600MW凝汽式汽輪機雙背壓供熱改造分析

姚峰 黃榮華 曲成龍

摘要：600MW凝汽式汽輪機首次采用雙背壓供熱改造技術(shù)，采用凝汽器進行排汽余熱回收，加熱循環(huán)冷卻水用以供熱，以減少機組冷源損失、提高供熱能力、節(jié)能減排、提高電廠總效率。燕山湖電廠2號機進行雙背壓改造，取得了良好的節(jié)能和環(huán)保效益，即便退出雙背壓運行仍然可以保證供熱的安全和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：凝汽式汽輪機；雙背壓；供熱改造；空冷

超臨界為提高朝陽燕山湖發(fā)電有限公司的集中供熱安全性，提高電廠效益，改善城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，節(jié)約能源，保護生態(tài)環(huán)境，擬對該公司600MW空冷供熱機組2號機進行雙背壓循環(huán)水供熱節(jié)能改造，回收2號機組排汽熱量供熱，減少冷源損失。從技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性兩方面論證，高背壓方案優(yōu)于常規(guī)背壓方案[1]。

1 系統(tǒng)概況及相關(guān)設(shè)備

1.1雙背壓循環(huán)水供熱系統(tǒng)簡介

根據(jù)該公司2x600MW空冷機組設(shè)計特點，制定空冷機組雙背壓供熱技術(shù)方案。采用2號機組配備“高背壓循環(huán)水供熱加熱器”回收一個低壓缸排汽設(shè)計，在2號機組增設(shè)空冷汽輪機排汽管旁路供熱系統(tǒng)，供熱期低壓缸雙背壓運行，即一個低壓缸排汽原設(shè)計壓力13KPa運行，另一個低壓缸按35KPa運行。新增“高背壓循環(huán)水供熱加熱器”對熱網(wǎng)回水初步加熱后送至熱網(wǎng)首站通過抽汽對熱網(wǎng)水進行二次加熱達到供熱需求。兩臺汽輪機原打孔抽汽及疏水管道互為備用設(shè)計。

1.2 相關(guān)設(shè)備

汽輪機由哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)，型式：CLNZK600 -24.2/566/566型超臨界一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機，采用中低壓導管打孔抽汽方式升級改造成為供熱機組。

直接空冷凝汽器布置于汽機房A列外空冷平臺上，空冷平臺與汽機房毗鄰布置。

該公司規(guī)劃供暖面積約1200×104m2。

2改造方案

為實現(xiàn)回收主機排汽和效益最大化，本工程將低壓缸排汽作為供熱熱量加以利用，采用凝汽器進行排汽余熱回收。改造后可以減少機組冷源損失、提高供熱能力、節(jié)能減排、提高電廠總效率[2]。

2.1排汽管道系統(tǒng)

本改造工程從原空冷凝汽系統(tǒng)主排汽管道上接出蒸汽分配管道（DN3200）至凝汽器，冬季供熱時，開啟關(guān)斷閥抽出320t/h乏汽對熱網(wǎng)循環(huán)水進行再次加熱，多余排汽回原有空冷系統(tǒng)。設(shè)置凝汽器，在保證凝汽器壓力35KPa的情況下，將熱網(wǎng)循環(huán)水由加熱至69.88℃，同時乏汽在凝汽器內(nèi)凝結(jié)為飽和水（72℃）。

2.1凝結(jié)水系統(tǒng)（凝汽器至排汽裝置）

乏汽經(jīng)凝汽器換熱產(chǎn)生凝結(jié)水，從凝汽器凝結(jié)水出口排入排汽裝置。管道上安裝電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整凝汽器液位。凝結(jié)水管道選用較大管徑，從而降低流速，減小壓損，使凝結(jié)水順利自流至排汽裝置內(nèi)。

2.3抽真空系統(tǒng)

從原空冷島抽真空母管上引出一路抽真空支管，管道上加裝關(guān)斷閥及調(diào)節(jié)閥，接至凝汽器的抽真空管路上，以便凝汽器內(nèi)的不凝氣體及時抽出。由于汽輪機的雙背壓運行，兩組空冷島壓力亦有偏差，故在高壓側(cè)空冷島抽真空系統(tǒng)的4列支管上設(shè)調(diào)節(jié)閥，以便兩列空冷島抽真空系統(tǒng)能夠正常運行。

2.4循環(huán)水系統(tǒng)

在原有熱網(wǎng)循環(huán)水回水管道安裝關(guān)斷閥，接出旁路，由電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整流量，引1600t/h熱網(wǎng)循環(huán)水（熱網(wǎng)循環(huán)水水量為8500t/h，溫度48℃，壓力0.28MPa）進凝結(jié)水冷卻器換熱，換熱后（換熱后循環(huán)水溫度升高至55℃）與電動調(diào)節(jié)閥后的循環(huán)水匯集。混合后的循環(huán)水（溫度上升至49.2℃）進凝汽器（阻力100KPa）再次換熱，利用低壓缸排汽作為供熱熱源進行加熱，經(jīng)凝汽器換熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水（溫度上升至69.88℃）進入熱網(wǎng)首站進行再次加熱。

根據(jù)原有供熱系統(tǒng)參數(shù)，熱網(wǎng)加熱器疏水冷卻器設(shè)計端差小于5℃，取采暖抽汽疏水溫度74℃。

2.5排汽裝置水位平衡系統(tǒng)

封堵原有排汽裝置連通管，在兩排汽裝置上打孔，接入水位平衡泵兩臺（一運一備）。本系統(tǒng)運行時，利用水泵平衡泵將較低排汽裝置內(nèi)凝結(jié)水排入較高壓力排汽裝置內(nèi)，管路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)對兩排汽裝置水位的平穩(wěn)調(diào)整。同時設(shè)旁路，以便非供熱期系統(tǒng)正常運行使用。

2.6凝結(jié)水冷卻系統(tǒng)

兩排汽裝置的凝結(jié)水進入凝結(jié)水管道，之后與低加疏水（189t/h，61℃）、2號機采暖抽汽疏水（230t/h，74℃）匯集，取空冷島過冷度2.5℃，計算出匯集后的凝結(jié)水溫度為62.5℃（1406t/h）。

為滿足凝結(jié)水精處理設(shè)備進水溫度不高于55℃的要求，設(shè)計凝結(jié)水冷卻系統(tǒng)，本工程選用板式換熱器（板片材料316L），利用熱網(wǎng)循環(huán)水回水（1600t/h，48℃）將凝結(jié)水冷卻至55℃以下。

2.7采暖抽汽互為備用系統(tǒng)

為實現(xiàn)兩臺汽輪機原打孔抽汽及疏水管道互為備用的要求，在原有抽汽管道上和疏水管道上分別增設(shè)連通管及關(guān)斷閥。

3 汽輪機雙背壓運行能力工況指標

在2號機組供熱期低壓缸雙背壓運行，其供熱工況指標如表1所示[3]。

全廠熱網(wǎng)首站的熱網(wǎng)水供水溫度根據(jù)實際熱負荷的大小情況確定，可以根據(jù)需要逐步投入供熱抽汽。

雙背壓機組運行可供水溫度Tg=Qc/4.1816/8500 +69.88=88.15℃

由于該項目熱網(wǎng)循環(huán)水量的限制，回收汽輪機排汽的供熱量約777.7GJ/h。其余排汽仍回到原有空冷系統(tǒng)。

4總結(jié)

a.該公司原有兩臺機組，抽汽供熱能力為1200萬m2。此次雙背壓改造為節(jié)能改造，電廠沒有增加接待面積。即便退出雙背壓運行仍然可以保證供熱的安全和穩(wěn)定性。

b.機組雙背壓運行時，精處理系統(tǒng)存在超溫風險，本套系統(tǒng)設(shè)置了凝結(jié)水降溫系統(tǒng)，保證凝結(jié)水出口溫度低于55℃。可以保證凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

c.機組雙背壓運行時，原排汽裝置存在水位不平衡帶來的水位過高和過低的風險。本方案中水位平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活，系統(tǒng)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)功能都能滿足實際的需求?？梢韵徊黄胶鈳淼陌踩[患。

d.本系統(tǒng)中增設(shè)了空冷島蒸汽隔離閥，四列空冷島均可以參與熱負荷和機組背壓調(diào)節(jié)功能，背壓可以實現(xiàn)35KPa。本系統(tǒng)中，嵌入了汽輪機背壓與空冷島閥門和風機的聯(lián)控程序，方便實現(xiàn)汽輪機變負荷定背壓運行，也可以防止空冷島各列凍結(jié)。

參考文獻：

[1] 肖慧杰，張雪松.汽輪機高背壓供熱方案探討[J].電站系統(tǒng)工程，2017.3，134（1）：1-7.

[2] 張勝華，張勝強.雙抽汽輪機低真空供熱改造[J].電站系統(tǒng)工程，2014.3，30（2）：52-53.

[3] GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2011.

作者簡介：

姚峰（1970-），男、碩士、高級工程師、火力發(fā)電廠熱機專業(yè)設(shè)計。