350 MW超臨界機(jī)組低負(fù)荷期間提高熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱能力

賈文飛， 董曙君

（內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017010）

0 引 言

由上海汽輪機(jī)廠制造，型號(hào)為CJK350-24.2/0.42/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、抽汽凝汽式間接空冷汽輪機(jī)，目前已大量應(yīng)用于城市熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。其中熱網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)利用汽輪機(jī)的五段抽汽加熱，五段抽汽來(lái)自中壓缸排汽端的下部?jī)蓚€(gè)對(duì)稱的直徑為φ1000 mm的抽汽口，抽汽將循環(huán)水升溫后送入熱網(wǎng)提供給用戶。每臺(tái)機(jī)組設(shè)兩臺(tái)熱網(wǎng)加熱器，兩臺(tái)機(jī)組的4臺(tái)熱網(wǎng)加熱器并聯(lián)加熱熱網(wǎng)循環(huán)水運(yùn)行。此次研究的某電廠投產(chǎn)以來(lái)兩臺(tái)機(jī)組熱網(wǎng)系統(tǒng)在50%負(fù)荷運(yùn)行期間供熱抽汽出力較低，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)抽汽量，使供熱參數(shù)無(wú)法滿足供熱調(diào)度要求。鑒于此問(wèn)題，機(jī)組在經(jīng)歷了一系列的改造和相關(guān)技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，機(jī)組出力得到了改善，本文就其相關(guān)改造及技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行論述。

1 熱網(wǎng)系統(tǒng)初始運(yùn)行狀態(tài)簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)機(jī)組雙機(jī)投運(yùn)，汽輪機(jī)共分為七段抽汽，其中，熱網(wǎng)抽汽來(lái)自中壓缸排汽端的下部?jī)蓚€(gè)對(duì)稱的直徑為1000 mm的抽汽口，抽汽管道分別設(shè)置供熱抽汽控制閥門(mén)，送入兩臺(tái)并列熱網(wǎng)加熱器中。熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)為調(diào)整抽汽壓力額定值0.42 MPa，最大采暖抽汽工況292.363 MW，最大抽汽量500 t/h；額定采暖抽汽工況313.409 MW，額定抽汽量380 t/h,；額定純凝汽功率350 MW, 最大抽汽量100 t/h；AGC投入模式最低負(fù)荷175 MW，最大抽汽量240 t/h。熱網(wǎng)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)通過(guò)供熱抽汽控制閥控制抽汽流量，同時(shí)機(jī)組設(shè)置了低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥，進(jìn)入供暖期可關(guān)小低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥來(lái)減少低壓缸進(jìn)汽，同時(shí)增加熱網(wǎng)抽汽流量[1]。供熱抽汽控制閥在運(yùn)行過(guò)程中調(diào)節(jié)級(jí)壓力大于4 MPa方可投入運(yùn)行，可以分為兩種控制模式：手動(dòng)控制閥門(mén)開(kāi)度模式和自動(dòng)跟蹤中壓缸排汽壓力模式。由于機(jī)組測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)安裝問(wèn)題，沒(méi)有直接的中壓缸排汽壓力測(cè)點(diǎn)，低壓缸進(jìn)汽壓力測(cè)點(diǎn)安裝在低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥后，不能真實(shí)反映中壓缸排汽壓力情況，所以測(cè)點(diǎn)選取選自五段抽汽壓力來(lái)代替，如圖1所示。

圖1 汽輪機(jī)五段抽汽示意圖

機(jī)組在投運(yùn)初期，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中均不能滿足熱網(wǎng)抽汽要求。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷為176 MW，熱網(wǎng)加熱器疏水流量為175 t/h,主蒸汽流量為592 t/h ，給水流量為646 t/h，低壓缸進(jìn)汽壓力為0.09 MPa，此時(shí)六抽壓力為0.008 MPa，因六抽壓力降低導(dǎo)致6號(hào)低加液位上漲，事故疏水門(mén)開(kāi)啟，此時(shí)只有降低熱網(wǎng)疏水流量至170 t/h以下，才能維持6號(hào)低加正常運(yùn)行。在此期間，中壓缸排汽壓力在0.23 MPa左右，低壓缸進(jìn)汽壓力在0.09 MPa左右，熱網(wǎng)加熱器進(jìn)出水溫差在10 ℃左右。

通過(guò)第一年運(yùn)行情況分析，發(fā)現(xiàn)了限制熱網(wǎng)系統(tǒng)出力的情況主要是6號(hào)低加的正常液位維持不住，若切除6號(hào)低加運(yùn)行，則降低了給水溫度，進(jìn)一步限制機(jī)組熱網(wǎng)出力。另外，隨著低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥的逐步關(guān)小、供熱抽汽控制閥的逐步開(kāi)大，高、中壓內(nèi)各抽汽級(jí)壓力增大，其中五抽壓力的增幅最明顯，5號(hào)低加的抽汽量明顯增大。因此低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥和供熱抽汽控制閥的閥位情況成為了進(jìn)一步制約熱網(wǎng)供熱能力的又一條件。應(yīng)努力匹配調(diào)節(jié)級(jí)壓力與中排壓力的限制值，以保證抽汽能力的改善。

2 提高機(jī)組負(fù)荷期間供熱能力

通過(guò)對(duì)熱網(wǎng)抽汽能力限制條件的分析可以得出以下影響因素：1）汽機(jī)綜合閥位指令限幅值設(shè)置不當(dāng)；2）低壓缸進(jìn)汽壓力大，導(dǎo)致六抽汽壓力低；3）六段抽汽正常疏水管道阻力大；4）五段抽汽的抽汽量過(guò)大。

針對(duì)影響因素的分析，并考察現(xiàn)場(chǎng)情況，采取了相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)，在經(jīng)歷了一系列改造和實(shí)施后，目前，低負(fù)荷期間的供熱能力已經(jīng)有了明顯的改善，最近一次的抽汽試驗(yàn)得出在機(jī)組負(fù)荷為175 MW時(shí)，最大抽汽量試驗(yàn)值為240 t/h；機(jī)組負(fù)荷為210 MW時(shí)，最大抽汽量試驗(yàn)值為320 t/h；機(jī)組負(fù)荷為260 MW時(shí)，最大抽汽量試驗(yàn)值為419 t/h。下面就相關(guān)技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備改造情況進(jìn)行分享探討。

2.1 6號(hào)低加管道的改造

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究發(fā)現(xiàn)，6號(hào)低加正常疏水管道在出水管道處，就地有爬升現(xiàn)象，造成管道疏水阻力增大，影響了6號(hào)低加正常疏水。在經(jīng)過(guò)探討研究后，利用機(jī)組的檢修期間對(duì)6號(hào)低加進(jìn)行了改造，根據(jù)以往數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)6號(hào)低壓抽汽壓力降低至0.10 MPa時(shí)事故疏水開(kāi)啟，可知正常疏水管道的阻力為0.10 MPa時(shí)，會(huì)出現(xiàn)疏水不暢情況。通過(guò)降低6號(hào)低加正常疏水管路標(biāo)高，將原有6號(hào)低加至7號(hào)低加正常疏水管道由目前的爬坡4.3 m高度降低至1.8 m高度位置，管道阻力可由目前的0.100 MPa降低至0.100-0.025=0.075 MPa。正常疏水管道阻力降低至0.075 MPa時(shí)，可以滿足6號(hào)低壓加熱器正常疏水在供熱時(shí)的正常調(diào)整，不用開(kāi)啟事故疏水，并且可增大機(jī)組的供熱量。同時(shí)，將低加出口管道存在的爬坡4 m高度的U形彎取消，消除管路中存在的水阻和汽阻，同時(shí)減少?gòu)濐^，使管路阻力減少，還對(duì)6號(hào)低加的疏水調(diào)門(mén)進(jìn)行了清理，減少調(diào)門(mén)處的阻力，如圖2所示。

圖2 6號(hào)低加管道的改造

2.2 綜合閥位限制值修正

汽機(jī)的綜合閥位的設(shè)定值是影響機(jī)組供熱能力的重要因素，低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥和供熱抽汽控制閥的閥位配合調(diào)整[2]。進(jìn)行熱網(wǎng)抽汽量的調(diào)整，低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥關(guān)小時(shí)，中壓缸排汽進(jìn)行節(jié)流，五抽壓力隨之增大，但也會(huì)造成調(diào)節(jié)級(jí)壓力的升高，調(diào)節(jié)級(jí)壓力與中排壓力的限制值也會(huì)進(jìn)一步制約低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥的開(kāi)度；供熱抽汽控制閥開(kāi)大時(shí)，熱網(wǎng)抽汽能力增大，但調(diào)節(jié)級(jí)壓力和中壓缸排汽壓力也會(huì)隨之降低[3]。低壓缸進(jìn)汽壓力減小后，安裝在低壓缸的六抽管道進(jìn)汽壓力也會(huì)隨之減小，同時(shí)，隨著低壓缸進(jìn)汽的節(jié)流，進(jìn)入低壓缸的蒸汽減少，蒸汽做功后的濕度增加，會(huì)對(duì)低壓缸的葉片造成損害。因此，如何考量汽輪機(jī)綜合閥位的調(diào)整成為了一個(gè)需要攻克的難題。

通過(guò)熱網(wǎng)調(diào)整過(guò)程中，閥位對(duì)低加液位及熱網(wǎng)抽汽流量的影響，確定了P中排+0.01=(P調(diào)節(jié)級(jí)+0.086)/30的調(diào)整公式，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況，機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)壓力改變時(shí)，確定出中排壓力的限制值，再通過(guò)低壓缸進(jìn)汽調(diào)整閥和供熱抽汽控制閥的閥位配合調(diào)整保證中排壓力，從而對(duì)低壓缸進(jìn)汽壓力也提供了保障[4]。經(jīng)過(guò)修正后的汽輪機(jī)閥位限制值，其運(yùn)行工況更貼近設(shè)計(jì)抽汽工況。

2.3 系統(tǒng)的一些其他運(yùn)行措施

經(jīng)過(guò)上述的改造以后，熱網(wǎng)的抽汽能力得到了大幅的提高，但一些簡(jiǎn)單的措施仍然可以對(duì)提高熱網(wǎng)抽汽能力起到一定的效果。5號(hào)低加的抽汽量增大便是其中一個(gè)重要因素，因5號(hào)低加疏水沒(méi)有流量測(cè)點(diǎn)，不能直接觀察數(shù)據(jù)，但相比純凝工況，在機(jī)組給水量相同的前提下，5號(hào)低加進(jìn)出口凝結(jié)水溫差提高了8 ℃左右，5號(hào)低加的進(jìn)汽管道和熱網(wǎng)抽汽管道取自同一母管，過(guò)多的分?jǐn)偝槠渴沟脽峋W(wǎng)出力受限。因此，在供暖期，可采用節(jié)流調(diào)節(jié)的方法，將5號(hào)低加進(jìn)汽電動(dòng)門(mén)進(jìn)行節(jié)流，減小抽汽量的分?jǐn)偂?/p>

另外，由于熱網(wǎng)循環(huán)水的水質(zhì)要求不高，且熱網(wǎng)循環(huán)水的流量在10 000 t/h左右, 因此對(duì)于換熱器的臟污結(jié)垢情況有明顯的影響，這就需要供熱機(jī)組利用每年的供熱中斷期對(duì)換熱器進(jìn)行足夠的保養(yǎng)和清洗，以保障供熱能力滿足要求。

3 提高供熱能力的建議

經(jīng)過(guò)上述的應(yīng)用，在低負(fù)荷期間熱網(wǎng)供熱能力的提高有了顯著的數(shù)據(jù)支持。從最開(kāi)始負(fù)荷176 MW、熱網(wǎng)抽汽流量175 t/h增長(zhǎng)至負(fù)荷175 MW、最大抽汽量240 t/h，增長(zhǎng)的75 t/h抽汽量使機(jī)組在低負(fù)荷期間完全能夠滿足冬季供熱要求。不同機(jī)組的應(yīng)用情況不盡相同，但提高熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱能力的思路大同小異，在保證機(jī)組安全、正常運(yùn)行的前提下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況去分析找出解決方案，減少系統(tǒng)的阻力，提高熱網(wǎng)抽汽的壓力、增加設(shè)備的可靠性和清潔程度，通過(guò)調(diào)整措施，在原有的基礎(chǔ)上盡可能加大熱網(wǎng)抽汽所占比重。當(dāng)然，對(duì)于一些新技術(shù)的應(yīng)用也可以經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)測(cè)算后進(jìn)行引進(jìn)和改良。

但前提是經(jīng)濟(jì)性是在安全性之后所考慮的問(wèn)題，每一個(gè)閥門(mén)、管道的改造應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)算和安全性試驗(yàn)。例如，熱網(wǎng)抽汽調(diào)整閥門(mén)組安裝的位置，曾因距五抽排汽口較遠(yuǎn)，導(dǎo)致機(jī)組做甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)造成超速，后將閥門(mén)位置前移2 m方滿足試驗(yàn)要求。所有的試驗(yàn)和結(jié)果都需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)的支持，任何的改造及新方法的使用也都需要反復(fù)論證。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)得到應(yīng)用，當(dāng)管理手段無(wú)法使經(jīng)濟(jì)效益得到有效的提升之后，需要進(jìn)行技術(shù)革新。但是一些早期投入生產(chǎn)的機(jī)組卻面臨著新技術(shù)應(yīng)用成本和得到收益情況的測(cè)算及對(duì)比考量情況。在這之前，只能通過(guò)一些技術(shù)改造及精細(xì)化調(diào)整手段來(lái)彌補(bǔ)效率的差異，這些就需要發(fā)動(dòng)智慧去進(jìn)行管理調(diào)整。在越來(lái)越多的350 MW超臨界機(jī)組應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)的今天，如何通過(guò)細(xì)化調(diào)整管理及技術(shù)改造應(yīng)用來(lái)提高其供熱能力、降低供熱成本是需要繼續(xù)探討的一大課題。