热器，不考虑备用，每台加热面积约2200m左右。 (3) 每台机组的抽汽管道分别向两台热网加热器供应加热蒸汽。疏水经疏水泵打入除氧器回收。设三台50%容量的变频调速疏水泵，两运一备。

(4) 热网回水总管上设一电动排污过滤器。循环水泵出入口之间的管道上连接旁路并装

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止回阀作为泄压管，防止停电停泵造成水击事故。 (5) 配一台大气式热网除氧器，出力200t/h。

(6) 设两台热网补水泵，一用一备。补水量按热网循环水量的2.0%考虑。本工程补水泵还作为热水系统的定压装置。当网路循环水泵停运时，补水泵仍继续补水，以维持系统所必须的静压线，保证热水不发生汽化。补水泵采用变频调速。

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(7) 设一台5.5m疏水扩容器和15m疏水箱以回收热网加热器正常运行时的排汽。 2.2 主厂房内置热网首站方案（优化设计方案）

初步设计中供热首站布置在A排外A1路以西区域，位置上存在一定问题和弊端，为达到减少厂区占地面积和管网长度，充分利用汽机房的空间，节省投资，技术人员协同设计院对热网首站设备及布置进行优化，经多方论证研究提出了最终的优化方案，即：卧式紧凑型板式热网加热器中间层布置方案。将热网首站设备按单元制配置分别布置在汽机房内8-9轴和17-18轴空间。每台机组6.3m层布置4台板式换热器，采用全焊接板式换热器，每台加热

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面积约320m，单台尺寸仅为3601×1061×1000mm。（若使用管壳式加热器，则须布置2台

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管壳式2200 m换热器，加热器直径2.4m，长度约12m，抽管束空间为9m。）考虑到板式换

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热器容量较小，为改善疏水泵的运行，又增加了20m疏水箱。具体配置如下：

主厂房内置单元制热网首站主要设备配置表 表3-2

序号 设备名称 型号及规范 单位 数量 备注 21 热网加热器 卧式全焊接紧凑型板换 320 m 台 8 2 3 4 5 6 7 8 9 热网循环水泵 热网疏水泵 热网除氧器及水箱 疏水箱 补水泵 热网除污器 手动小车和葫芦 热网管道 2400t/h 120m（带进口偶合器） 1000KW 550m 150m（变频）(450KW) 200t/h 20m 200t/h 35m 37KW 变频 5000m/h 10t 333台 台 台 台 台 台 台 t 4 6 1 2 2 2 2 300 不含阀门和补偿器

（1）热网循环水量单台机为4800t/h，供水温度130℃，回水温度70℃，配置2台2400t/h的循环水泵，不考虑最大负荷时的备用，循环水泵采用液力偶合器调速，回水各配1台5000t/h热网除污器。

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（2）单台机设置四台板式热网加热器，不考虑备用，每台加热面积约320m。

（3）每台机组的抽汽管道分别向热网加热器供应加热蒸汽，疏水经疏水泵打入除氧器回收。设3台50%容量的变频调速疏水泵，小负荷一运二备，大负荷二运一备。 （4）共用一台除氧器，补给水泵配置2台，一运一备。

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（5）各设一台20m疏水箱，可满足最大热负荷时5分钟以上储水量。

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2.3优化方案的技术比较优势

两方案投资比较，优化方案增加的投入不大，但综合以下技术比较优势考虑，我们确定采用卧式全焊接紧凑型板式热网加热器主厂房中间层布置方案，使热网首站布置达到紧凑合理、检修方便、运行稳定的目的，为系统投运打下了坚实基础。 2.3.1系统与设备调度更加灵活

对于初步设计的独立布置热网首站方案管道长，阻力损失大，新方案设备的备用量增加了，具体来说增加了2台循环水泵和3台疏水泵，以及1台100%容量的热网除污器换为2台，为板式热网加热器各增加一台疏水箱。从运行的角度来讲，设备的调度单元制更加灵活，适应负荷变化能力更强。 2.3.2布置紧凑占地面积少

老方案热网首站布置在A排外，占地面积为18m×40m，高度20m。新方案热网首站与主厂房合并布置后，在减少管线用量的同时，减少了管线的交叉，节省了A排外管线用地，有利于A排外的管线合理规划和布置，其原有占地用作热工实验室用地，改善了工作环境，体现以人为本的设计理念。

2.3.3热网首站核心设备选型更具优势

目前，国内采暖供热系统首站热网换热器有两大类：管壳式和板式。大多数管壳式热网加热器为卧式，其检修维护方便，疏水容积大，便于水位控制。立式管壳式加热器占地小，但检修起吊加热器需有足够的空间，多布置在场地受限制的厂房内，且容量不易做大。板式热网换热器在国外集中供热系统中已有使用，国内也逐步开始应用；具有传热效率高，结构紧凑，占地面积小、操作灵活、应用范围广、热损失小、安装拆卸方便、使用寿命长等特点，在相同压力降的情况下，其传热系数是列管换热器的3―5倍，占地面积为列管换热器的1/3，金属消耗量只有列管换热器的2/3，两种介质的传热平均温差可以小至1℃，热回收效率可达99%以上。

板式换热器中，全焊接板式换热器又比有密封垫板换热器在耐腐蚀性和耐交变高温性能方面更好。全焊接板式换热器（CompaBloc），是由预先冷压成型具有特殊波纹的板片，经交错叠合90度折边后经精确激光焊接形成内件，然后按照压力容器规程设计和计算，由板框组装而成。冷热两侧流体在换热器中，整体上是逆流换热，加之板片特殊结构，形成两侧高效的错/逆流传热。激光焊接无需焊料，焊层薄而精确，可显著减少热输入量，热应力可忽略，对疲劳和温度压力交变循环不敏感。

全焊接板式换热器（CompaBloc）作为热网加热器是一项革新，欧美国家自从1982年以来就开始推广使用，运行30年基本免维护，并且逐步取代了管壳式换热器。因此，板式换热器尤其是全焊接紧凑型板式换热器因其优越特性成为我们的首选。 3 热网系统使用过程中发现的问题以及改善措施

热网加热器按照设计优化方案，经招标确定采用进口品牌阿法拉伐卧式全焊接紧凑型板

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换，型号为CPK75-U-500，310.5 m，汽侧设计压力1.0Mpa设计温度250℃，水侧设计压力1.6Mpa设计温度130℃。

热网首站系统设备安装由西北电建三公司随机组建设同步完成，并与厂外东线供热系统和西线供热系统实现了汇接，整个厂内热网系统经监理、业主质量验收合格。 3.1系统整套冲洗和水侧循环

在系统投运前对外部热水网连同热网首站必须进行整体冲洗，冲洗涉及管线长、管径大，不易控制和实施，而冲洗质量的高低对保护设备和系统正常运行具有重要意义。

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为此，我们对冲洗方案反复设计论证，并进行了临时系统安装。解决了供热管线循环冲洗水源和大流量循环冲洗、大流量排放系统冲击问题，循环冲洗系统封闭和热网加热器保护问题、循环冲洗时管道振动问题等等。

冲洗共分为四个阶段： 1、热网供回水管道灌水；

2、用机组循环水系统空气门临时接出的管道向热水网回水管道进行补水，用机组热网循环泵进行循环，分别对水网系统进行冲洗；分多次进行并取样化验；

3、冲洗合格后，放净存水；

4、恢复系统，正式向热网补水，进行系统冷循环。

因热网去回水管管径大管线长，经研究采用循环水系统作为补水水源，厂内大通径雨水管作为排放点，板式热网加热器短接保护，使用热网循环泵打循环，保证了管道内水的流量和流速，从而保证了冲洗效果，满足了全焊接紧凑型板式换热器通流间隙小对水质要求高的运行条件。

3.2热网系统汽侧投运前的系统完善

在热网汽侧投运准备工作中，发现了下列系统隐患，均给予了足够重视，逐一采取措施予以消除，保证了系统的安全性和完善性。

3.2.1热网加热器入口蝶阀增设小旁路门，控制热网汽侧投入时的加热器温升率，并对加热器进行预暖，以保证缓慢温升和加热器安全投入；

3.2.2热网疏水箱增加水位高联动保护，防止疏水箱满水倒灌造成汽轮机水击事故； 3.2.3热网加热器汽侧、水侧放空气门完善，并对空排，保证不凝结气体的排除； 3.2.4热网加热器汽侧远传水位测点完善，加热器疏水箱远传水位测点完善，以便及时跟踪控制水位，这是保障加热器运行安全的主要手段；

3.2.5疏水箱增加事故放水管及其电动门，完善了安全技术手段；

3.2.6热网疏水泵增加一路闭式水作为机械密封冷却水，既保证了泵冷却效果又不污染疏水品质；并在泵出口管至高除逆止门前加装手动门，以实现检修状态或疏水不合格排污状态下的与高除的安全隔离，防止了给水水质污染的隐患，这一点尤其是新机组必须防范。

3.2.7热网疏水泵移至地下-1.6米泵坑，增加泵倒灌高度改善抗汽蚀性能；

3.2.8热网疏水泵备用和联动功能，以及变频调节等功能，一定要协调机务、电气和热工专业反复调试可靠；疏水泵运行工况恶劣，保障疏水泵长时间可靠运行对整个热网长周期安全运行具有重要意义。

3.2.9在投加热器汽侧前，做好水侧系统各法兰泄漏消除工作，并做好热网循环泵及其液力偶合器调试工作；热网循环泵一般技术较为成熟工作可靠，只要保障偶合器冷却水供给即可，故我们采用闭式水直供配置，并对冷却水气动调节阀增设了手动旁路门，增加供水安全性。

3.3热网系统整套投运后的系统完善

3.3.1管道系统支吊架检查完善

经过一段时间运行应及时检查管系位移，及时发现问题；经检查对发现的加热器出水总管等需加固的支架进行了处理；

3.3.2对热网系统集控操作画面坏点修复，压力、温度测点核对检查，疏水泵启停保护逻辑核对检查；这方面由于新机组热工千头万绪极易出现混乱，应及时组织核对；

3.3.3针对板式加热器配置疏水箱的情况，发现就地水位计失灵，更换了耐高温水位计，

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经核对远传水位测点后恢复正常功能；由此说明原配套疏水箱附件对工作温度考虑不周；

3.3.4热网疏水排污问题的完善

原热网疏水排污管接至零米供热管沟，最终至凝汽器坑集水井。当疏水水质不合格须排放时，造成供热管沟冒汽，零米能见度变的极差，污染环境且工质得不到回收；

改进措施：热网疏水排污改至疏水泵出口管除氧层段，接至连排出口管，最终至定排，既不污染环境又回收了工质；

3.3.5加了加热器蒸汽入口管至疏水箱直接平衡管手动隔离门禁操

该管常闭手动隔离门若被误开，将造成严重后果，为保证安全干脆拆掉了手轮，将来可考虑取消该管；

3.3.6加装疏水箱凝结水补水门，可实现向疏水箱灌水、补水和不正常情况下保持水位，维持疏水泵最小流量。 4 热网系统使用效果

4.1热网系统运行稳定

2×300MW机组热网首站投入使用带热负荷以来，摸索出一套安全启停、调整稳定运行的方法和经验，系统保持了安全稳定运行，各设备功能正常，达到预期效果，目前热水网供热能力完全能够满足供热需求。尤其是系统保持了长周期的安全运行，至今没有因热网设备问题或缺陷停止供热的情况出现。

单机带热负荷时，热网首站某日运行参数如下： 热网循环水流量：4600 t/h（其中东线2300 t/h） 热网补水量：57 t/h

热网供水压力：0.95MPa 热网供水温度：102.9 ℃ 热网加热器疏水温度：103.5 ℃

加热器端差<1 ℃ 当日供热量：15651.6 GJ 4.2热网加热器端差小热效率高

加热器端差在高效工况可达到<1 ℃。根据相关参考资料估算，热网加热器端差每升高1℃，影响供电煤耗0.043g/(kW.h)，按比管式换热器端差小6~8℃计算，可降低煤耗0.26~0.34 g/(kW.h)。 4.3热网投资回收年限短

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平均年供热量约： 200×10 万GJ

供热趸售单价：29元/GJ 供热成本约：22元/GJ 供热单位利润：29×(1-13%)-22=3.23元/GJ

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供热年利润：200×10×3.23=646×10 元

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投资回收年限估算：4067×10/646×10=6.3年 5 结论

实践证明，以全焊接板式热网加热器为核心的热网首站系统，在大容量采暖供热机组上应用，只要做到设计、安装、投运和使用合理得当，系统完善，完全可以发挥出以下优点： 1)总体的传热效率高（换热器冷热两侧温度端差可以做到2℃以内）； 2)运行稳定，滞留量低，加热反应速度快； 3)结垢倾向小，运行周期长，设备基本免维护； 4)结构紧凑，设备可靠性高，故障率极低。

以全焊接板式换热器作为热网加热器在大唐灞桥热电厂2×300MW采暖供热机组上的应用是成功的，热网系统运行稳定性和经济性均有良好表现，取得了预期效果。

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6 参考文献

1、大唐灞桥热电厂汽机设备手册 2008.06 2、大唐灞桥热电厂辅机运行规程 2009.08 3、加热器厂家资料 4、火力发电厂设计规范

5、火力发电厂生产指标管理手册 李青 张兴营 徐光照 中国电力出版社 2007.03

附图:热网整套冲洗系统图

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6 参考文献

1、大唐灞桥热电厂汽机设备手册 2008.06 2、大唐灞桥热电厂辅机运行规程 2009.08 3、加热器厂家资料 4、火力发电厂设计规范

5、火力发电厂生产指标管理手册 李青 张兴营 徐光照 中国电力出版社 2007.03

附图:热网整套冲洗系统图

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