350 MW超臨界空冷機組高背壓循環(huán)水供熱方案簡析

李尚華，李洪生，韓玲

(1.國網(wǎng)能源伊犁煤電有限公司，新疆 伊寧 835000;2.山東泓奧電力科技有限公司，濟南 250101)

0 引言

350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式直接空冷汽輪機，額定功率為350 MW，主蒸汽流量(額定工況)為1044.996 t/h，主蒸汽閥前額定溫度為566℃，再熱蒸汽流量(額定工況)為892.350 t/h，背壓為12.5 kPa，汽輪機熱耗為8454.4 kJ/(kW·h)，額定采暖抽汽量為480 t/h，最大采暖抽汽量為550 t/h。在常規(guī)空冷機組設(shè)計中，空冷島乏汽余熱屬于低品位熱源，直接向環(huán)境釋放會造成巨大的能源浪費，而且對環(huán)境保護也有負(fù)面影響。

1 高背壓供熱技術(shù)方案簡述

根據(jù)國網(wǎng)能源伊犁煤電有限公司(以下簡稱伊犁煤電公司)空冷機組的設(shè)計特點，制訂空冷機組直接高背壓供熱技術(shù)方案。為提高供熱能力和供熱安全性，供熱期汽輪機高背壓供熱工況運行，2臺機組采用“一抽一背”運行方式，每臺機組配置供熱凝汽器?？绽鋶u全部停運，預(yù)留幾列空冷島處于備用狀態(tài)，防止機組背壓升高。利用供熱凝汽器吸收汽輪機乏汽余熱加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，機組抽汽進行二次加熱，滿足熱網(wǎng)供水溫度要求，實現(xiàn)冷源損失全部回收。在非供熱期間切除供熱凝汽器，開啟空冷島對汽輪機排汽進行冷凝，汽輪機純凝工況運行。運行系統(tǒng)如圖1所示。

2 高背壓供熱技術(shù)在電廠的應(yīng)用

2.1 供熱凝汽器系統(tǒng)改造

伊犁煤電公司空冷機組原設(shè)計為汽輪機排汽全部進入空冷島，這部分乏汽屬于低品位熱源，直接向環(huán)境釋放浪費大量能源。為了實現(xiàn)冷源損失為零，全部回收低壓缸的排汽用來加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，增加供熱凝汽器回收排汽余熱，設(shè)計換熱面積約12000 m2、承壓0.8 MPa的不銹鋼管束。根據(jù)機組額定供熱工況下的排汽參數(shù)，設(shè)計熱網(wǎng)循環(huán)水流量和進凝汽器回水溫度。設(shè)計高背壓為33 kPa，對應(yīng)飽和溫度為71.3℃，凝汽器端差按3℃計算出凝汽器熱網(wǎng)循環(huán)水溫度。

圖1 運行系統(tǒng)

2.2 汽輪機低壓缸系統(tǒng)改造

伊犁煤電公司空冷機組汽輪機原設(shè)計背壓為12.5 kPa，而高背壓工況背壓為33.0 kPa。為了保證葉片的安全性，既要保證壓力不超過33.0 kPa，也必須保證低壓缸排汽有足夠的流量，當(dāng)壓力提高或排汽量減少，凝汽器壓力可能超過33 kPa時，低壓缸末級及次末級葉片安全性會受到威脅。設(shè)計中增加防顫振措施:增加防顫振軟件，隨時監(jiān)測運行工況防止進入顫振區(qū);一旦進入顫振區(qū)，在緊急狀態(tài)下開啟備用空冷島，使機組背壓降低、排汽流量增大，確保機組安全運行。

2.3 凝結(jié)水精處理的系統(tǒng)改造

常規(guī)機組凝結(jié)水精處理采用3×50%除鐵過濾器+3×50%高速混床處理系統(tǒng)，2臺機組共用1套混床體外再生裝置。除鐵的前置過濾器濾芯和高速混床的樹脂耐溫性不高，一般在50℃以下。伊犁煤電公司規(guī)劃建設(shè)2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組的配套鍋爐為超臨界直接空冷直流爐，給水水質(zhì)要求高，凝結(jié)水需全部進行精處理。該機組在冬季供熱工況下長期運行在背壓33.0 kPa下，凝結(jié)水溫度達(dá)到71.3℃，常規(guī)的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)無法正常運行，需根據(jù)機組實際運行情況對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進行耐高溫優(yōu)化設(shè)計。選擇新型凝結(jié)水精處理前置過濾器濾芯和耐高溫80℃以下的高速混床耐高溫樹脂;優(yōu)化凝結(jié)水精處理混床及內(nèi)部水冒結(jié)構(gòu)、膠板材料，避免出現(xiàn)混床漏水及壓差增高等問題;優(yōu)化設(shè)計再生系統(tǒng)配置和運行指標(biāo)，滿足直流鍋爐對水質(zhì)的要求。每臺機組設(shè)置3臺高速混床和1套再生分離系統(tǒng)，采用1機1套再生系統(tǒng)運行耐高溫樹脂，其樹脂運行周期一般在4～5 d，完全能夠滿足高背壓機組對凝結(jié)水精處理樹脂失效再生的要求，實現(xiàn)樹脂的循環(huán)利用。

2.4 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)改造

根據(jù)機組實際情況，空冷機組直接采用高背壓供熱方式運行時，要求供熱面積不小于1250萬m2，方能取得較好的經(jīng)濟效益。設(shè)計新上2臺供熱機組，由于供熱面積的限制，采用“一抽一背”的方式運行，一臺機組高背壓供熱方式運行，另一臺機組按抽凝方式運行，進行調(diào)峰操作。熱網(wǎng)循環(huán)水供熱管道初步設(shè)計為DN 1200mm，設(shè)計循環(huán)水流量為11000t/h，最大為12000t/h。而實際高背壓供熱方式運行時，如果回水溫度在50℃以上，則要求熱網(wǎng)循環(huán)水量不低于13000 t/h，否則就不能把低壓缸排汽熱量全部帶走，影響末級葉片的安全性。因此，在不改變原有供熱設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用DN 700 mm的管道就近并聯(lián)部分供熱區(qū)域，增加熱網(wǎng)水流量。

2.5 給水泵汽輪機的系統(tǒng)改造

給水泵汽輪機采用單獨凝汽器，原設(shè)計背壓為4.9 kPa，此部分熱量如果不回收，則損失熱負(fù)荷約為51MW。如果將給水泵汽輪機排汽進入供熱凝汽器，需要給水泵汽輪機排汽能夠在純凝工況低背壓和供熱工況高背壓2個工況下都能正常運行，由汽輪機廠家進行設(shè)計，要求純凝工況效率不低于82%，供熱工況效率不低于81%。

2.6 熱網(wǎng)循環(huán)泵的系統(tǒng)改造

高背壓工況新增熱網(wǎng)循環(huán)泵采用汽泵拖動，汽源選擇五段抽汽。為了保證汽泵的驅(qū)動汽源，必須保證足夠的抽汽量。在溫暖天氣，熱網(wǎng)回水溫度較低時，這部分抽汽進入首站加熱熱網(wǎng)水，造成回水溫度升高，從而排擠低壓缸排汽，影響發(fā)電，造成機組整體經(jīng)濟性下降，因此要根據(jù)天氣情況進行工況調(diào)整。

2.7 熱控系統(tǒng)改造

高背壓工況下新增供熱凝汽器及熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的電動閥門納入各自單元機組的分散控制系統(tǒng)(DCS)，采用集中控制方式，在集中控制室通過機組DCS操作員站，實現(xiàn)對所有高背壓供熱相關(guān)設(shè)備進行監(jiān)視和控制。

2.8 開式冷卻水系統(tǒng)改造

校核高背壓運行工況下開式冷卻水系統(tǒng)是否滿足要求，如不滿足，可取鄰機冷卻水，經(jīng)過冷卻加熱后再回到臨機系統(tǒng)。

2.9 安全系統(tǒng)的設(shè)計

在高背壓工況下，為保證汽輪機安全，防止越限運行造成機組末級及次末級葉片進入顫振區(qū)，需要增加防顫振報警軟件。機組出現(xiàn)非正常工況時，可以開啟備用空冷島，保證汽輪機安全。防顫振報警安全系統(tǒng)可以接入DCS或者設(shè)置單獨報警監(jiān)視器。

3 高背壓供熱技術(shù)在電廠應(yīng)用的可行性

伊犁煤電公司根據(jù)伊寧市供熱負(fù)荷存在巨大缺口的實際情況，在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用高背壓循環(huán)水供熱節(jié)能技術(shù)是十分必要的。此項節(jié)能技術(shù)改造在降低機組煤耗和減少二氧化硫、氮氧化物等廢氣排放方面能夠取得顯著的環(huán)保和社會效益，在供熱季可取得可觀的經(jīng)濟效益。

2臺機組按“一抽一背”方式運行，高背壓供熱工況、鍋爐蒸發(fā)量為1 126.4 t/h時，對外供熱量為480.3 MW，發(fā)電功率為311.5 MW，通過相鄰機組抽汽加熱，抽汽量為550 t/h時，可以把熱網(wǎng)循環(huán)水加熱到最高為109℃。2臺機組額定抽汽時最大發(fā)電量為607.9 MW，對外設(shè)計供熱量為822.8 MW，比現(xiàn)有初步設(shè)計供熱能力增加137.8 MW，可緩解伊寧市熱源緊張的局面。