深度調(diào)峰背景下低壓缸不進(jìn)汽改造案例分析

徐海鵬　夏明　楊志群　鄭立軍

摘? 要：本次改造采用低壓缸不進(jìn)汽改造方式，進(jìn)一步開發(fā)機(jī)組供熱潛力，改造后機(jī)組最大采暖抽汽量可達(dá)到656t/h，該公司將能滿足近三年外界采暖熱負(fù)荷需求。當(dāng)其中任何一臺機(jī)組故障停運(yùn)時(shí)，均能達(dá)到供熱安全裕度。

關(guān)鍵詞：低壓缸不進(jìn)汽;供熱潛力;供熱安全

中圖分類號：TK261? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0103-03

Abstract： This transformation adopts the transformation mode of low pressure cylinder without steam intake， and further develops the heating potential of the unit. After the transformation， the maximum heating and extraction capacity of the unit can reach 656 t/h， and the company will be able to meet the demand of external heating load in the past three years. When any one of the units is shut down， the heating safety margin can be achieved.

Keywords： low pressure cylinder without steam intake; heating potential; heating safety

1 概述

近年來，增加清潔電力供應(yīng)，促進(jìn)節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)、清潔能源等綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為趨勢。當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活性欠缺、電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式較為僵化等現(xiàn)實(shí)造成了系統(tǒng)難以完全適應(yīng)新形勢要求[1]。

煤電機(jī)組深度調(diào)峰，為風(fēng)電等新能源機(jī)組提供充足的上網(wǎng)電量，減少三北地區(qū)棄風(fēng)棄光負(fù)荷國家發(fā)展要求。為了適應(yīng)深度調(diào)峰的需要，汽輪機(jī)側(cè)可以從低壓缸入手，減少低壓缸進(jìn)汽量;通過技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)低壓缸不進(jìn)汽的工況，成為一種可行的方法。

某發(fā)電有限公司規(guī)劃容量為1800MW，為該省主力電廠之一，設(shè)計(jì)使用年限30年。一期工程安裝2臺300MW亞臨界燃煤機(jī)組，后經(jīng)通流改造設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)廠制造擴(kuò)容為330MW，并在中低壓缸連通管處打孔抽汽改為供熱機(jī)組。二期工程安裝兩臺670MW超臨界燃煤機(jī)組，兩臺機(jī)組也已經(jīng)進(jìn)行打孔抽汽改造改為供熱機(jī)組。

為了緩解電廠進(jìn)一步拓展供熱市場的熱源不足問題，有效提高現(xiàn)有機(jī)組的供熱能和調(diào)峰能力，該公司計(jì)劃實(shí)施300MW級機(jī)組進(jìn)行供熱擴(kuò)容改造。項(xiàng)目的實(shí)施將充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組集中供熱的優(yōu)勢，大大提高供熱安全可靠性，是響應(yīng)該地區(qū)供熱市場發(fā)展戰(zhàn)略布局，占領(lǐng)供熱市場的重要舉措，將對該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)及城市環(huán)境的改善起到積極的作用。

2 汽輪機(jī)概況

30萬機(jī)組汽輪機(jī)參數(shù)如表1所示。

3 供熱系統(tǒng)

3.1 一期熱網(wǎng)首站

一期熱網(wǎng)首站設(shè)計(jì)總供熱面積為1200×104m2，總設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷最大為480MW，總供熱平均為345MW，最小為240MW。設(shè)計(jì)汽源參數(shù)為0.40MPa.a，245.7℃，根據(jù)系統(tǒng)配置，疏水總回水設(shè)計(jì)溫度為90℃。熱網(wǎng)首站設(shè)計(jì)供回水溫度為130/70℃，供熱服務(wù)半徑為11km，最大供熱距離為14.8km，熱網(wǎng)首站循環(huán)水泵揚(yáng)程為115m H2O，定壓點(diǎn)壓力為0.3MPa。

一期熱網(wǎng)首站設(shè)計(jì)總用汽量688t/h，其中原熱網(wǎng)首站基本加熱器用汽量為552t/h，工業(yè)汽輪機(jī)用汽量為128t/h，補(bǔ)水除氧為8t/h。由中壓缸排汽口引出0.4MPa.a，245.7℃的過熱蒸汽進(jìn)入原熱網(wǎng)首站后，一部分進(jìn)入首站工業(yè)汽輪機(jī)以沖擊方式帶動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，工業(yè)汽輪機(jī)采用電子調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)蒸汽量，控制轉(zhuǎn)速，蒸汽做功后的0.15MPa.a、198℃背壓排汽經(jīng)各排汽支管匯入排汽總管，再進(jìn)入預(yù)熱加熱器進(jìn)行換熱;一部分經(jīng)各基本加熱器支管進(jìn)入各熱網(wǎng)首站基本加熱器，進(jìn)行換熱;另一部分經(jīng)除氧器支管，進(jìn)入除氧器，與原熱網(wǎng)首站補(bǔ)水混合除氧后，作為補(bǔ)水進(jìn)入熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng);還有一小部分蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入疏水罐調(diào)節(jié)疏水罐壓力。

熱網(wǎng)疏水由原熱網(wǎng)首站內(nèi)的疏水泵經(jīng)疏水管道送至供熱機(jī)組#2低加出口凝水管道內(nèi)。在主廠房內(nèi)還有流量測量裝置及流量調(diào)節(jié)閥控制機(jī)組的回水量。

3.2 廠區(qū)熱力管網(wǎng)

供熱抽汽管道從中壓缸排汽出口的中低壓連通管引出，在連通管上加裝三通和供熱調(diào)節(jié)閥。抽汽管道從三通分支引出，管徑為φ1420×10，管道在廠房內(nèi)架空布置，管道在出廠房后沿廠區(qū)管架到達(dá)供熱首站;采暖抽汽疏水回水采用母管制，回水溫度90℃。疏水由供熱首站內(nèi)的凝結(jié)水疏水泵經(jīng)回水管道送至1號機(jī)2號低加出口凝水管道內(nèi)。在主廠房內(nèi)由流量測量裝置及流量調(diào)節(jié)閥控制機(jī)組的回水量。

4 熱負(fù)荷現(xiàn)狀

截至2017～2018年供暖期，該公司實(shí)際民用高溫水集中供暖面積已達(dá)到1081萬m2，工業(yè)供汽量平均約15t/h，最大約30t/h。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018～2019年供暖期，民用高溫水集中供暖面積達(dá)到1800萬m2，2019～2020年供暖期，實(shí)際供暖面積達(dá)到2820萬m2。

該公司2018年供暖期實(shí)際最大供熱能力2820×104m2。根據(jù)上述熱負(fù)荷需求計(jì)劃，該公司逐年熱負(fù)荷需求面積增加見表2。

由于2020年～2021年供暖期供暖面積為3560萬m2，2021年～2022年供暖期供暖面積為3850萬m2，2022年～2023年達(dá)到4160萬m2。2019年該公司實(shí)際供熱面積為2820萬m2，全廠具備供熱能力為3405萬m2，往后三年存在著供熱缺口。因此接下來需安排好順序進(jìn)行300MW級機(jī)供熱擴(kuò)容改造和一期首站新建，以滿足連續(xù)增長的外界熱負(fù)荷需求。本次改造后，對外熱負(fù)荷預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)供暖總面積達(dá)到4160萬m2。

5 方案分析

該公司的330MW級機(jī)組中的汽輪機(jī)是亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸抽汽凝汽式汽輪機(jī)。1號機(jī)組是經(jīng)通流改造和打孔抽汽之后由純凝改為供熱的機(jī)組，中低壓缸聯(lián)通管（DN1400）打孔抽汽增加抽汽管道（DN1400）后改為采暖抽汽機(jī)組，新蒸汽進(jìn)入高中壓部分作功，膨脹至一定壓力后分為二股，一股抽出直至熱網(wǎng)首站加熱器，一股進(jìn)入低壓缸繼續(xù)膨脹作功，最后排入凝汽器。

聯(lián)通管處加裝控制采暖抽汽參數(shù)的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)采暖抽汽管道上的逆止閥、快關(guān)閥以及調(diào)節(jié)閥全關(guān)，聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥全開時(shí)即為凝汽運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)采暖抽汽為零。若通過聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥全關(guān)斷，切除低壓缸進(jìn)汽，使得中壓排汽全部用于供熱，此時(shí)機(jī)組為以熱定電的背壓機(jī)組。但實(shí)際運(yùn)行中，為了冷卻低壓缸，帶走末幾級長葉片鼓風(fēng)摩擦損失所產(chǎn)生的熱量，必須有一定量的蒸汽流過低壓部分進(jìn)入凝汽器，因此打孔抽汽時(shí)新增的聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥具有一定漏流能力，此種措施雖然保證了低壓級的安全運(yùn)行，但是限制了機(jī)組的最大供熱能力，熱電比例受限，機(jī)組無法實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的能力。

為了進(jìn)一步擴(kuò)大該公司1號機(jī)組的供熱能力，同時(shí)有效提高電廠機(jī)組的調(diào)峰能力和緩解突出嚴(yán)重的熱電矛盾，本項(xiàng)目將推出低壓缸不進(jìn)汽供熱改造技術(shù)方案。

此供熱改造方案使得機(jī)組在采暖期切除低壓缸進(jìn)汽，使其在高真空條件下“空轉(zhuǎn)”運(yùn)行;高中壓缸背壓供熱運(yùn)行，中壓排汽全部通入供熱系統(tǒng)，此種技術(shù)首先可以有效擴(kuò)大機(jī)組的供熱能力，同時(shí)可以適應(yīng)火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的需求，在保證相同供熱能力的前提下，通過切除低壓缸進(jìn)汽，進(jìn)一步降低機(jī)組負(fù)荷，以此技術(shù)來提升機(jī)組供熱能力、增大機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行能力。

6 改造后運(yùn)行方式分析

本項(xiàng)目改造完成后，當(dāng)采暖季初末期，該公司機(jī)組以抽凝狀態(tài)運(yùn)行;高寒期，可以將1號機(jī)以切缸運(yùn)行，其它機(jī)組以抽凝狀態(tài)運(yùn)行。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，該公司采暖季難以保證四臺機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。因此，分析項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，該公司四臺機(jī)組任何一臺機(jī)組停運(yùn)后機(jī)組的運(yùn)行方式。

改造后，該公司機(jī)組的采暖抽汽總量為2306t/h，折合供熱能力為1662MW，可接待供熱面積為4155萬m2。本項(xiàng)目熱負(fù)荷達(dá)產(chǎn)后，該公司全廠采暖供熱面積為4160萬m2。當(dāng)1號-4號機(jī)組任何一臺機(jī)組停運(yùn)時(shí)，全廠供熱能力均難以滿足外界熱負(fù)荷需求。如3號、4號機(jī)組停運(yùn)一臺，全廠采暖抽汽最大總量下降為1706t/h（此時(shí)1號機(jī)按切缸運(yùn)行、2號機(jī)按最大抽汽工況運(yùn)行，3號或4號機(jī)按最大抽汽工況運(yùn)行），折合供熱能力為1226MW，可接待供熱面積為3065萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為73.6%;如2號機(jī)組停運(yùn)，全廠采暖抽汽最大總量下降為1856t/h（此時(shí)1號機(jī)按切缸運(yùn)行、3號和4號機(jī)均按最大抽汽工況運(yùn)行），折合供熱能力為1342MW，可接待供熱面積為3355萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為80.6%;如1號機(jī)組停運(yùn)，全廠采暖抽汽最大總量下降為1650t/h（此時(shí)2號機(jī)按最大抽汽工況運(yùn)行，3號和4號機(jī)按最大抽汽工況運(yùn)行），折合供熱能力為1192MW，可接待供熱面積為2980萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為71.6%。因此當(dāng)1號-4號機(jī)組任何一臺機(jī)組停運(yùn)時(shí)，全廠供熱能力均難以滿足外界熱負(fù)荷需求，但是能保證70%以上供熱安全系數(shù)。

當(dāng)該公司四臺機(jī)組任何一臺機(jī)組停運(yùn)后，均可通過熱網(wǎng)供回水管道連絡(luò)管上的調(diào)節(jié)閥調(diào)整水量，保證該公司各個(gè)供熱地區(qū)的供熱安全系數(shù);當(dāng)該公司1號、2號機(jī)組任何一臺機(jī)組停運(yùn)后，3號、4號機(jī)組也可通過互聯(lián)互通的采暖抽汽管道閥門調(diào)整供汽量，保證該公司各個(gè)區(qū)域的供熱安全系數(shù)。

7 結(jié)論

本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益，同時(shí)滿足機(jī)側(cè)深度調(diào)峰的需求，為風(fēng)電、光電等新能源機(jī)組上網(wǎng)發(fā)電創(chuàng)造條件，符合當(dāng)前國家能源政策。

參考文獻(xiàn)：

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