200MW三缸三排汽汽輪機(jī)低壓缸“零功率”運(yùn)行抽汽供熱

奚守譜

（華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

華電能源股份公司富拉爾基發(fā)電廠現(xiàn)有六臺(tái)200 MW燃煤機(jī)組，總裝機(jī)容量1200MW。三大主機(jī)均為哈爾濱三大動(dòng)力廠20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，其中汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。六臺(tái)機(jī)組分別于1982年～1989年投產(chǎn)。目前富發(fā)電廠已在2016年完成對(duì)廠內(nèi)#4、#5、#6機(jī)組的供熱改造（其中#4機(jī)組光軸抽汽改造，#5、#6機(jī)組打孔抽汽改造）。改造后，富發(fā)電廠與富熱電廠組成雙熱源聯(lián)合對(duì)富拉爾基區(qū)供熱，富發(fā)電廠承擔(dān)富拉爾基區(qū)供熱面積約200萬(wàn)m2，并為富熱電廠提供400萬(wàn)m2熱負(fù)荷的備用熱源。本項(xiàng)目是在富拉爾基區(qū)供熱工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造，本次改造擬將對(duì)富發(fā)電廠#1機(jī)組進(jìn)行光軸抽汽供熱改造，對(duì)#2、#3號(hào)機(jī)組進(jìn)行背壓機(jī)升級(jí)改造，對(duì)已改的#5、#6打孔抽汽機(jī)組進(jìn)行切缸供熱改造。本項(xiàng)目投產(chǎn)后富發(fā)電廠將實(shí)現(xiàn)對(duì)齊齊哈爾市中心城區(qū)供熱，其承擔(dān)的供熱面積為2000萬(wàn)m2。綜上所述，本項(xiàng)目投產(chǎn)后富發(fā)電廠總承擔(dān)的供熱面積為2200 萬(wàn) m2。

1 低壓缸“零功率”運(yùn)行技術(shù)分析

功率改造是近年新開(kāi)發(fā)的機(jī)組供熱改造技術(shù)，一次性對(duì)機(jī)組低壓缸葉片及中低壓缸連通管（包含閥門(mén)）及進(jìn)行改造。冬季供暖時(shí)，通過(guò)關(guān)閉蝶閥切斷通往#2、#3低壓缸蒸汽，直接從連通管抽出去供熱，對(duì)低壓缸僅通入約10t/h的冷卻蒸汽；夏季，蝶閥開(kāi)啟，恢復(fù)至純凝機(jī)組狀態(tài)靈活性較高，在國(guó)外已有成功運(yùn)行案例。在第1點(diǎn)優(yōu)化方案的基礎(chǔ)上，將#5、#6機(jī)組由光軸改造優(yōu)化為切缸改造（#1機(jī)組同時(shí)改為切缸作為供熱備用），可減少每年2次的機(jī)組低壓缸換軸工作，同時(shí)可在冬季更好的調(diào)節(jié)機(jī)組靈活性以適應(yīng)電網(wǎng)/熱網(wǎng)的調(diào)峰需求。切缸機(jī)組#1低壓缸流量還有150t/h左右，形成可觀的冷源損失，但對(duì)于目前以及近3年供熱負(fù)荷的需求，暫時(shí)不需要回收此部分冷源損失。若日后供熱負(fù)荷增加，可考慮回收此部分冷源損失。富拉爾基發(fā)電廠#5、#6號(hào)汽輪機(jī)組，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任生產(chǎn)的三缸三排汽200MW超高壓一次再熱機(jī)組。根據(jù)業(yè)主要求，要對(duì)機(jī)組進(jìn)行切缸改造，改造方案如下。

（1）利用舊轉(zhuǎn)子進(jìn)行改造，拆除低壓正、反向末級(jí)葉輪和動(dòng)葉片，安裝新的低壓正、反向末級(jí)葉輪，同時(shí)采用哈汽公司新型加強(qiáng)版600mm末葉片。

（2）增加低壓末級(jí)、次末級(jí)測(cè)溫元件和葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（3）連通管使用波紋膨脹節(jié)式連通管(曲管壓力平衡室)，加裝蝶閥、適當(dāng)抬高連通管標(biāo)高，并進(jìn)行打孔抽汽。

（4）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

（5）極小流量運(yùn)行工況，2號(hào)低壓加熱器停用，與1號(hào)低加的8抽管道需進(jìn)行相關(guān)預(yù)防改造。

（6）增加低壓缸冷卻系統(tǒng)，由于#2、#3低壓缸中的轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生一部分鼓風(fēng)熱量，運(yùn)行中需通入冷卻蒸汽（10t/h），疏水引入凝汽器中。

（7）原機(jī)低壓缸噴水為三路，其中一路對(duì)中壓側(cè)低壓排汽缸進(jìn)行冷卻。改造后，對(duì)中壓側(cè)低壓排汽缸的噴水與低壓部分排汽缸的兩路噴水分開(kāi)，以滿(mǎn)足對(duì)2號(hào)低壓排汽缸超溫噴水需要。

本次機(jī)組改造方案進(jìn)行優(yōu)化后，擬采用技術(shù)成熟的全背壓升級(jí)技術(shù)和光軸抽汽技術(shù)，以及切缸技術(shù)的組合方案對(duì)機(jī)組供熱改造。光軸抽汽方案是將機(jī)組的2#低壓缸內(nèi)的雙分流的全部通流拆除，更換成光軸，并改造連通管，成為供熱機(jī)組。富發(fā)廠2016年供熱改造工程#4號(hào)機(jī)組采用光抽抽汽模式，現(xiàn)已在建設(shè)中。切缸改造更換末級(jí)葉輪級(jí)動(dòng)葉片，轉(zhuǎn)子返廠，將原末級(jí)葉輪和末級(jí)葉片進(jìn)行拆除，對(duì)低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢測(cè)，安裝新的末級(jí)葉輪。該改造技術(shù)可減少每年2次的機(jī)組低壓缸換軸工作。

2 低壓缸“零功率”運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

機(jī)組改造后，在采暖期富拉爾基發(fā)電廠可以根據(jù)室外溫度逐步調(diào)節(jié)機(jī)組投入臺(tái)數(shù)及各臺(tái)機(jī)組抽汽量，由于背壓機(jī)組只能遵循以熱定電的原則運(yùn)行，因此供熱時(shí)應(yīng)該優(yōu)先運(yùn)行背壓機(jī)組。2017年富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積1265萬(wàn)m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積185萬(wàn)m2，齊市供熱面積1080萬(wàn)m2），最大熱負(fù)荷為714.7MW，在采暖期最大熱負(fù)荷時(shí)富拉爾基發(fā)電廠運(yùn)行2臺(tái)背壓供熱機(jī)組與1臺(tái)切缸供熱，即可滿(mǎn)足總熱負(fù)荷需求。2017年，背壓機(jī)組所需的平均抽汽量約為315t/h，切缸機(jī)組所需的平均抽汽量約為163 t/h；2018年后富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積1800萬(wàn)m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積200萬(wàn)m2，齊市供熱面積1600萬(wàn)m2），最大熱負(fù)荷為1017MW，在采暖期最大熱負(fù)荷時(shí)富拉爾基發(fā)電廠運(yùn)行2臺(tái)背壓機(jī)組與2臺(tái)切缸機(jī)組可滿(mǎn)足總熱負(fù)荷需求。2018年，背壓機(jī)組所需的平均抽汽量約為416t/h；單臺(tái)切缸機(jī)組的平均抽汽量約為146t/h；2019年后富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積2200萬(wàn)m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積200萬(wàn)m2，齊市供熱面積2000萬(wàn)m2），最大熱負(fù)荷為1243MW，在采暖期最大熱負(fù)荷時(shí)富拉爾基發(fā)電廠運(yùn)行2臺(tái)背壓機(jī)組+2臺(tái)切缸+1臺(tái)光軸可滿(mǎn)足總熱負(fù)荷需求。2019年及以后，背壓機(jī)組所需的平均抽汽量約為430t/h；單臺(tái)切缸機(jī)組的平均抽汽量約為150t/h。另外，當(dāng)事故狀態(tài)富拉爾基發(fā)電廠需為富拉爾基熱電廠提供400萬(wàn)m2熱負(fù)荷的備用熱源時(shí)，可其余機(jī)組中的部分供熱蒸汽切換至富拉爾基區(qū)供熱工程的熱網(wǎng)首站為富拉爾基區(qū)供熱。根據(jù)熱負(fù)荷時(shí)間曲線，2019年后富拉爾基發(fā)電廠最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1243MW，采暖小時(shí)數(shù)為4344h，經(jīng)計(jì)算可得出富拉爾基發(fā)電廠總供熱量1278.85萬(wàn)GJ。采暖期2臺(tái)背壓機(jī)組+2臺(tái)切缸機(jī)組+1臺(tái)光軸供熱，采暖期背壓機(jī)的抽汽量為430/h，單臺(tái)切缸機(jī)組的平均抽汽量為150/h，根據(jù)機(jī)組平均工況熱平衡圖計(jì)算機(jī)組發(fā)電煤耗率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本工程改造后，#2、#3號(hào)背壓機(jī)組只在供熱季以熱定電的方式運(yùn)行，非供暖季停止運(yùn)行。#1、#5、#6機(jī)組供電量以每年每臺(tái)機(jī)組純凝額定功率運(yùn)行3800h計(jì)算，#1、#4、#5、#6機(jī)組每年總計(jì)發(fā)電量30.4億kWh。本項(xiàng)目改造后年供熱量增加1162.59萬(wàn)GJ，全廠機(jī)組年均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率下降60.13g/kWh。改造后在年發(fā)電量41.40億kWh的情況下，全廠機(jī)組年發(fā)電節(jié)約標(biāo)煤量22.37萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。通過(guò)本次供熱改造，原本純凝或者打孔運(yùn)行方式的機(jī)組改為熱電聯(lián)產(chǎn)的運(yùn)行方式。

3 低壓缸“零功率”運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 機(jī)組切缸改造運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）2號(hào)低壓末級(jí)葉片可能出現(xiàn)顫振。更換了空冷200MW機(jī)組上使用的600mm葉片，該葉片自帶圍帶，凸臺(tái)拉筋，阻尼特性好，不易產(chǎn)生顫振或遇到小流量引起遇到某一階共振頻率，由于阻尼大，振幅小。該型式的葉片動(dòng)應(yīng)力小，極大地保證了小流量工況的安全性。

（2）2號(hào)低壓缸排汽缸超溫。在極小流量運(yùn)行時(shí)，末級(jí)葉片排汽溫度可能高于200℃，可能引起低壓軸承標(biāo)高發(fā)生變化引起振動(dòng)，為此，在本次改造中，對(duì)低壓缸噴水系統(tǒng)進(jìn)行改造，分別控制1號(hào)和2號(hào)低壓缸的噴水。運(yùn)行時(shí)，盡可能地降低運(yùn)行背壓，從而降低排汽溫度。另外，由于小流量運(yùn)行時(shí)排汽缸溫度高于以往凝汽式運(yùn)行時(shí)的溫度，低壓缸周?chē)鷳?yīng)設(shè)立警示帶，防止人員直接接觸低壓外缸。

（3）8段抽汽回流的風(fēng)險(xiǎn)。與1號(hào)低加相連的8段抽汽，分別來(lái)自1號(hào)低壓缸和2號(hào)低壓缸兩側(cè)，在極小冷卻流量運(yùn)行時(shí)，由于2號(hào)低壓缸壓力低，接近真空，1號(hào)低壓缸上的8抽可能通過(guò)連接母管進(jìn)入2低壓缸，從而把管道中的給水帶入缸內(nèi)。在改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)檢查現(xiàn)有管道上的疏水設(shè)計(jì)是否完善，并建議在2號(hào)低壓缸上的8抽加裝電動(dòng)截止閥。

3.2 極限事故時(shí)供熱保障率風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)汽輪機(jī)組的額定抽汽量，可測(cè)算項(xiàng)目的額定供熱能力。34型光軸抽汽機(jī)組額定抽汽量為310t/h，單臺(tái)機(jī)組的額定供熱能力為207MW；34型背壓機(jī)組額定抽汽量為473 t/h，單臺(tái)機(jī)組的額定供熱能力為317 MW；55型光軸機(jī)組額定抽汽量為300t/h，單臺(tái)機(jī)組的額定供熱能力為200MW；55型切缸抽汽機(jī)組額定抽汽量為310t/h，單臺(tái)機(jī)組的額定供熱能力為207MW。經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目改造后，富拉爾基發(fā)電廠6臺(tái)供熱機(jī)組總供熱能力為1455MW，供熱面積可達(dá)2575萬(wàn)m2。當(dāng)2臺(tái)切缸機(jī)組同時(shí)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機(jī)時(shí)，其余機(jī)組供熱能力為1041MW，供熱面積可達(dá)1842萬(wàn)m2，供熱保障率為83.7%，根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)規(guī)定和城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范，主熱源故障時(shí)，備用熱源應(yīng)可滿(mǎn)足70%的供熱需要。滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

切缸供熱方案并沒(méi)有成熟應(yīng)用案例，其運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性還有待于時(shí)間的檢驗(yàn)，出于對(duì)供熱安全性的考慮，只能在部分機(jī)組進(jìn)行試運(yùn)行。本文主要就汽輪機(jī)低壓缸“零功率”運(yùn)行的技術(shù)淺析、經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行了分析。