某超臨界600 MW可調(diào)整式雙抽供熱機(jī)組供熱經(jīng)濟(jì)性分析

曾廣斌

(江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇南京210035)

江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司響應(yīng)國(guó)家 “上大壓小”的要求，于2007年將總裝機(jī)容量405 MW的6臺(tái)小機(jī)組全部拆除，原址重建2×600 MW超臨界供熱機(jī)組。2007年5月份開(kāi)始主、輔機(jī)設(shè)備招標(biāo)，2008年2月份開(kāi)工建設(shè)。分別于2010年1月、8月通過(guò)電網(wǎng)168 h考核，脫硫、脫硝同步投入商業(yè)運(yùn)行。2號(hào)機(jī)組直到2012年9月26日才核準(zhǔn)，在此之前僅在電網(wǎng)缺電時(shí)隨時(shí)投入發(fā)電。2010年6月，1號(hào)機(jī)組開(kāi)始對(duì)外供熱，主要熱用戶為南京帝斯曼東方化工有限公司。經(jīng)過(guò)多方努力和南京市環(huán)保部門(mén)的大力支持，東方公司2臺(tái)75 t/h鍋爐先后于2011年5月16日、2011年7月4日停役，供熱量由原來(lái)的30 t/h提高到150 t/h，同時(shí)減少污染物的排放。通過(guò)機(jī)組供熱，機(jī)組煤耗降低 3～8 g/（kW·h），年節(jié)約標(biāo)煤約 2～3 萬(wàn) t。

1主要設(shè)備及技術(shù)規(guī)范

江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司2×600 MW超臨界機(jī)組的主要設(shè)備及技術(shù)規(guī)范如表1、表2、表3所示。DCS系統(tǒng)主、輔控均采用艾默生OVATION系統(tǒng)，DEH/ETS采用日立HIACS-5000M系統(tǒng)。

2中壓供熱現(xiàn)狀

江蘇南熱2×600 MW機(jī)組是目前中國(guó)首臺(tái)600 MW超臨界燃煤雙抽調(diào)整式供熱機(jī)組，機(jī)組供熱參數(shù)：中壓蒸汽 3.8～4.2 MPa，380～430℃；低壓蒸汽0.8～1.2 MPa，300～330℃。機(jī)組供熱抽汽流量按照額定中壓100 t/h和低壓100 t/h設(shè)計(jì)，最大可滿足中壓150 t/h和低壓150 t/h的抽汽供熱能力。其雙抽調(diào)整式供熱機(jī)組系統(tǒng)圖如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，雙抽機(jī)組有2個(gè)抽汽口，一個(gè)在中壓缸下部排汽口處，靠聯(lián)通管碟閥控制低壓抽汽壓力。一個(gè)在再熱器和中壓調(diào)節(jié)閥之間，靠中壓調(diào)節(jié)閥來(lái)控制中壓抽汽壓力。目前，南熱600 MW超臨界汽輪機(jī)為國(guó)內(nèi)外最大的雙抽調(diào)整式供熱機(jī)組，因此在供熱調(diào)試期間尚無(wú)成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。2010年5月31日，完成對(duì)東方公司中壓供熱管線沖管。2010年6月7日，首次進(jìn)行試供調(diào)試。2010年7月22日，1號(hào)機(jī)組正式供熱。2010年7月23日，1號(hào)機(jī)組在做中壓供熱負(fù)荷底限試驗(yàn)過(guò)程中中調(diào)門(mén)關(guān)閉被迫停機(jī)，經(jīng)東汽廠將1號(hào)汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī)油壓由11.2 MPa升高到14 MPa，中調(diào)門(mén)

表1鍋爐參數(shù)

表2汽輪機(jī)參數(shù)

表3發(fā)電機(jī)參數(shù)

參調(diào)安全系數(shù)在原有基礎(chǔ)上可增加1.27倍，中調(diào)門(mén)前后最大壓差可由1.5 MPa提高到1.7 MPa；增加再熱壓力與中調(diào)門(mén)后壓差監(jiān)控值；供熱工況下采用中調(diào)門(mén)順序閥運(yùn)行模式。

經(jīng)改造調(diào)整后1號(hào)機(jī)中壓供熱調(diào)試采用中調(diào)門(mén)順序閥調(diào)節(jié)方式是可行的，能夠提供合格的中壓蒸汽產(chǎn)品，即中壓供熱壓力達(dá)3.80 MPa以上，但惟一遺憾的就是AGC必須在420～600 MW之間變化，不能達(dá)到省調(diào)要求的360 MW低限運(yùn)行。造成中壓供熱不能在360 MW負(fù)荷運(yùn)行原因?yàn)橹姓{(diào)門(mén)實(shí)際提升力不足，與理論計(jì)算有一定的誤差。

2.1調(diào)節(jié)情況

（1）機(jī)組在啟動(dòng)、帶負(fù)荷和純冷凝工況，左、右中聯(lián)閥同時(shí)開(kāi)啟，機(jī)組采用純冷凝常規(guī)運(yùn)行方式。

（2）當(dāng)機(jī)組達(dá)到一定負(fù)荷開(kāi)始準(zhǔn)備再熱熱段工業(yè)抽汽時(shí)，中調(diào)門(mén)將采用順序閥調(diào)節(jié)方式。

（3）接受供熱指令后，再熱供熱壓力不能滿足要求時(shí)，按閥門(mén)曲線逐漸關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉的同時(shí)注意監(jiān)測(cè)再熱熱段壓力。

（4）閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程中注意監(jiān)測(cè)中壓調(diào)節(jié)閥前后壓差，當(dāng)壓差大于1.5 MPa（a）時(shí)停止關(guān)閉閥門(mén)，當(dāng)壓差超過(guò)1.7 MPa（a）時(shí)減小或停止供熱。

2.2調(diào)節(jié)特點(diǎn)

在汽輪機(jī)中壓供熱工況下，出力范圍在400～550 MW之間，采用順序閥運(yùn)行方式后，在此區(qū)間內(nèi)可將中調(diào)門(mén)開(kāi)度整體提高5%，從而避開(kāi)閥門(mén)在小開(kāi)度參調(diào)時(shí)關(guān)閉的可能；同時(shí)閥門(mén)可調(diào)范圍明顯增加，調(diào)節(jié)性能得以明顯改善。而其安全性已經(jīng)得到東方汽輪機(jī)廠相關(guān)技術(shù)部門(mén)的認(rèn)可。

南熱發(fā)電責(zé)任有限公司的主要熱用戶南京帝斯曼東方化工有限公司，其2臺(tái)75 t/h鍋爐，經(jīng)多方努力和南京市環(huán)保部門(mén)的大力支持，先后于2011年5月16日、2011年7月4日停役，供熱量由原來(lái)的30 t/h提高到150 t/h。2012年4月份公司又針對(duì)中壓供熱管道壓損大的問(wèn)題，優(yōu)化熱網(wǎng)管線結(jié)構(gòu)、增大熱網(wǎng)通流面積，目的是降低壓損。1號(hào)機(jī)組中壓熱網(wǎng)經(jīng)技術(shù)改造后，中壓熱網(wǎng)壓損減小 0.28 MPa，熱耗減少 63 kJ/（kW·h）。

圖1南熱雙抽調(diào)整式供熱機(jī)組系統(tǒng)圖

目前中壓供熱量平均在125 t/h左右，低壓供熱幾乎沒(méi)有。采用的正常中壓供熱方式：1號(hào)機(jī)組單獨(dú)供中壓供熱，2號(hào)機(jī)組的中壓供熱系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，可在需要時(shí)進(jìn)行快速切換。

3中壓供熱經(jīng)濟(jì)性分析

3.1中調(diào)門(mén)的節(jié)流損失

南熱發(fā)電責(zé)任有限公司機(jī)組在480 MW負(fù)荷時(shí)供中壓供熱130 t/h，根據(jù)計(jì)算與不供熱時(shí)比節(jié)流損失達(dá)到 60 kJ/kg左右，折算成熱耗 100 kJ/（kW·h）左右，只有當(dāng)負(fù)荷大于520 MW時(shí)節(jié)流損失才很小，因此負(fù)荷低供中壓供熱損失較大。

中調(diào)門(mén)的節(jié)流損失計(jì)算的思路。把中調(diào)門(mén)的節(jié)流過(guò)程看著絕熱過(guò)程，節(jié)流前后焓值不變，熵增加，而熵增加就意味著可做功能力的下降。通過(guò)將熵增加的數(shù)值乘上節(jié)流點(diǎn)的絕對(duì)溫度來(lái)計(jì)算節(jié)流損失。一組1號(hào)機(jī)組節(jié)流損失計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)照表如表4、表5、表6所示。

表4中調(diào)門(mén)在不同負(fù)荷下的固有節(jié)流損失

從表5數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)負(fù)荷大于520 MW時(shí)節(jié)流損失才很小，負(fù)荷低供中壓供熱損失增加幅度也越大。同時(shí)相同負(fù)荷下，供熱量越大中調(diào)門(mén)的節(jié)流損失也越大。2011年至2012年1號(hào)機(jī)組平均負(fù)荷率在80%左右，平均中壓供熱流量在125 t/h左右，從表4和表6的數(shù)據(jù)表，通過(guò)插入法可以算出因中壓供熱中調(diào)門(mén)節(jié)流增加的節(jié)流損失55 kJ/kg左右。

3.2中壓供熱對(duì)機(jī)組指標(biāo)的影響

2011年12月和2012年3月，分別做了1號(hào)機(jī)組純凝工況和供熱工況的對(duì)照性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示 （供熱工況試驗(yàn)時(shí)僅供中壓供熱，供熱流量112～122 t/h）。

表5大流量中壓供熱時(shí)中調(diào)門(mén)在不同負(fù)荷下的節(jié)流損失

表6相同負(fù)荷下中壓供熱不同流量時(shí)中調(diào)門(mén)在的節(jié)流損失

從表7中可以看出，要供中壓供熱工況在相同供熱流量時(shí)，隨負(fù)荷增加熱耗和煤耗下降幅度也隨之增加，同時(shí)以上數(shù)據(jù)也反應(yīng)出隨負(fù)荷增加節(jié)流損失逐漸減少，且在520 MW時(shí)是臨界點(diǎn)。

表7純凝/供熱工況性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照表

4提高中壓供熱經(jīng)濟(jì)性的措施

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可以得出相同供熱量下負(fù)荷越低中壓調(diào)門(mén)節(jié)流損失越大，同負(fù)荷下供熱量越大中壓調(diào)門(mén)節(jié)流損失越大，中壓缸效率下降越多。負(fù)荷越高、供熱量越大機(jī)組經(jīng)濟(jì)性越好，煤耗降低越多。從供熱的安全性要求兩臺(tái)機(jī)組并供更安全，但由于中壓供熱需要減溫，這樣在兩臺(tái)機(jī)組并供時(shí)兩臺(tái)機(jī)組負(fù)荷不同且變化時(shí)，每臺(tái)機(jī)組的供熱抽汽流量波動(dòng)較大，造成中壓供熱溫度波動(dòng)太大；同時(shí)從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)單機(jī)大流量供熱的會(huì)更好，所以目前公司采用單機(jī)供熱，另一臺(tái)機(jī)組的中壓供熱系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，在事故情況下可快速切換到鄰機(jī)供熱，最大程度地減少對(duì)熱用戶的影響。

在上述運(yùn)行方式下，要盡可能提高供熱的經(jīng)濟(jì)性，最好是穩(wěn)定供熱機(jī)組負(fù)荷在520 MW以上運(yùn)行，但江蘇省電力調(diào)度中心要求所有600 MW機(jī)組都必須投AGC運(yùn)行。可以設(shè)法向市政府爭(zhēng)取供熱機(jī)組的優(yōu)惠政策，要求用全廠負(fù)荷作為總量調(diào)整，將供熱機(jī)組的負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，用另一臺(tái)機(jī)組參與AGC調(diào)整。加大低壓熱用戶的擴(kuò)展，增加低壓供熱量，進(jìn)一步提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)束語(yǔ)

超臨界或超超臨界大機(jī)組供熱是個(gè)新課題，但卻是大勢(shì)所趨，也是隨著環(huán)保節(jié)能要求的提高，新建大機(jī)組所要面臨的一個(gè)共性問(wèn)題。超臨界600 MW機(jī)組供熱在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到熱用戶參數(shù)要求，盡量采用高排蒸汽作為中壓供熱汽源，溫度不夠可以利用壓力匹配器來(lái)抽吸少量壓力低但溫度高的蒸汽混合，或是利用汽－汽交換器的方式來(lái)提高溫度。同時(shí)也要考慮到機(jī)組運(yùn)行時(shí)可能遇到的煤種變化對(duì)鍋爐過(guò)熱器和再熱器的溫度的影響；還需要考慮供熱量變化對(duì)各級(jí)抽汽壓力和溫度的影響、對(duì)汽缸效率的影響。