330MW機(jī)組低壓缸零出力改造方案及性能分析

史衛(wèi)剛 李軍輝

【摘 要】 為緩解熱電之間的矛盾，進(jìn)一步提升機(jī)組靈活性和供熱能力，以國內(nèi)某發(fā)電公司供熱改造為例，對低壓缸零出力技術(shù)在330 MW機(jī)組上的應(yīng)用進(jìn)行了探討;分析了低壓缸零出力的改造方案，對汽輪機(jī)本體、低壓通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)和低壓缸噴水減溫系統(tǒng)進(jìn)行了改造設(shè)計;對改造后機(jī)組的供熱與調(diào)峰能力進(jìn)行了分析。通過性能試驗，結(jié)果表明，通過合理地改造設(shè)計，低壓缸零出力技術(shù)提高了機(jī)組的調(diào)峰能力和供熱量，最大供熱抽汽量可達(dá)663t/h，最低發(fā)電負(fù)荷可降至約80MW。

【關(guān)鍵詞】 低壓缸零出力 靈活性 供熱能力 改造方案

前 言

目前，在我國大力提高火電機(jī)組運(yùn)行靈活性的政策背景下[1]，受自身熱電耦合特性[2]、低壓缸冷卻蒸汽流量設(shè)計限值、“以熱定電”運(yùn)行方式的影響，常規(guī)抽汽凝汽式供熱機(jī)組的電調(diào)峰能力有限，很難適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰需求，供熱抽汽能力也受到一定影響。

與高背壓供熱、光軸供熱改造等供熱改造方案相比[3]，低壓缸零出力供熱技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)供熱機(jī)組在抽汽凝汽式運(yùn)行方式與高背壓運(yùn)行方式的靈活切換，使機(jī)組同時具備高背壓機(jī)組供熱能力大、抽汽凝汽式供熱機(jī)組運(yùn)行方式靈活的特點。

某機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的C330/264-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。中低壓連通管打孔抽汽，接引一路供熱抽汽，額定抽汽壓力為0.83MPa，最大抽汽流量為545.4t/h，采暖熱負(fù)荷為410MW，變工況下，通過調(diào)整中低壓缸連通管蝶閥的開度，控制熱網(wǎng)供汽流量及低壓缸進(jìn)汽流量。隨著供熱需求的日益擴(kuò)大，現(xiàn)機(jī)組的抽汽供熱能力已不能滿足供熱需求，為了增大機(jī)組的供熱能力，同時提升機(jī)組運(yùn)行的靈活性，對該機(jī)組進(jìn)行低壓缸零出力改造。

本文基于某330MW汽輪機(jī)，詳細(xì)分析了機(jī)組低壓缸零出力的改造方案，并分析了改造后對機(jī)組性能的影響。

1 低壓缸零出力改造方案

低壓缸零出力供熱技術(shù)是在低壓缸高真空運(yùn)行條件下，切除低壓缸原進(jìn)汽管道進(jìn)汽，通過新增旁路管道通入少量的冷卻蒸汽，用于帶走低壓缸零出力供熱后低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的鼓風(fēng)熱量，并給凝汽器適量補(bǔ)充凝結(jié)水，實現(xiàn)了機(jī)組低壓缸“零出力”運(yùn)行。

1.1汽輪機(jī)本體改造

1）供熱蝶閥及供熱管道改造

為了滿足低壓缸零出力供熱技術(shù)的運(yùn)行需求，將原不能完全密封的供熱蝶閥更換為可完全密封的液壓蝶閥，液壓蝶閥接口尺寸與改造后中低壓連通管規(guī)格保持一致。

經(jīng)過計算，供熱管道管徑由φ800mm更換為1200mm直徑管道，保證管道能夠滿足足夠的供熱抽汽流量。

2）低壓缸運(yùn)行監(jiān)視測點完善

機(jī)組低壓缸零出力運(yùn)行時，低壓缸通流部分運(yùn)行條件大幅偏離設(shè)計工況，處于極低容積流量條件下運(yùn)行，為充分監(jiān)視低壓缸通流部分運(yùn)行狀態(tài)，確保機(jī)組安全運(yùn)行，需增加或改造以下運(yùn)行監(jiān)視測點：1）增加低壓缸末級、次末級動葉出口溫度測點（4個）;2）增加低壓缸進(jìn)汽壓力測點（2個）和溫度測點（2個）;3）更換原5段抽汽壓力、6段抽汽壓力、7段抽汽壓力、8段抽汽壓力和低壓缸排汽壓力變送器為高精度絕壓變送器（6個）。

3）低壓缸末級葉片抗水蝕金屬耐磨層噴涂處理

小容積流量工況運(yùn)行時，低壓缸末兩級處于鼓風(fēng)工況運(yùn)行，導(dǎo)致低壓缸末兩級后溫度和低壓排汽缸溫度升高，為降低低壓排汽缸溫度，需要持續(xù)投入噴水減溫，維持低壓排汽缸溫度在安全范圍內(nèi)。而小容積流量條件下，末級葉片出現(xiàn)的渦流會卷吸減溫水至動葉流道，加劇動葉出汽邊根部區(qū)域水蝕情況，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。因此，對低壓缸末級葉片實施金屬耐磨層噴涂處理。

耐水蝕涂層材料選擇德國進(jìn)口TA粉（NiCr金屬陶瓷粉末）進(jìn)行現(xiàn)場超音速火焰噴涂防護(hù)處理，粉末粒度為250～350目;涂層總厚度為0.10～0.20mm;實施噴涂防護(hù)處理的范圍為低壓缸末級動葉片出汽邊水蝕區(qū)域。

1.2 低壓通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)

為帶走低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的鼓風(fēng)熱量，需通入少量的冷卻蒸汽，因此，新增低壓缸通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)，冷卻蒸汽汽源取自中壓缸排汽，接入點為低壓缸進(jìn)汽口（中低壓連通管上供熱蝶閥后適當(dāng)位置），冷卻蒸汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量孔板。改造方案原則性熱力系統(tǒng)圖見圖1。冷卻蒸汽系統(tǒng)應(yīng)相應(yīng)的設(shè)置蒸汽壓力、溫度、流量測點，且相關(guān)測點均需接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。

1.3 低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造

原低壓缸噴水減溫系統(tǒng)沒有流量測點，噴水減溫控制閥門調(diào)節(jié)特性較差，不能有效的對噴水減溫流量進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)。為便于調(diào)節(jié)和監(jiān)視切除低壓缸運(yùn)行時低壓缸噴水減溫流量，對原低壓缸噴水減溫系統(tǒng)增加流量測點和調(diào)節(jié)閥。

為了增加減溫效果，將原低壓缸排汽缸內(nèi)噴水裝置整體更換為霧化噴頭式噴水裝置，沿低壓缸排汽口周向布置6～8個霧化噴嘴。

2 改造后機(jī)組性能分析

汽輪機(jī)低壓缸零出力改造后，同改造前相比，將低壓缸原做功蒸汽用于供熱，一方面相對增大了機(jī)組抽汽供熱能力，降低了機(jī)組電負(fù)荷，同時機(jī)組發(fā)電煤耗相對降低;另一方面，如果保持機(jī)組抽汽供熱量同改造前保持不變，則對應(yīng)的機(jī)組主蒸汽流量下降，機(jī)組電負(fù)荷下降，增大了機(jī)組電負(fù)荷調(diào)峰能力，同時機(jī)組發(fā)電煤耗降低。

2.1 供熱能力對比分析

低壓缸零出力供熱改造前后，不同工況下機(jī)組發(fā)電及供熱抽汽能力核算結(jié)果見表1。

由表1看出，在機(jī)組不同主蒸汽流量條件下，改造后機(jī)組抽汽量增加了約120t/h，抽汽供熱能力增大約87MW，對應(yīng)供熱面積增大約188萬m2，不同工況下發(fā)電煤耗降低40.6 g/（kW·h）～ 71.3 g/（kW·h）。

2.2調(diào)峰能力對比分析

改造前、后機(jī)組電負(fù)荷調(diào)峰能力對比分析以抽汽供熱量相等為對比基準(zhǔn)，改造前后電負(fù)荷調(diào)峰能力對比分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，相比于改造前在保證對外供熱負(fù)荷不變的條件下低壓缸零出力改造后可使發(fā)電功率下降約50MW，大大提高了機(jī)組的調(diào)峰能力。

3 改造效果

某3機(jī)組完成低壓缸零出力改造后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)行相應(yīng)的性能試驗，得到不同負(fù)荷下機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)見表2。

由表2可知，在切除低壓缸進(jìn)汽狀態(tài)，機(jī)組處于背壓機(jī)狀態(tài)工作，機(jī)組的發(fā)電功率、供熱抽汽流量與主蒸汽流量成正比。在機(jī)組供熱能力方面，機(jī)組最大供熱抽汽流量達(dá)到663t/h，供熱熱負(fù)荷達(dá)到495MW，對應(yīng)供熱面積約1077萬m2。

在機(jī)組深度調(diào)峰方面，在保證356t/h供熱抽汽流量的條件下，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可降至98.7MW。由供熱抽汽流量與主蒸汽流量、發(fā)電負(fù)荷關(guān)系曲線可知，隨著主蒸汽流量降低，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可進(jìn)一步降低，在機(jī)組400t/h主蒸汽流量條件下，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可降至約80MW。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)分析了某330MW機(jī)組低壓缸零出力的改造方案，提出了汽輪機(jī)本體、低壓通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)和低壓缸噴水減溫系統(tǒng)的改造方案，并通過改造后的熱力性能試驗分析了低壓缸零出力改造對機(jī)組性能的影響。結(jié)論如下：

1）對低壓缸零出力供熱改造，需要進(jìn)行供熱蝶閥改造、完善低壓缸運(yùn)行監(jiān)視測點、末級葉片抗水蝕金屬耐磨層噴涂處理、設(shè)置低壓通流冷卻蒸汽系統(tǒng)以及低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造等技術(shù)措施。

2）改造后機(jī)組抽汽量增加了約120t/h，抽汽供熱能力增大約87MW，且大幅降低了發(fā)電煤耗;在保證對外供熱負(fù)荷不變的條件下，改造后可使發(fā)電功率下降約50MW，大大提高了機(jī)組的調(diào)峰能力。

3）性能試驗結(jié)果表明，機(jī)組最大供熱抽汽流量可達(dá)663t/h，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可降至約80MW，大幅度提高了機(jī)組供熱能力和調(diào)峰能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李秉正， 賈勤勞， 寧哲， 等. 超臨界600MW抽汽供熱汽輪機(jī)組在工業(yè)供熱中的應(yīng)用分析[J]. 熱力發(fā)電，2008， 37（11）： 15-17.

[2] 江浩， 黃家駟， 王浩. 200MW高背壓循環(huán)水供熱機(jī)組熱力特性研究[J]. 熱力發(fā)電， 2015， 44（4）： 17-21.

[3] 閆森， 王偉芳， 蔣浦寧. 300 MW 汽輪機(jī)供熱改造雙低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù)應(yīng)用[J]. 熱力發(fā)電， 2015， 44（1）： 10-12.