超臨界350MW機(jī)組中聯(lián)門(mén)隔級(jí)參調(diào)供熱方案研究

宋萍，鄧凌宇

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng) 618000）

針對(duì)日益嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，該公司氧化鋁三期重新規(guī)劃設(shè)計(jì)40萬(wàn)噸電解鋁項(xiàng)目，規(guī)劃建設(shè)3×350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，氧化鋁生產(chǎn)需要不低于6．0MPa的高壓蒸汽及0．6MPa的低壓蒸汽，且高壓蒸汽的量最大230t/h。這一高壓供熱參數(shù)的提出，對(duì)鍋爐及汽輪機(jī)都是一個(gè)全新的設(shè)計(jì)課題。

1 供熱方案可行性論證

根據(jù)該鋁業(yè)公司的產(chǎn)品介紹，原氧化鋁高壓蒸汽部分主要由背壓機(jī)及高壓鍋爐減溫減壓后提供。由于電解鋁生產(chǎn)對(duì)電量要求大，電價(jià)高且高壓鍋爐運(yùn)行效率低成本高等因素，通過(guò)采用高參數(shù)大容量機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電供應(yīng)，可大大降低生產(chǎn)成本，為公司帶來(lái)可觀的利益。通過(guò)對(duì)氧化鋁生產(chǎn)制造工藝的了解，其所需的高低壓蒸汽用量穩(wěn)定且生產(chǎn)設(shè)備用電量大的特點(diǎn)，我廠(chǎng)對(duì)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)高低壓抽汽供熱方案做了詳細(xì)的分析論證。

1.1 項(xiàng)目要求

汽輪機(jī)設(shè)計(jì)邊界條件：超臨界雙抽供熱機(jī)組，高壓抽汽壓力不小于7．0MPa，最大抽汽量230t/h，低壓0．9MPa，大抽汽量110t/h。鑒于氧化鋁項(xiàng)目的特殊性，機(jī)組要求額定抽汽工況下機(jī)組出力330MW，最大抽汽工況下機(jī)組出力300MW。VWO工況主汽流量為最大抽汽工況流量的1．03倍。

1.2 供熱方案

根據(jù)本項(xiàng)目工業(yè)用汽參數(shù)及用電量的特殊要求，機(jī)組常年運(yùn)行的電負(fù)荷在80%以上，且供熱需求穩(wěn)定。機(jī)組的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路如下。

（1）機(jī)組采用高中壓合缸、兩缸兩排汽型式，縮短機(jī)組跨距，節(jié)約廠(chǎng)房布置。并在此常規(guī)機(jī)型上將高壓通流放大以同時(shí)滿(mǎn)足供熱和功率需求。 （2）高壓抽汽：將1抽在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上前移1級(jí)，提高1抽抽汽點(diǎn)運(yùn)行壓力；同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目供熱時(shí)負(fù)荷要求也高，使機(jī)組在額定抽汽工況時(shí)中聯(lián)門(mén)即使不參與調(diào)節(jié)1抽抽汽壓力也還略高于額定供熱壓力，最大抽汽工況時(shí)中聯(lián)門(mén)微調(diào)便可滿(mǎn)足供熱壓力要求；使機(jī)組供熱可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到兼顧。高壓抽汽抽汽點(diǎn)通過(guò)中調(diào)門(mén)隔級(jí)調(diào)節(jié)，屬創(chuàng)新應(yīng)用。（3）低壓抽汽：抽汽點(diǎn)通過(guò)連通管蝶閥調(diào)節(jié)，運(yùn)行調(diào)節(jié)方式成熟可靠。 （4）創(chuàng)新額定工況定義：將額定抽汽工況作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況，巧妙解決了傳統(tǒng)定義時(shí)抽汽工況與設(shè)計(jì)點(diǎn)偏離，可減小中調(diào)門(mén)調(diào)節(jié)幅度，同時(shí)使機(jī)組正常抽汽運(yùn)行時(shí)也具有很高的經(jīng)濟(jì)性。（5）除高參數(shù)供熱蒸汽外，其余的輔機(jī)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)可借用已有成熟機(jī)型模塊，運(yùn)行安全可靠。

2 高壓供熱可靠性分析

低壓供熱抽汽作為常規(guī)的供熱方式，通過(guò)連通管蝶閥調(diào)節(jié)，這種運(yùn)行方式是成熟可靠的。本項(xiàng)目的難點(diǎn)在于如何有效保障氧化鋁制造工藝所需的高壓蒸汽。

目前國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組實(shí)行雙抽的機(jī)組已有投運(yùn)業(yè)績(jī)。這些電廠(chǎng)高壓抽汽均利用中聯(lián)門(mén)調(diào)節(jié)再熱熱段進(jìn)行抽汽。某350MW超臨界及600MW超臨界機(jī)組雙抽可調(diào)整抽汽均有同時(shí)運(yùn)行，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，反映良好，且具有較高的經(jīng)濟(jì)收益。鑒于雙抽機(jī)組可獲得較高的經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)已有項(xiàng)目成功實(shí)施所積累的經(jīng)驗(yàn)，并從現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，對(duì)中調(diào)門(mén)參調(diào)機(jī)組，中聯(lián)門(mén)動(dòng)作時(shí)，中聯(lián)門(mén)前壓力及高壓后幾級(jí)的壓力進(jìn)行分析對(duì)比。

由于本項(xiàng)目高壓抽汽設(shè)置在一段抽汽，利用中聯(lián)門(mén)隔級(jí)參調(diào)。為確保機(jī)組供熱的安全穩(wěn)定，我們對(duì)該電廠(chǎng)中調(diào)門(mén)參調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析，見(jiàn)圖1。

從曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)來(lái)看，中聯(lián)門(mén)參調(diào)時(shí)一抽壓力與中聯(lián)門(mén)參調(diào)呈線(xiàn)性關(guān)系變化。

中聯(lián)門(mén)參調(diào)機(jī)組在供熱調(diào)節(jié)時(shí)中聯(lián)門(mén)前至一抽的壓力響應(yīng)速度基本同步（如圖2），通過(guò)對(duì)南熱機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，本項(xiàng)目采用中聯(lián)門(mén)隔級(jí)參調(diào)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓供熱是完全可行且可靠的。

圖1 一抽壓力隨中聯(lián)門(mén)參調(diào)幅度變化圖

圖2 中壓聯(lián)合汽閥壓損調(diào)節(jié)與一抽壓力關(guān)系曲線(xiàn)

3 中聯(lián)門(mén)隔級(jí)參調(diào)對(duì)比分析

通過(guò)設(shè)計(jì)工況創(chuàng)新定義、抽口前移1級(jí)，結(jié)合項(xiàng)目供熱時(shí)負(fù)荷高，使機(jī)組中調(diào)門(mén)在額定抽汽時(shí)不參調(diào)、最大供熱時(shí)僅微調(diào)，中調(diào)門(mén)開(kāi)度大、前后壓差小，提高機(jī)組供熱可靠性和經(jīng)濟(jì)性。與同類(lèi)供熱機(jī)組比較如表1～3。

表1 同類(lèi)型機(jī)組額定抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業(yè)項(xiàng)目額定抽汽工況作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，電負(fù)荷高，中聯(lián)門(mén)不參與調(diào)節(jié)，故中聯(lián)門(mén)壓差較小，見(jiàn)表1。

表2 同類(lèi)型機(jī)組最大抽汽工況壓差比較 MPa

該鋁業(yè)項(xiàng)目最大抽汽工況定義電負(fù)荷高，中聯(lián)門(mén)僅微調(diào)，故中聯(lián)門(mén)壓差較小，見(jiàn)表2。

表3 同類(lèi)型機(jī)組最小投供熱工況時(shí)（額定抽汽量）壓差比較MPa

根據(jù)該鋁業(yè)項(xiàng)目大于80%負(fù)荷用電量的需求，最小投供熱工況時(shí)（額定抽汽量）出力大，進(jìn)汽量大，中聯(lián)門(mén)前后壓力小于1．3MPa，見(jiàn)表3。根據(jù)已投運(yùn)項(xiàng)目最大壓差為1．8MPa。經(jīng)計(jì)算，該鋁業(yè)項(xiàng)目在滿(mǎn)足電負(fù)荷80%以上的情況下，中聯(lián)門(mén)壓損約19%，前后壓差0．9MPa左右，壓差遠(yuǎn)小于已投運(yùn)的超臨界350MW及600MW機(jī)組。中聯(lián)門(mén)前后壓差小，運(yùn)行更可靠。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

本工程采用熱電聯(lián)產(chǎn)，三臺(tái)350MW機(jī)組既提供該公司40萬(wàn)噸電解鋁、氧化鋁生產(chǎn)所需電量，又提供其氧化鋁生產(chǎn)所需熱量。根據(jù)全年向局域網(wǎng)購(gòu)電、售電平衡的計(jì)算原則，機(jī)組發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)約為6899h，機(jī)組年發(fā)電量約為72．4億kW·h，年供熱量約為1427．93GJ。機(jī)組平均發(fā)電標(biāo)煤耗率為 269．7g/kW·h,供熱標(biāo)煤耗率為37．5kg/GJ，相比熱電分產(chǎn)，年節(jié)約標(biāo)煤約15．9萬(wàn)噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

以大量的數(shù)據(jù)計(jì)算為依托、結(jié)合同類(lèi)機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況，該鋁業(yè)項(xiàng)目汽輪機(jī)組高壓供熱方案通過(guò)設(shè)計(jì)工況創(chuàng)新定義、抽口前移1級(jí)并結(jié)合項(xiàng)目供熱時(shí)出力大的特點(diǎn)，使機(jī)組中調(diào)門(mén)在額定抽汽時(shí)不參調(diào)、最大供熱時(shí)僅微調(diào)，中調(diào)門(mén)開(kāi)度大、前后壓差小，供熱方案成熟可靠。

同時(shí)，為推進(jìn)大氣污染防止及提高能源利用效率，國(guó)家發(fā)改委新印發(fā)的《熱電聯(lián)產(chǎn)管理辦法》中對(duì)新建熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的管控越來(lái)越嚴(yán)格，除背壓機(jī)供熱方案，采用這種超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)方式將是電廠(chǎng)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。該鋁項(xiàng)目高壓抽汽，中聯(lián)門(mén)隔級(jí)參調(diào)方案的成功實(shí)施，可以在同類(lèi)型的具有較高蒸汽壓力需求的企業(yè)中進(jìn)行推廣應(yīng)用，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

[1]中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)．火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)：第二卷汽輪機(jī)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

[2]徐則林，蔣燕妮等 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱能深度梯級(jí)利用的研究[J]．華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014,41（5）：107-112．