1000MW超超臨界凝汽式燃煤機組對外供熱的探討

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司 董維德

1 概述

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司共有1000MW超超臨界凝汽式燃煤火力發(fā)電機組2臺。

由上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠⒎磩幽狡啓CN1000-27/600/600（TC4F），設(shè)計額定主汽壓力27MPa、主汽溫度600℃、設(shè)計額定再熱汽壓力5.756MPa再熱蒸汽溫度600℃，末級葉片高度1146mm。該汽輪機的整個流通部分由四個汽缸組成，即一個高壓缸、一個雙流中壓缸和兩個雙流低壓缸。對應(yīng)四個汽缸的轉(zhuǎn)子由五個徑向軸承支承，并通過剛性聯(lián)軸器將四個轉(zhuǎn)子連為一體，汽輪機低壓轉(zhuǎn)子B通過剛性聯(lián)軸器與發(fā)電機轉(zhuǎn)子相連，組成的汽輪發(fā)電機總長度約為49m,高度約為9.25m，寬度約為16m。 汽輪發(fā)電機組設(shè)計額定輸出功率為1000MW，汽輪機THA工況熱耗率(正偏差為零)保證值7320 kJ/kW.h。TMCR功率為1040.586MW；VWO功率1059.974MW。

由上海鍋爐廠有限公司在引進(jìn)德國ALSTOM公司1000MW 超超臨界塔式鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合上海鍋爐廠有限公司燃用神府東勝煤的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計和制造的2×1000MW 超超臨界機組鍋爐為2955t/h超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、采用機械刮板撈渣機固態(tài)排渣的鍋爐。

整套機組由國家電力公司華東電力設(shè)計院設(shè)計、分別由上海電力安裝第一工程公司、上海電力安裝第二工程公司施工安裝。

2 技術(shù)上可行，運行穩(wěn)定

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司2臺超超臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組抽汽200t/h，在技術(shù)上是可行的，安全是有保障的。

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司2臺超超臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組鍋爐的BMCR為2955t/h，汽輪機的TMCR為2869t/h，根據(jù)上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司7號汽輪機熱力性能考核試驗報告，當(dāng)發(fā)電負(fù)荷在1000MW該汽輪機在THA工況時，主蒸汽壓力為25.919MPa、主蒸汽溫度為599.7℃、主蒸汽流量為752.982kg/s即2710.73t/h、主蒸汽焓為3484.27kJ/kg、再熱冷段壓力5.825MPa、再熱冷段溫度為362.2℃、再熱冷段焓為3082.20kJ/kg。由此計算可得：高壓缸與中、低壓缸的做功比例為：高壓缸占30%、中、低壓缸占70%。當(dāng)再熱冷段進(jìn)汽母管段抽汽200t/h時，高壓缸進(jìn)汽流量增加140t/h，則此時汽輪機的進(jìn)汽流量為2850.73t/h，小于汽輪機在TMCR工況時的流量（2869t/h），同時也小于鍋爐的BMCR工況時的流量（2955t/h）。由此可見，上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司超超臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組從再熱冷段進(jìn)汽母管段抽汽200t/h時在技術(shù)上是可行的。

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW發(fā)電機組對外供熱是在不改動汽輪機本體設(shè)備的核心部件情況下進(jìn)行。只是從再熱冷段進(jìn)汽母管抽汽至三期輔汽母管經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)后并入外供蒸汽母管。因此，可減少設(shè)備安全風(fēng)險，而且可縮短改造工期和降低改造費用。機組通過供熱改造后，在機組不供熱時，仍為原設(shè)計純凝汽工況。在對外供熱時，此時機組的高壓缸、中壓缸、低壓缸，仍以原純凝汽工況運行，而中、低壓缸則視供熱量的大小，以某個較低負(fù)荷的設(shè)計純凝汽工況運行。這種分缸變工況運行原理與我國現(xiàn)有普遍采用的同類型供熱發(fā)電機組的運行原理完全一樣，已是運行成熟、安全可靠的運行方式，且運行方式靈活。在不供熱時，機組仍可立即恢復(fù)原凝汽運行方式，性能不變。

抽汽供熱機組將背壓式汽輪機和凝汽式汽輪機的優(yōu)點結(jié)合起來，能適應(yīng)熱負(fù)荷變化的要求。大量的實際運行經(jīng)驗均驗證了抽汽供熱機組在熱負(fù)荷峰谷差較大、負(fù)荷變化較多情況下的良好適應(yīng)性。當(dāng)熱負(fù)荷變化時，只需調(diào)整抽汽量與凝汽量，就可以達(dá)到調(diào)整對外供熱量的目的。抽汽供熱機組的運行靈活性緩解了因熱負(fù)荷波動而產(chǎn)生的鍋爐負(fù)荷大幅度波動，使其維持相對較高的負(fù)荷穩(wěn)定性和設(shè)備效率，從這個意義上說，也是確保安全穩(wěn)定供熱的重要措施。抽汽供熱機組的優(yōu)點是在一定范圍內(nèi)，供熱量和發(fā)電量能獨立調(diào)節(jié)，負(fù)荷適應(yīng)性強，當(dāng)熱負(fù)荷低于設(shè)計值時，能比背壓機發(fā)揮更好的經(jīng)濟效益。

熱電聯(lián)產(chǎn)與熱電分產(chǎn)相比熱效率高30%，集中供熱比分散小鍋爐供熱效率高50%。所以要用熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱為主的方式替代分散的燃煤小鍋爐，提高熱電聯(lián)產(chǎn)在供熱中的比例，擴大供熱范圍。其核心就是熱電聯(lián)產(chǎn)熱效率比其他供熱方式要高。

3 經(jīng)濟上合理，環(huán)保效益顯著

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW發(fā)電機組對外供熱在經(jīng)濟上是合理的，環(huán)保效益也相當(dāng)顯著。

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司2臺1000MM超超臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組高壓缸出口處設(shè)計時就都預(yù)留了四個口子。除供機組起動用汽、小汽機用汽和三期用汽外，還留有專門供熱的口子，因此對外供汽無需對機組進(jìn)行改造。蒸汽在高壓缸作功后再經(jīng)過減溫減壓后通過￠300連通管向外供熱，由上海外高橋熱力公司負(fù)責(zé)調(diào)配、計量，供到各熱用戶處。

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW發(fā)電機組對外供熱后參照上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司900MW發(fā)電機組對外供熱的實際數(shù)據(jù)計算，在額定工況下：年供熱量為25.79萬t時，發(fā)電煤耗下降了2.68g/kWh，如以平均供熱量50t/h計算，全年節(jié)煤量可達(dá)2萬余t，相應(yīng)減少SO2排放423.98t，CO2排放4萬多t。與此同時，熱用戶比較自備熱源能夠得到更大的減排效果，所以，環(huán)保效益也很好。

4 安全可靠

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司自第一臺機組2008年3月、第二臺機組2008年6月投產(chǎn)商業(yè)運行至今始終保持連續(xù)的安全運行、均可達(dá)到連續(xù)的滿負(fù)荷狀態(tài)。因此從上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司作為熱源點向外供熱是非常安全、可靠的。

5 科學(xué)管理，行之有效

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司有完整的生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理班子，技術(shù)力量雄厚，管理制度齊全。已在機組投產(chǎn)前就先后訂立了汽輪機運行規(guī)程、鍋爐運行規(guī)程、電氣運行規(guī)程、安全規(guī)程、事故處理規(guī)程和巡回檢查制度。并在以后二年的商業(yè)運行過程中嚴(yán)格執(zhí)行，行之有效。

6 集中供熱的市場正在擴展中

上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司四臺300MW發(fā)電機組高再冷段抽汽量每臺20t/h，共計最高外供蒸汽量為80t/h。坐落浦東外高橋區(qū)域的上海外高橋發(fā)電廠（一、二、三廠）是上海市三大（外高橋、石洞口、吳涇）能源基地之一。體現(xiàn)現(xiàn)代化國際大都市內(nèi)的開發(fā)區(qū)都配備集中供熱設(shè)施。位于外高橋區(qū)域的外高橋保稅區(qū)（10km2），高東工業(yè)園區(qū)（12.5km2）及楊園、曹路鎮(zhèn)沿江區(qū)域，內(nèi)有許多國際、國內(nèi)大型企業(yè)已經(jīng)使用蒸汽（外高橋造船廠、英特爾、飛利浦、GE、嘉里糧油、中糧外高橋基地等）。隨著國家對城市環(huán)保要求的提高及國家對節(jié)能減排工作的強化，該區(qū)域原有企業(yè)及新落戶企業(yè)都將逐步納入電廠的集中供熱網(wǎng)絡(luò)。

離外高橋第三發(fā)電廠一路之隔的上海竹園污水處理廠是上海區(qū)域二大（白龍港、竹園）污水處理廠之一。2008年成立的上海竹園污泥處理廠是污水處理廠的后繼深化配套設(shè)施，該廠在污水、污泥處理過程中，需使用集中供熱的蒸汽，合同已于2009年簽訂。在考慮供熱的經(jīng)濟性、可靠性、安全性后，我們認(rèn)為外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司是此項目最合適、最理想、最經(jīng)濟供汽企業(yè)。

用熱企業(yè)離供熱企業(yè)距離近（2km），如從上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司或上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司向污水處理廠供熱，管道長度只增加1~2.5km，管道投資相對少，管道在運行中熱損也小，供熱經(jīng)濟性比較好。另外距離短的管道，日常運行的安全可靠性更好。

隨著城市化的擴大，城市污水排量也會不斷增加。作為上海市二大污水集中處理點之一，竹園污水處理廠也將會承擔(dān)城市排污水的增量部分，按目前竹園污泥處理廠的預(yù)留場地也將驗證以上發(fā)展趨勢，故此點的用汽量也有可能不斷增加，這對外高橋第三發(fā)電廠供汽的經(jīng)濟性，也將是趨勢性利好。

但根據(jù)對外高橋地區(qū)熱用戶用熱量的調(diào)查，現(xiàn)已簽約熱用戶61戶，常用量已達(dá)60t/h左右，目前正在商談或接觸過程中的熱用戶的用熱量約達(dá)100t/h左右（熱用戶中較大的熱用戶有：中糧、嘉里糧油二期、豹馳二期、港區(qū)等）。根據(jù)外高橋保稅區(qū)、港區(qū)、高東工業(yè)區(qū)等周邊區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r看，上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司四臺300MW發(fā)電機組現(xiàn)有供汽能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的要求，急需由上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司對外供汽。

7 科學(xué)計量，合理結(jié)算

上海外高橋熱力公司的貿(mào)易結(jié)算計量儀表定期進(jìn)行強檢，儀表正確度符合集中供熱系統(tǒng)計量要求。

上海外高橋熱力公司現(xiàn)有用汽熱用戶38家，每家熱用戶都獨立安裝了蒸汽計量儀表，并能按照蒸汽貿(mào)易結(jié)算的要求每年對熱用戶的計量儀表進(jìn)行強檢。上海外高橋熱力公司供熱管理制度完整，合同齊全，符合供熱規(guī)范。

8 結(jié)語

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司對外供熱是非常合理的。熱電聯(lián)產(chǎn)項目，既發(fā)電又供熱，發(fā)電后的蒸汽再送到熱用戶使用，實現(xiàn)了熱能的梯級利用，與熱電分產(chǎn)相比，避免了常規(guī)火力發(fā)電中的余熱損失，提高了能源利用率，因而相比純凝汽式發(fā)電可降低發(fā)電煤耗。

建議：因上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW發(fā)電機組再熱冷段壓力5.825MPa、再熱冷段溫度為362.2℃、再熱冷段焓為3082.20kJ/kg。從再熱冷段抽汽經(jīng)過減溫減壓后再供到熱用戶處使用（熱用戶正常的用汽參數(shù)一般是1.5MPa以下、300℃左右），這一段熱能損耗很大。如能實現(xiàn)熱能的梯級利用，將進(jìn)一步提高能源利用率。希望能對抽汽供熱作進(jìn)一步優(yōu)化，以爭取更大的節(jié)能減排效果。