高寒區(qū)超臨界600?MW直接空冷機組供熱改造

范景利

摘 要：目前，我國安裝在高緯度、高寒冷地區(qū)的直接空冷機組逐漸增多，內(nèi)蒙古呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期2×600 MW超臨界燃褐煤機組屬于典型一例。由于極寒地區(qū)超臨界600 MW直接空冷機組供熱改造案例很少，因此，該文以呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期工程供熱改造為例，介紹超臨界600 MW直接空冷機組成功供熱改造投產(chǎn)運行的經(jīng)驗及改造的系統(tǒng)的相關注意事項、運行經(jīng)驗。這對超臨界600 MW直接空冷機組在極寒地區(qū)供熱改造后的運行優(yōu)化指導具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：供熱改造 系統(tǒng)設計 布置規(guī)劃 經(jīng)驗總結

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0125-03

對于極度寒冷地區(qū)，供熱問題是影響人們學習、生產(chǎn)、生活的重要因素。通過空冷機組的供熱改造，對城市用戶實施集中供熱，可以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的熱負荷需求，并且具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。在空冷機組供熱改造方面，文獻[1]提到了通過在中、低壓導汽管上開孔抽汽作為供熱蒸汽的供熱改造方案，并對一臺300 MW直接空冷純凝機組其進行了改造；文獻[2]對兩臺330 MW空冷機組抽汽成功進行了供熱改造；劉鳳友等對600 MW亞臨界空冷機組乏汽余熱回收供熱改造技術方案進行了探討，提高了機組乏汽的回收效果，降低了鍋爐供熱的燃煤量[3]。然而，目前針對超臨界600 MW機組實現(xiàn)供熱改造的經(jīng)驗并不多。孫即紅等調(diào)研了國內(nèi)幾個超臨界600 MW空冷供熱機組項目，論證了600 MW超臨界空冷供熱改造的可行性和可靠性[4]。文獻[5-6]對國內(nèi)同類機組出現(xiàn)的問題進行研究對比，探討了600 MW直接空冷機組改供熱機組方案，提出安全運行措施和節(jié)能優(yōu)化建議。文章從設計、施工、運行結果介紹極寒地區(qū)600 MW機組供熱改造的成功經(jīng)驗：以呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期工程供熱改造為例，介紹超臨界600 MW直接空冷機組成功供熱改造投產(chǎn)運行的經(jīng)驗及改造的系統(tǒng)的相關注意事項、運行經(jīng)驗。

1 供熱改造的規(guī)劃

呼倫貝爾市中心城區(qū)實現(xiàn)集中供熱存在多方面問題，加快城市集中供熱工程的建設是十分必要和迫切的。工程計劃對現(xiàn)行汽機進行改造，首站基本設計能力按照兩臺汽輪機回熱系統(tǒng)額定抽汽能力進行考慮，本期建設熱網(wǎng)首站、軟化水處理站、補給水處理設施、熱網(wǎng)管道等設施。國華呼倫貝爾電廠一期兩臺600 MW超臨界空冷機組，上汽廠負責工程改造的汽輪機本體部分，本體結構不變，中、低壓缸連通管道上增加液動蝶閥和安全閥，汽輪機本體范圍內(nèi)的膨脹節(jié)，采暖蒸汽管道上的液壓快關閥、氣動止回閥均由該汽輪機廠供貨。具體方案：汽輪機中壓缸排汽管道上打孔抽汽，引接采暖蒸汽管道。參數(shù)為：1.0 Mpa（a）/352.7 ℃，額定抽汽工況600 t/h，最大抽汽工況800 t/h。

2 工程設計

2.1 熱力系統(tǒng)

2.1.1 熱網(wǎng)首站熱網(wǎng)水循環(huán)系統(tǒng)

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的功能是將熱網(wǎng)回水經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵升壓后，送入布置在熱網(wǎng)首站內(nèi)的熱網(wǎng)加熱器，由熱網(wǎng)加熱器負責將熱網(wǎng)回水由70 ℃加熱至130 ℃，送至廠區(qū)供熱管網(wǎng)。熱網(wǎng)循環(huán)水采用母管制系統(tǒng)。熱網(wǎng)首站設置4臺容量25%的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，不設備用即可符合熱網(wǎng)要求。對調(diào)節(jié)要求，熱網(wǎng)循環(huán)水泵均采用液力耦合器，滿足不同熱負荷下的調(diào)節(jié)要求。除此之外，在4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵的入口總管上還設有一臺電動旋轉濾水器，用于除去熱網(wǎng)水中的異物。

2.1.2 熱網(wǎng)首站加熱蒸汽系統(tǒng)

加熱蒸汽系統(tǒng)采用切換母管制。每臺機組選擇2臺管殼式熱網(wǎng)加熱器，全廠共4臺，熱網(wǎng)加熱器不設備用。當任意1臺加熱器故障時，其他加熱器仍能滿足75%的最大供熱要求，符合當任何一臺基本熱網(wǎng)加熱器停止運行時，其余設備應滿足60%～75%的熱負荷需求，對嚴寒地區(qū)宜取上限要求。采暖蒸汽從汽輪機組引出后，每臺機組設一根DN1000蒸汽母管，引到熱網(wǎng)首站，分別接到2臺熱網(wǎng)加熱器。

2.1.3 熱網(wǎng)首站疏水系統(tǒng)

疏水系統(tǒng)采用切換母管制。為了使熱網(wǎng)疏水接近主機凝汽器的排汽溫度，減少熱量損失，每臺機2臺熱網(wǎng)加熱器疏水匯合后，通過疏水冷卻器，再經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥分別送到該臺機組的凝汽器。當某臺熱網(wǎng)加熱器的疏水水位達到事故水位時，這臺熱網(wǎng)加熱器解列，其疏水排至熱網(wǎng)事故疏水擴容器。

2.1.4 補水定壓系統(tǒng)

正常補水系統(tǒng)采用母管制。兩臺機組僅選用1臺大氣式除氧器，滿足熱網(wǎng)系統(tǒng)補水水質的要求。系統(tǒng)設置2臺熱網(wǎng)補水泵（兼作定壓泵），一運一備。

2.2 熱網(wǎng)首站布置

針對熱網(wǎng)首站的布置位置，設計時首先針對考慮利用主廠房現(xiàn)有空間，按照新建熱網(wǎng)首站布置在主廠房擴建端：在主廠房擴建考慮連續(xù)擴建兩檔9 m，合計長度18 m，各層標高均與主廠房相同，且考慮預留連續(xù)再擴建600 MW機組的條件，熱網(wǎng)首站占地約18 m×47.5 m，首站分三層布置。第一層布置熱網(wǎng)循環(huán)水泵、熱網(wǎng)補水泵、電動旋轉濾網(wǎng)等；第二層主要布置管道等；第三層主要布置4臺加熱器、熱網(wǎng)除氧器。

2.3 供水系統(tǒng)

該次供熱改造工程水源采用與一期工程相同水源，電廠供熱改造的水源是有保證的。根據(jù)電廠一期疏干水水源地距電廠距離，設計了14口疏干水井，一座升壓泵站，內(nèi)設3臺升壓水泵，兩用一備。從升壓站到電廠設有兩根DN400的補給水管道。原升壓泵站及補給水管道能夠滿足電廠一期及該次供熱改造工程供水需求，故該次可以利用原來設施，無需新建類似設施。由于疏干水中鐵和錳的含量超標，電廠一期工程設有原水除鐵除錳間一座，不能滿足該次供熱改造使用要求。因此，該次需新建除鐵除錳間一座，設處理容量為250 m/h的除鐵除錳設備兩套，一用一備。蓄水池利用一期既有設施，在原綜合水泵房預留的生水泵位置上再增設一臺生水泵，滿足此次供熱改造供水要求；廠區(qū)需增設部分供水及排水管道。

2.4 化學水處理系統(tǒng)

2.4.1 現(xiàn)有水處理系統(tǒng)

在現(xiàn)有鍋爐補給水處理系統(tǒng)的基礎上，超濾、反滲透系統(tǒng)出力按（2×85） t/h設計，最大可連續(xù)供給軟化水量約170 t/h。

2.4.2 全廠汽水平衡

全廠汽水平衡如表1所示。

全廠軟化水正常需水量為283.4 t/h，目前的超濾、反滲透設備的出力已不能滿足供熱后全廠需軟化水量的要求，需對超濾、反滲透設備進行擴建。

2.4.3 設備布置

目前水處理車間已無法完全滿足此次擴建設備的布置要求，需將現(xiàn)有車間向東再擴建18 m。

2.4.4 化學水處理系統(tǒng)的運行

擴建的雙介質過濾器、超濾及反滲透設備與原有系統(tǒng)內(nèi)的設備均采用并聯(lián)連接，設備運行及控制方式均與原系統(tǒng)一致。

2.5 總平面規(guī)劃布置

電廠供熱改造需新增的建筑物有：熱網(wǎng)首站、化學水處理車間、除鐵除錳間、熱網(wǎng)管架及相應的廠區(qū)地下管、溝等。熱網(wǎng)首站規(guī)劃布置。熱網(wǎng)首站布置在電廠一期工程主廠房的擴建端側，從避讓一期工程擴建端已經(jīng)施工雙柱的角度確定熱網(wǎng)首站的距擴建端柱?；瘜W水處理間在一期預留的場地上擴建。除鐵除錳間布置在熱網(wǎng)首站的西側。廠內(nèi)熱網(wǎng)管道采用管架敷設，從首站A排內(nèi)引出至升壓站方向。廠區(qū)道路及其地下設施規(guī)劃。新增廠區(qū)道路寬度4 m，電纜溝、暖氣溝的布置均采用原管溝就近引接方式。

2.6 電氣系統(tǒng)

高壓電氣接線：4臺高壓熱網(wǎng)循環(huán)水泵分別接在1、2號機組各10 kV工作母線段上。低壓電氣接線：在熱網(wǎng)首站設置380 V熱網(wǎng)首站控制中心，其電源由1、2機主廠房380 V動力中心各引一路。工程10 kV配電裝置是利用原有備用柜不新增，不需要新增380 V配電裝置，熱網(wǎng)首站控制中心（MCC）布置在熱網(wǎng)首站內(nèi)。

2.7 熱工自動化

汽機本體供熱改造的控制、調(diào)節(jié)在原有DCS系統(tǒng)上，通過增加卡件和修改控制邏輯實現(xiàn)。如熱網(wǎng)首站監(jiān)控按就地無人值守考慮，在熱網(wǎng)首站零米控制室設遠程I/O站。在值班人員少量干預下自動完成熱網(wǎng)首站的啟動、停止、正常運行的監(jiān)視控制和異常工況處理。為在系統(tǒng)調(diào)試、啟動初期以及生產(chǎn)巡檢時方便運行操作，熱網(wǎng)首站系統(tǒng)在就地控制室設有監(jiān)控上位機，并能實現(xiàn)在機組DCS上進行監(jiān)控。熱網(wǎng)首站補水控制采用以可編程邏輯控制器PLC為基礎的計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，在原化水車間控制室預留位置設置遠程I/O站，通過通訊方式接入原化水程控系統(tǒng)，在原上位機就能夠監(jiān)視和操作，就地按無人值守考慮。原水處理控制采用以可編程邏輯控制器PLC為基礎的計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，在就地控制室設置遠程I/O站，通過通訊方式接入原水處理程控系統(tǒng)，在原上位機就能夠監(jiān)視和操作，就地按無人值守考慮。

3 實施過程中的經(jīng)驗總結

由于項目批復較晚，工程啟動到投產(chǎn)時間較短，期間從設計、設備、施工、調(diào)試等環(huán)節(jié)克服了很多制約因素，具體措施如下。

3.1 設計管理

圖紙催交得力，在短時間內(nèi)完成全部設計圖紙。組織召開現(xiàn)場會，明確了未到圖紙出圖日期，由國華公司項目部業(yè)務經(jīng)理去設計院與院領導當面溝通明確，以保證出圖計劃的剛性。安排專業(yè)人員駐設計院催交，及時溝通影響設計出圖的問題，督促設計人員加班工作。設計問題及時解決，節(jié)省施工工期。項目辦專業(yè)人員根據(jù)該廠一期情況全程參與設計，對設計提出合理化建議，并借鑒成功經(jīng)驗。

3.2 設備管理

設備催交：專業(yè)人員每天跟蹤設備生產(chǎn)進度、參與協(xié)調(diào)廠家排產(chǎn)計劃，在生產(chǎn)周期緊、工作量大的情況下，經(jīng)過項目部人員的努力，實現(xiàn)了主要設備、控制系統(tǒng)輔助設備按期到貨的目標，沒有影響安裝。設備招標配合滿足設計要求，不同設備采取不同的采購方式：如打孔抽汽部分設備采取直采。重要輔機設備根據(jù)設計院提供的規(guī)范書，在調(diào)研基礎上推薦廠家，所推薦的廠家綜合水平盡可能位于同一檔次。

設備監(jiān)造及到貨驗收：重要輔機及系統(tǒng)主要閥門，安排專業(yè)人員根據(jù)技術協(xié)議監(jiān)造點到廠家監(jiān)造，一些制造質量問題在廠內(nèi)消除，讓設備健康到場。驗收是一項非常重要的工作，是保證入廠設備質量的第一道關卡。根據(jù)不同的設備情況分項進行驗收，設備型號、性能參數(shù)、質量、數(shù)量、設備的外形尺寸、接口尺寸需要與圖紙進行核對，避免出現(xiàn)設備安裝時尺寸不對應，影響安裝進度的情況出現(xiàn)。試運是檢驗設備質量好壞的主要途徑，目前所有設備經(jīng)過試運，設備選型、性能均能滿足設計要求，沒有明顯的缺陷，說明供熱改造設備調(diào)研和選型的結果是正確的。

3.3 施工管理

現(xiàn)場安全無事故。在工程復雜情況下，狠抓入廠安全教育，每日進行風險辨識，加強巡檢，高風險作業(yè)旁站監(jiān)督，保證了現(xiàn)場安全無事故。施工質量管控得力，取得了較好的效果。開工前策劃了基礎無沉降、防寒防凍、廠房一致性、室內(nèi)回填質量控制、清水砼工藝、封閉嚴密等專題。系統(tǒng)過渡順暢、安全。供熱改造施工重點是一期兩臺機停備檢修期間完成與一期設備、系統(tǒng)的接口。專業(yè)多次組織生產(chǎn)開接口會，確定各系統(tǒng)接口時間及注意事項。進入現(xiàn)場施工，生產(chǎn)派專業(yè)人員辦票，保證質量、安全。進度受控：工期進度計劃詳細，人力資源得到了保證。每天召開碰頭會，及時協(xié)調(diào)解決各類問題。

3.4 調(diào)試管理

嚴格執(zhí)行調(diào)試管理要求，優(yōu)化調(diào)試程序，加強對調(diào)試項目的驗收和檢查，提高調(diào)試品質，每日定時召開試運工作會議，協(xié)調(diào)安排當日的試運工作。對重大調(diào)試方案如：疏水冷卻器冷卻水入口管段沖洗方案、抽汽管道、加熱器、疏水冷卻器沖洗方案，由調(diào)試監(jiān)理組織并主持召開討論會，研究方案的可行性，分析危險控制點，提出了防范措施等。

4 改造后效果

目前供熱改造已經(jīng)投運兩個冬季，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并且整個冬季未影響空冷正常運行。2014年冬季委托電科院進行改造后機組熱力試驗，在360 MW負荷點供熱改造后機組熱耗值及供電煤耗值降低很多；并且，隨著供熱面積增加，節(jié)能效果會更加明顯。因此，積極開拓供熱市場是提供機組效益的有力方式，對推動公司二期擴建工程的進展具有積極的促進意義。

5 結語

文章從供熱改造的規(guī)劃、機組各個系統(tǒng)的工程設計、工程實施的經(jīng)驗總結和供熱改造效果幾個方面論述了對極寒地區(qū)超臨界600 MW直接空冷機組的供熱改造實踐。事實證明，積極開拓供熱市場是提高機組效益的有力方式。供熱改造的順利完成不僅對推動筆者公司二期擴建工程的進展具有積極的促進意義，而且并為同類型機組的供熱改造提供了借鑒。

參考文獻

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