300 MW純凝機組電廠供熱改造工程

丁巧芬

（南京蘇夏工程設計有限公司，南京 210036）

3 00MW純凝機組為中型發(fā)電機組，它配有效率比較高的煙氣除塵脫硫裝置，它的機爐煤耗和發(fā)電汽耗都比較低，但與600MW和1 000MW大型發(fā)電機組相比，它的各項性能指標仍有存在一定差距。電廠為了提高經(jīng)濟效益，降低發(fā)電能耗，部分電廠依據(jù)自身實際狀況對發(fā)電機組實施了熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)改造，取得了顯著的經(jīng)濟和環(huán)保效果。筆者結(jié)合自己參與數(shù)十臺300MW純凝發(fā)電機組供熱改造的工程設計，剖析一個300MW黃金供熱工程的設計。該機組汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、雙缸〈高中壓合缸〉雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機，型號為N 300—16.7/537/537，銘牌出力為300MW，主汽門前蒸汽額定壓力為16.7MPa(a)。

主汽門前蒸汽額定溫度為537℃，工作轉(zhuǎn)速為3 000 r/m in，額定背壓為5.39 kPa(a)〔20℃水溫〕，額定工況下給水溫度為274.8℃，回熱級數(shù)為三高、四低一除氧，VWO工況〔調(diào)節(jié)閥全開〕下蒸汽流量為1 025 t/h（最大進汽量），額定工況下凈熱耗為 7 942 kJ/kW·h，額定工況（THA）蒸汽流量為 918 t/h，額定工況下發(fā)電機功率為300 065 kW。該汽輪機在純凝工況下低壓缸排汽量為544 170 kg/h，高壓缸、中壓缸、低壓缸、各缸抽汽主要供高加、低加、除氧器鍋爐給水加熱用汽，機組本體未設可供供熱的抽汽口。

1 機組供熱改造的原則

1.1 確保機組安全可靠運行

1.1.1 機組本體通流部分無需任何改造

根據(jù)多個電廠改造設計經(jīng)驗，機組供熱改造時其機組本體通流部分不作任何改造，只需更換中壓缸至低壓缸之間的連通管，在連通管上接出供熱抽汽管道，并在連通管上設置抽汽壓力調(diào)節(jié)閥來控制抽汽壓力。同時在連通管和抽汽管道上設置壓力平衡波紋管補償器、安全閥和止回閥等安全控件。以上改造內(nèi)容，通過電廠與汽輪機廠家簽訂機組供熱改造技術(shù)協(xié)議，并由汽輪機廠家負責設計供貨。

機組供熱在高排、中排抽汽后，高排與中排排汽壓力會有所降低，高壓缸葉片應力將會增加，汽輪機機頭端推力將會增大，經(jīng)過計算及供熱電廠經(jīng)驗，通常增加的應力和推力都在允許值的范圍之內(nèi)，所以機組在抽汽供熱后運行是安全的。

1.1.2 控制高排和中排抽汽量

對供熱重要參數(shù)如壓力、溫度和供熱蒸汽流量都集中于主廠房控制室原DCS系統(tǒng)的監(jiān)控中，另外還設有機組安全保護設施，對高排和中排供熱抽汽量加以控制，使之不超過廠家規(guī)定的抽汽量。從而確保機組的推力和葉片應力在允許范圍內(nèi)。

1.2 確保供熱的可靠性

1.2.1 熱源系統(tǒng)切換調(diào)節(jié)方便和運行可靠

在大多數(shù)情況下增設2臺壓力匹配器與相應的2臺汽輪發(fā)電機組匹配運行，而且這二臺壓力匹配器可以互為備用，同時利用廠內(nèi)已有的減溫減壓器作為壓力匹配器的在線熱備用，從而確保了供熱的可靠性。

1.2.2 壓力匹配器進口熱源相互連通

在多數(shù)情況下壓力匹配器進口的驅(qū)動蒸汽和低壓蒸汽在供熱站的進口都已相互連通，在任何不利工況下，壓力匹配器都有可靠的供熱汽源。

1.3 節(jié)能

合理利用蒸汽能源，根據(jù)用戶用熱參數(shù)（壓力、溫度）及輸送距離，可采用分級供熱。

1.3.1 抽汽直供

對電廠鄰近或用汽參數(shù)低的用戶，可采用中排抽汽直接供給，以避免減溫減壓造成的蒸汽能源損失。

1.3.2 采用壓力匹配器供熱

廠內(nèi)已有的減溫減壓器僅作為備用熱源，對離電廠較遠或用汽參數(shù)較高的熱用戶，可采用高排中壓抽汽，通過壓力匹配器提升中排低壓蒸汽壓力，以滿足熱用戶對蒸汽參數(shù)的要求。把原來未利用的中排低壓蒸汽利用了，因此，在同樣的供熱量下，減少了高排中壓蒸汽量，減少了機組供熱后所犧牲的發(fā)電量，增加了熱化發(fā)電量，從而提高了電廠整體效益。

1.4 節(jié)省工程投資

對廠內(nèi)已有的供熱設備如減溫減壓器，雖然節(jié)流減壓能源利用不合理，但可以作為主要供熱設備壓力匹配器的備用設備，這樣可以減少主要設備的數(shù)量，降低供熱工程費用。

廠內(nèi)新建的供熱站，需要供電、供水和縮空氣等，在總圖布局時應盡量將供熱站布置在主廠房附近，充分利用主廠房的電源、水源和氣源，以節(jié)省電纜、儀表和管道等費用。

1.5 環(huán)境保護

電廠內(nèi)實施供熱改造新增加的供熱熱網(wǎng)對環(huán)境并無多少污染，供熱管道排放的啟動疏水可就近排到廠內(nèi)下水管網(wǎng)內(nèi)。對噪音較大的壓力匹配器供熱設備可采用室內(nèi)布置，窗戶采用雙層窗，墻體設置隔音材料，可將噪音對環(huán)境的影響降低到最小。

2 熱源設計

2.1 熱源設計的原則

（1）合理利用蒸汽熱源。盡量選用低參數(shù)蒸汽供熱，抽汽可選用中排抽汽、高排熱段或冷段再熱蒸汽抽汽作為供熱熱源，盡量避免選用高壓蒸汽通過減溫減壓供熱，盡量減少供熱后所犧牲的發(fā)電量。

（2）選擇的熱源應能滿足熱用戶對汽量、汽壓和汽溫的要求。

（3）選定的高排、中排抽汽點接口位置應與汽輪機廠家共同商定，盡量減少接汽點對機組的推力。

2.2 供熱熱源

300MW純凝機組對外供熱可取的熱源主要有2個，一個是中排抽汽，即從中壓缸至低壓缸連通管道上打孔抽汽，依據(jù)已改造的300MW機組經(jīng)驗，中排抽汽量約為150～200 t/h。中排抽汽壓力隨發(fā)電負荷變化而變化，壓力約為0.6～0.8MPa（a），排汽溫度約為315～330℃。另一個是抽高壓缸排汽作為供熱熱源，可從冷段抽，也可以從熱段抽。冷段抽汽量一般控制在45～50 t/h（機組汽缸通流部分不作修改），抽汽壓力隨發(fā)電負荷得變化而變化，壓力一般在3.4～3.8MPa，從熱段的抽汽量一般為100～120 t/h,抽汽壓力比冷段壓力低約10%。

2.3 供熱系統(tǒng)

2.3.1 對供熱系統(tǒng)設計的要求

（1）應能滿足各種不同蒸汽用戶的用汽流量、壓力和溫度要求。

（2）確保供熱的可靠性和連續(xù)性，在機組檢修、故障、不同發(fā)電負荷下均能滿足各個熱用戶對用汽流量、壓力和溫度要求。

（3）合理利用能源，根據(jù)熱用戶用汽參數(shù)、距離電廠供熱站的遠近、用汽的要求、經(jīng)過供熱方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，確定是否按蒸汽參數(shù)分等級供熱方式。

（4）優(yōu)化供熱系統(tǒng)設計，在熱源抽汽參數(shù)、供熱要求蒸汽參數(shù)合適的情況下優(yōu)先采用壓力匹配器供熱方案，盡量減少節(jié)流熱損失，從而提高蒸汽的能源利用效率。

2.3.2 供熱系統(tǒng)的選擇

供熱系統(tǒng)是熱源的心臟，供熱系統(tǒng)設計的是否正確合理，直接關(guān)系到供熱的安全及經(jīng)濟運行。供熱系統(tǒng)一般應根據(jù)高排和中排抽汽參數(shù)，用戶要求的蒸汽參數(shù)、輸送的距離及用汽的特點來確定，歸納起來有4種供熱方式：

（1）采用中排抽汽直接供熱。此種方式適用于用汽壓力不高、輸送距離較近的熱用戶供熱。但是中排抽汽壓力會隨著機組發(fā)電負荷和總進汽量降低而降低，在機組額定發(fā)電負荷、總進汽量為918 t/h時，中排抽汽壓力約為0.76MPa(a)；在機組額定發(fā)電負荷為70%、總進汽量為650 t/h時，中排抽汽壓力約為0.54MPa(a)；由于受抽汽壓力的限止，此法只適用電廠附近的低壓蒸汽用戶。此種供熱方式，只消耗在低壓缸的發(fā)電量，節(jié)能效果好。

（2）采用高排抽汽直接供熱。此法適用于用汽壓力較高及輸送壓降降壓后任能滿足直接供熱的用戶。一般采用高排冷段抽汽，壓力約為3.6MPa(a)。為了防止鍋爐再熱器超溫，高排冷段再熱蒸汽抽汽量一般控制在45 t/h以下。在不同發(fā)電負荷下，高排冷段抽汽溫度較平穩(wěn)，約為320℃。若高排抽汽供熱量超過45 t/h，可采用熱段抽汽供熱，熱段再熱蒸汽最大抽汽量可達100～120 t/h，熱段抽汽壓力比冷段低10%左右，熱段抽汽溫度約為537℃。采用高排熱段再熱蒸汽直接供熱，需設置減溫器，當溫度減到280～300℃后開始供熱，產(chǎn)生的二次蒸汽量為155%～20%。

（3）采用減溫減壓器供熱。汽源可采用熱段再熱蒸汽抽汽，熱段允許的抽汽量大、溫度高、經(jīng)減溫后還能產(chǎn)生約15%～20%的二次蒸汽量。減溫減壓器供熱蒸汽參數(shù)應根據(jù)蒸汽用戶用汽參數(shù)、輸送距離和終端用戶的要求，通過水力計算和溫降計算來確定。減溫減壓器減壓采用的是蒸汽節(jié)流手段，它把本來具有膨脹作功能力的高壓蒸汽通過節(jié)流使之無法做功，能源利用不合理。減溫減壓器技術(shù)成熟、安全、可靠，一般作為熱備用。

減溫減壓器也可采用冷段再熱蒸汽抽汽作為汽源，但冷段抽汽量小，這部分蒸汽又未經(jīng)鍋爐再熱器再熱，煙氣余熱未被充分回收。

（4）采用壓力匹配器供熱。壓力匹配器是提高低壓蒸汽壓力的專用設備，采用的是蒸汽噴射技術(shù)，它的工作原理是利用中壓蒸汽或高壓蒸汽作為驅(qū)動蒸汽，通過噴嘴噴射產(chǎn)生高速氣流將低壓蒸汽吸入而將低壓蒸汽的壓力和溫度提升，滿足熱用戶用汽參數(shù)要求。

3 應用實例

江蘇南通天生港電廠現(xiàn)有300MW中間再熱純凝式汽輪發(fā)電機組（型號為N 300-16.7/537/537）4臺，現(xiàn)已將1＃和2＃機組改造為抽凝式供熱機組。在額定工況下，這兩臺機組的供熱量為100 t/h，這兩臺機組已于2009年投用，供電煤耗降低13 g/kW。取得了較好的經(jīng)濟效益、節(jié)能效益、環(huán)境效益和社會效益。

該廠采用壓力匹配器供熱。壓力匹配器汽源及輸出蒸汽參數(shù)：驅(qū)動蒸汽采用高排冷段再熱蒸汽，在額定發(fā)電工況下，壓力為3.7MPa(a)，被抽吸中排低壓蒸汽參數(shù)（在額定發(fā)電工況下）壓力為1.05 MPa(a)，溫度為370℃，供熱輸出壓力為1.2MPa（G），溫度為330～340℃。壓力匹配器驅(qū)動蒸汽、低壓蒸汽、輸出蒸汽用量分別為（在額定發(fā)電工況）45 t/h、55 t/h和100 t/h。由于南通天生港電廠采用了南京蘇夏工程設計有限公司的長輸熱網(wǎng)專有技術(shù)，已把熱網(wǎng)供熱半徑擴大到25 km。壓力匹配器送出的蒸汽溫度為310～330℃，由于是長輸熱網(wǎng)，因此供熱站未設減溫器。

供熱運行按單元制運行,2臺壓力匹配器與相應的機組采用單元制連接，為了使2臺壓力匹配器熱源能相互切換，在供熱站設有低壓蒸汽聯(lián)箱，1＃機和2＃機中排抽汽可在低壓聯(lián)箱相互連通。這樣系統(tǒng)調(diào)節(jié)、切換更加靈活和方便。根據(jù)供熱負荷，2臺壓力匹配器可一用一備，也可同時運行。在2臺壓力匹配器滿負荷運行時，該電廠已留有減溫減壓器可作為熱備用。

在供熱分汽缸上，對供熱系統(tǒng)重要參數(shù)如壓力、溫度、壓力匹配器的進口的驅(qū)動蒸汽流量、低壓蒸汽流量、分汽缸出口的供熱蒸汽流量的采集已全部集中到主控室相應機組的DCS系統(tǒng)監(jiān)控中。

供熱站在設計時應將其布置在主廠房附近，這樣可以使用主廠房內(nèi)的汽源、電源、氣源和水源，從而節(jié)省工程建設費用。該廠的供熱站距離主廠房距離約80m。

4 結(jié)語

300MW機組經(jīng)熱電聯(lián)產(chǎn)改造后，經(jīng)計算在200 t/h供熱負荷下，該廠每年可減少向大氣排放煙塵量約4 000～51 760 t；減少SO2排放量約1 190～6 455 t；減少灰渣排放量約2.2×104～5.3×104t，取得了顯著的節(jié)能和減排效益，降低了發(fā)電單耗。因此，對城鎮(zhèn)實施集中供熱，對于中小型電廠而言，是一個提高能效，降低發(fā)電成本的好方法。

[1]葉濤.熱力發(fā)電廠（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2006.