三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造效益分析

劉翔太

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)增速逐漸放緩，用電量越來越少，而發(fā)電企業(yè)，特別是在建的大型火力發(fā)電機(jī)組還未投入運(yùn)行，風(fēng)電、水電、光伏發(fā)電受限，我國(guó)總體的發(fā)電量遠(yuǎn)大于實(shí)際用電量，這就造成了各發(fā)電企業(yè)之間白熱化的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，特別是火電與火電之間，與新能源之間的競(jìng)爭(zhēng)，如何節(jié)能減排，如何降低機(jī)組供電煤耗，是每一個(gè)火電企業(yè)認(rèn)真思考的問題，本文主要就火電廠低壓缸光軸改造的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析論證。

【關(guān)鍵詞】低壓轉(zhuǎn)子光軸 經(jīng)濟(jì)分析 經(jīng)濟(jì)效益

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。總裝機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產(chǎn)發(fā)電。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。汽輪機(jī)供熱汽源改造的思路主要體現(xiàn)在兩個(gè)方向：（1）在汽輪機(jī)低壓缸聯(lián)通管處通過堵板實(shí)現(xiàn)打孔抽汽改造的目的，但是這種運(yùn)行模式抽氣量小，需要經(jīng)常拆裝堵板，供熱效果差，只適應(yīng)供熱初期的負(fù)荷；（2）將汽輪機(jī)進(jìn)行低壓光軸改造，將#2、#3號(hào)低壓缸解列，用新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子代替原低壓轉(zhuǎn)子，但因其有三個(gè)低壓缸， #1低壓缸與中壓缸是一體結(jié)構(gòu)，#2、#3號(hào)低壓缸對(duì)稱分布，低壓光軸供熱改造難度大。國(guó)內(nèi)其它電廠已進(jìn)行過低壓缸光軸供熱改造，并成功運(yùn)行，但相關(guān)改造汽輪機(jī)只有一個(gè)對(duì)稱分布低壓缸，而富拉爾基三排汽200MW汽輪機(jī)有三個(gè)低壓缸，三缸不對(duì)稱性給汽輪機(jī)低壓缸的光軸改造帶來了新的挑戰(zhàn)。

改造后，低壓缸采用雙轉(zhuǎn)子互換形式，非供熱期仍采用原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子，低壓缸以純凝形式運(yùn)行；供熱期低壓轉(zhuǎn)子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發(fā)電，中低壓聯(lián)通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機(jī)排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗，能有效的滿足富發(fā)電廠規(guī)劃的250萬平方米的供熱負(fù)荷，并為富發(fā)電廠新機(jī)供熱提供備用熱源，保障供熱安全。在參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的同時(shí)，有效緩解了冬季“熱風(fēng)搶發(fā)”的矛盾沖突，為電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置提供有償服務(wù)。

3 汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸改造效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)行光軸改造后，預(yù)計(jì)2016～2020年機(jī)組平均年供熱量增加117.76萬GJ，全廠機(jī)組年均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率下降5.1g/kWh，在年發(fā)電量不變的情況下，全廠機(jī)組年總耗標(biāo)煤量增加2.31萬t；2020年以后全廠機(jī)組年供熱量增加146.83萬GJ，全廠機(jī)組年均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率下降6.1g/kWh，在年發(fā)電量不變的情況下，全廠機(jī)組年總耗標(biāo)煤量增加3.01萬t。

3.1.1 低壓光軸改造供電煤耗

現(xiàn)在機(jī)組利用小時(shí)數(shù)為4073小時(shí)，折合75%負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)的小時(shí)數(shù)為5431小時(shí)。富拉爾基地區(qū)的供暖期為6個(gè)月，則機(jī)組改后供暖運(yùn)行時(shí)間合4320小時(shí)，非供暖期運(yùn)行時(shí)間合1111小時(shí)。鍋爐效率為90%，管道效率99%，廠用電率12%。改前純凝汽工況時(shí)，標(biāo)煤耗：360g/kWh。改后標(biāo)煤耗：5630.6 kJ/kWh/0.90/0.99/（1-12%）/29307.6 kJ/kg=245g/kWh 改后降低煤耗115 g/kWh

全年平均煤耗：

360×1111/5431+243×4320/5431 =268.5g/kWh

3.1.2 輔助調(diào)峰補(bǔ)償

通過開展“綜合供熱、蓄能調(diào)峰”項(xiàng)目和兩臺(tái)機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子光軸打孔改造，根據(jù)《關(guān)于做好東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)模擬運(yùn)行工作的通知》（東北監(jiān)能市場(chǎng)[2014]240號(hào)）文件，每年可獲得東北電網(wǎng)輔助調(diào)峰補(bǔ)償約495萬元。

計(jì)算過程：光軸改造機(jī)組調(diào)峰深度為90 MW時(shí)，在90 MW～104 MW負(fù)荷區(qū)間可獲得0.40元/kWh的調(diào)峰補(bǔ)償，根據(jù)2014～2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采暖期機(jī)組低谷輔助調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)884h，調(diào)峰補(bǔ)償：0.40×（10.4-9）×884=495萬元，如表1所示。

3.1.3 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用小時(shí)數(shù)增加

通過供熱改造，富發(fā)電廠2臺(tái)機(jī)組可認(rèn)定為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)將在2014年的基礎(chǔ)上提高發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)約200小時(shí)，年可增加發(fā)電收入1040萬元。

計(jì)算過程：若按富發(fā)電廠發(fā)電邊際貢獻(xiàn)0.13元/kWh計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組年增加發(fā)電收入：0.13×20×200×2=1040萬元

3.2 環(huán)境效益

（1）汽輪機(jī)光軸改造完成后，汽輪機(jī)的熱量得到了最大化的利用，機(jī)組冷源損失、廢熱排放量明顯減少，減輕了嫩江流域的生態(tài)影響，不致使嫩江流域的生物和植物遭受生命威脅，樹立環(huán)境保護(hù)的良好形象。

（2）汽輪機(jī)光軸改造后，機(jī)組供電煤耗顯著下降，每發(fā)一度電，向外界排放的NOX、COX、SOX含量大大減少，最大程度地減少了環(huán)境污染，為遏制溫室效應(yīng)做出了貢獻(xiàn)，同時(shí)還降低了脫硫、脫硝的成本，有效降低了機(jī)組的發(fā)電成本。

（3）汽輪機(jī)低壓光軸改造產(chǎn)生了很好的環(huán)境保護(hù)宣傳效果，該項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)推廣使用，必將在高寒地區(qū)熱電廠掀起波瀾，從而為環(huán)境保護(hù)注入新的捍衛(wèi)力量。

3.3 社會(huì)效益

（1）節(jié)約煤炭資源，經(jīng)汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后，汽輪發(fā)電機(jī)組的供電煤耗低至268.5g/kWh，這是火電機(jī)組1000MW也達(dá)不到的水平，這樣的機(jī)組未社會(huì)節(jié)約了大量的煤炭資源，高效經(jīng)濟(jì)。

（2）汽輪機(jī)低壓光軸改造技術(shù)如能順利用于熱電聯(lián)產(chǎn)，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值必將引來無數(shù)熱電廠效仿，這樣好的技術(shù)得到推廣，也在全社會(huì)樹立了高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的好形象。

（3）參與調(diào)度深度調(diào)峰，給風(fēng)電、火電、水電一個(gè)上網(wǎng)的平臺(tái)，為國(guó)家電網(wǎng)、為新能源入網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件，使得“風(fēng)熱競(jìng)爭(zhēng)”現(xiàn)象得到很好的遏制。

（4）汽輪機(jī)低壓缸經(jīng)光軸改造后，電廠已充分考慮了熱網(wǎng)未來5年的發(fā)展趨勢(shì)，五年內(nèi)，在區(qū)域熱網(wǎng)合理發(fā)展的速度下，能夠保證區(qū)域內(nèi)供熱保質(zhì)保量。

4 結(jié)語

華電能源富拉爾基電廠進(jìn)行的低壓缸光軸改造技術(shù)不僅取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，還產(chǎn)生了良好的社會(huì)影響，為環(huán)境保護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)，經(jīng)汽輪機(jī)低壓缸光軸改造后，華電富拉爾基發(fā)電廠在冬季供熱期可參與電網(wǎng)的深度調(diào)峰，有效緩解了新能源棄風(fēng)、棄水、棄光的壓力，改觀了以熱定電的普遍現(xiàn)象，在社會(huì)樹立起了熱電廠不再是簡(jiǎn)單地完成了供熱任務(wù)，還可以在低負(fù)荷工況下，超額完成供熱任務(wù)的同時(shí)積極參與電網(wǎng)調(diào)峰，并收獲了社會(huì)效益和環(huán)境效益。