燃煤機(jī)組供熱改造以及中壓調(diào)門節(jié)流技術(shù)的運(yùn)用

國(guó)家能源集團(tuán)諫壁公司 韋一樂(lè)

隨著電力市場(chǎng)改革的不斷深入，作為我國(guó)發(fā)電主力軍的燃煤電廠在保證安全的情況下不斷提高自己的經(jīng)濟(jì)效益是能夠在這場(chǎng)改革洪流中不斷前進(jìn)的源源動(dòng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益一方面是降低運(yùn)行成本，比如摻燒低價(jià)煤、降低供電煤耗、降低綜合廠用電率等手段，經(jīng)過(guò)多年多輪次的改造，采用鍋爐采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)、加裝低溫省煤器、汽輪機(jī)通流部分改造、采用變頻電機(jī)等手段，先進(jìn)的百萬(wàn)機(jī)組發(fā)電廠用電率已經(jīng)降低到接近2.0%，供電煤耗降低到260g/kWh左右，300MW級(jí)別機(jī)組的供電煤耗也降到300g/kWh左右；鍋爐摻燒低價(jià)煤也能達(dá)到50%甚至更高。但改造后系統(tǒng)更加復(fù)雜，對(duì)于運(yùn)行操作的要求越來(lái)越高，設(shè)備發(fā)生故障、人員誤操作的情況時(shí)有發(fā)生。

要提高燃煤電廠經(jīng)濟(jì)效益主要還是要增加發(fā)電以外的收入。比如煤燃燒產(chǎn)生的煤渣和煤灰通過(guò)加工可以作為建筑材料，脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)品石膏也可以用于建材等行業(yè)。但最簡(jiǎn)單、最有效的還是發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，將汽輪機(jī)的抽汽或排汽供給需要的企業(yè)或者居民以帶來(lái)額外的收入。隨著國(guó)家對(duì)火電機(jī)組排放要求的不斷提高，一些供熱的小火電機(jī)組也因?yàn)槲廴疚锱欧艧o(wú)法達(dá)到國(guó)家的環(huán)保要求而關(guān)停，給大型火電廠帶來(lái)了更大的商機(jī)。

1 機(jī)組介紹及供熱改造情況

某電廠兩臺(tái)330MW機(jī)組分別投產(chǎn)于2003年和2004年，現(xiàn)汽輪機(jī)型號(hào)N330-17.0/543/565，為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、雙缸（高中壓合缸）、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，剛投產(chǎn)時(shí)基本沒(méi)有對(duì)外供熱的能力。機(jī)組采用八級(jí)抽汽回?zé)嵫h(huán)，分別供給三個(gè)高壓加熱器、除氧器、兩臺(tái)給水泵小汽輪機(jī)、四臺(tái)低壓加熱器。高壓缸第15級(jí)的抽汽至#7高加，高壓缸排汽部分至#6高加，其他抽汽口均布置在中、低壓缸。

通過(guò)兩次改造每臺(tái)機(jī)組分別安裝了三套供熱系統(tǒng)：一套冷再供熱系統(tǒng)以及兩套高再供熱系統(tǒng)，分別命名為冷再供熱、#1高再供熱和#2高再供熱。冷再供熱用的是高壓缸排汽（壓力3.95MPa、溫度326℃），壓力1.2~1.6MPa，最大供熱流量50t/h。#1高再供熱利用再熱器出口的蒸汽（壓力3.43MPa、溫度568℃）作為汽源，利用給水泵中間抽頭來(lái)水（壓力5.1MPa、溫度168℃）作為減溫水。出口蒸汽壓力1.2~1.6MPa、溫度250~320℃，最大供熱流量100t/h。

#2高再供熱也是利用再熱器出口的蒸汽，減溫水來(lái)自新加裝的兩臺(tái)減溫水升壓泵，每臺(tái)額定流量50t/h，水源取自凝泵出口的主凝結(jié)水管道。#2高再供熱壓力1.2~1.6MPa、溫度260~300℃，最大流量150t/h。三套供熱系統(tǒng)投用后，每臺(tái)機(jī)組的最大供熱量達(dá)到到300t/h，大大提高了機(jī)組的供熱能力。與之配套的是凝汽器增加了三路補(bǔ)水：加裝了一臺(tái)流量為100t/h的凝結(jié)水輸送泵；增加了兩路由化學(xué)除鹽水泵直接供給的補(bǔ)水，每路最大補(bǔ)水量都是100t/h，總的補(bǔ)水量增加在300t/h左右。

2 供熱改造后的情況分析

將抽汽作為汽源對(duì)外供熱，減少了汽輪機(jī)凝汽器處的冷源損失，提高了汽輪機(jī)的效率，降低了供電煤耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

由于新能源發(fā)電機(jī)組的不斷投產(chǎn)，而新能源發(fā)電機(jī)組的發(fā)電穩(wěn)定性不夠，對(duì)于作為常規(guī)的火電機(jī)組的調(diào)峰能力有了更大的要求，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是要根據(jù)電網(wǎng)的要求能大幅度的改變機(jī)組出力。特別是在電網(wǎng)需求較低的時(shí)候，要能將機(jī)組的負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在一定較低的水平，而低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)于燃煤機(jī)組而言是一個(gè)很大的考驗(yàn)?，F(xiàn)階段電網(wǎng)對(duì)燃煤機(jī)組要求是40%的深度調(diào)峰，以后隨著新能源機(jī)組更多的投產(chǎn)，調(diào)峰的深度會(huì)越來(lái)越低。

低負(fù)荷時(shí)有幾個(gè)難點(diǎn)：對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)，由于負(fù)荷低、給煤量就低、爐膛內(nèi)燃燒的煤粉就少，燃燒的穩(wěn)定就差，嚴(yán)重的話會(huì)發(fā)生滅火等事故。脫銷系統(tǒng)處的煙溫也會(huì)隨著負(fù)荷的下降而降低，不能滿足設(shè)計(jì)要求，使脫銷系統(tǒng)也因?yàn)闊煖氐南陆惦y以投入運(yùn)行；對(duì)于汽輪機(jī)，負(fù)荷低、對(duì)應(yīng)的給水泵流量就低，容易產(chǎn)生汽蝕，需要打開一臺(tái)給水泵的再循環(huán)門增加給水泵的流量。再者低負(fù)荷抽汽壓力下降、做功能力下降，給水泵小汽輪機(jī)的進(jìn)汽量可能不夠，需要參加輔助汽源。

雖然機(jī)組通過(guò)一些改造已經(jīng)克服了這些困難，能夠滿足電網(wǎng)對(duì)深度調(diào)峰的要求，但隨著電網(wǎng)對(duì)于深度調(diào)峰的需求越來(lái)越高，調(diào)峰的深度會(huì)越來(lái)越低。在深度調(diào)峰時(shí)大量對(duì)外供熱，不僅僅可以增加蒸發(fā)量、給水量、凝水量、抽汽量，提高了機(jī)組的熱效率，更加好的是增加了鍋爐熱負(fù)荷，提高了燃煤量，使燃燒的穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，又可以提高排煙溫度，保證了脫銷系統(tǒng)的投用率。

機(jī)組在AGC的狀態(tài)下，由于電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷的調(diào)整比較的頻繁、機(jī)組負(fù)荷時(shí)上時(shí)下，對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)就需要隨時(shí)啟停磨煤機(jī)來(lái)滿足外界的需求，但頻繁的啟停磨煤機(jī)不僅對(duì)運(yùn)行人員操作量的增加，而且容易發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸等事故。在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)整供熱量來(lái)減少鍋爐蒸發(fā)量的變化幅度，從而減少制粉系統(tǒng)的操作，提高機(jī)組的整體安全性。

在冷再供熱投用的情況下，可以通過(guò)調(diào)整冷再供熱的流量來(lái)調(diào)整再熱汽溫。這是因?yàn)槔湓俟岬钠慈∽栽贌崞髑暗墓艿溃黾恿死湓俟崃髁烤拖喈?dāng)于減少了再熱器的進(jìn)汽量，在再熱器受熱面熱負(fù)荷不變的情況下，單位質(zhì)量的再熱汽吸熱量增加，再熱汽溫度就上升。相反，減少冷再供熱流量，就降低的再熱汽溫。這種情況在機(jī)組負(fù)荷低、冷再供熱流量大是尤為明顯，而低負(fù)荷再熱溫就很難維持在一個(gè)較高的水平，通過(guò)增加冷再供熱流量就可以明顯提高再熱器溫，提高蒸汽的品質(zhì)。

在機(jī)組供熱流量較大時(shí)，各級(jí)抽汽量都有了較大的變化，使整個(gè)軸系的軸位移、差脹發(fā)生變化，可能引起各支持軸承的溫度振動(dòng)、推力軸承溫度、回油溫度的變化，這需要引起足夠的重視。

由于機(jī)組在增加供熱系統(tǒng)時(shí)沒(méi)有專門對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)同通流部分進(jìn)行同步的增容。在供熱流量較大的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)組的負(fù)荷達(dá)不到額定出力的情況，這就需要和電網(wǎng)加強(qiáng)溝通，平衡好供熱和電負(fù)荷的關(guān)系。

供熱量的增加，不僅補(bǔ)水量要增加，化學(xué)的制水能力也要同步的增容。運(yùn)行中根據(jù)供熱量的增加，及時(shí)提高補(bǔ)水量，防止凝汽器、除氧器、汽包水位的下降。由于增加了多路的供熱管道，為防止汽輪機(jī)超速。要求定期對(duì)供熱管道的快關(guān)閥進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)有卡澀的現(xiàn)象，就要立即隔離對(duì)應(yīng)的供熱系統(tǒng)，在沒(méi)有消除缺陷前嚴(yán)禁投用。

3 中壓調(diào)門節(jié)流技術(shù)的運(yùn)用

3.1 機(jī)組負(fù)荷高低也是決定能供多少蒸汽很大因素

在機(jī)組負(fù)荷低時(shí)，特別是在機(jī)組進(jìn)行最低出力考核或深度調(diào)峰的時(shí)候，對(duì)外供熱的能力明顯下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到300t/h的設(shè)計(jì)能力。而在有些時(shí)候，比如節(jié)假日電網(wǎng)負(fù)荷顯著降低，外界對(duì)供熱的要求并沒(méi)有下降多少，加之有部分機(jī)組調(diào)停，那么對(duì)在運(yùn)機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)也有較高的供熱需求。而這時(shí)機(jī)組的供熱能力低，兩者產(chǎn)生了很大的矛盾。

為了提高在低負(fù)荷時(shí)的供熱能力，將中調(diào)門節(jié)流運(yùn)行，提高高壓缸排汽和再熱汽壓力，就是一個(gè)比較簡(jiǎn)單可行的方法。在A修供熱增容的同時(shí)進(jìn)行了中壓調(diào)門節(jié)流改造，增加了相關(guān)的操作畫面以及進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的邏輯修改。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，在40%深度調(diào)峰情況下，將兩側(cè)中壓調(diào)門關(guān)小至20%，在僅投用冷再供熱以及#1高再供熱的情況下，冷再供熱流量由29t/h上升至42t/h、#1高再供熱由50t/h上升至74t/h，供熱能力增加了50%左右，主機(jī)軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動(dòng)、推力軸承溫度沒(méi)有明顯的變化，一抽和高排壓力分別由2.64MPa和1.36MPa上升到2.92MPa和1.53MPa，高排溫度由305℃上升到315℃，其余的抽汽壓力略有下降，給水溫度上升6℃，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3.2 中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行投用、退出方法

需要投用時(shí)，在“DEH汽機(jī)控制總貌”畫面點(diǎn)擊“中壓調(diào)門節(jié)流控制投入”按鈕，兩中壓調(diào)門同時(shí)由原來(lái)的100%自動(dòng)關(guān)小至60%，關(guān)小時(shí)間2分鐘。隨著機(jī)組負(fù)荷、供熱流量變化，按動(dòng)中壓調(diào)門“△”或“▽”按鈕，每按動(dòng)一次兩只中壓調(diào)門對(duì)于開度變化1%。當(dāng)中壓調(diào)門開度關(guān)小到20%或高排壓力達(dá)到3.8MPa，閉鎖關(guān)小中壓調(diào)門。需要退出時(shí)，逐步開大兩側(cè)中壓調(diào)門至60%，點(diǎn)擊“中壓調(diào)門節(jié)流控制切除”按鈕，中壓調(diào)門自動(dòng)開足[1]。

3.3 中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行相關(guān)的報(bào)警及邏輯修改

高壓缸壓比高報(bào)警（分段函數(shù)）；高壓缸壓比低報(bào)警（分段函數(shù)）并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”，中壓調(diào)門自動(dòng)開足；高排溫度360℃報(bào)警并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”，中壓調(diào)門自動(dòng)開足；高排壓力高達(dá)3.8MPa報(bào)警并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”，中壓調(diào)門自動(dòng)開足；在“中壓調(diào)門節(jié)流控制”供熱運(yùn)行模式下，當(dāng)高壓缸壓比增加大解列值（分段函數(shù)）并延時(shí)30秒，連鎖停用冷再供熱和#2高再供熱，并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”，中壓調(diào)門自動(dòng)開足。

表1 各主汽壓下高壓缸壓比解列值、高報(bào)警值、低報(bào)警值統(tǒng)計(jì)表

3.4 中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行時(shí)的注意事項(xiàng)

關(guān)小、開大中壓調(diào)門時(shí)操作要緩慢，注意調(diào)門開度變化情況，兩側(cè)要保持一致，并注意EH油壓的變化情況；中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行時(shí)要注意主機(jī)軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動(dòng)、推力軸承溫度、高排壓力、高排溫度、高壓缸壓比、供熱流量、各抽汽壓力的變化情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整[2]。

供熱流量、機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)要注意高壓缸壓比、高排溫度、高排壓力的變化。如果高壓缸壓比上升接近高報(bào)值，可以減少供熱流量或繼續(xù)關(guān)小中壓調(diào)門；如果高壓缸壓比下降接近低報(bào)值，可以增加供熱流量或開大中壓調(diào)門。高壓缸排汽溫度、高壓缸排汽壓力上升接近報(bào)警值，增加供熱流量或開大中壓調(diào)門；機(jī)組負(fù)荷165MW以下，負(fù)荷變化率要降低到0.5%，供熱流量調(diào)整幅度要小，操作要更加平緩。

要多注意兩側(cè)中壓調(diào)門的開度。由于中壓調(diào)門原先設(shè)計(jì)的時(shí)候在沖轉(zhuǎn)至3000r/min后就處于開足狀態(tài)，不參與調(diào)節(jié)。在節(jié)流運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)等情況，甚至有發(fā)生門桿斷裂的危險(xiǎn)；根據(jù)多次操作的經(jīng)驗(yàn)，中壓調(diào)門開度在50%以上，節(jié)流效果不明顯，在20%~40%之間對(duì)供熱流量影響較大，因此在開度40%以下調(diào)整時(shí)一定要緩慢并隨時(shí)注意相關(guān)參數(shù)的變化情況；不要頻繁操作中壓調(diào)門開大、關(guān)??；如果經(jīng)常采用中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行，對(duì)中壓調(diào)門會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，在檢修過(guò)程中應(yīng)注意檢查。

3.5 中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行的優(yōu)缺點(diǎn)

中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行不僅可以在低負(fù)荷時(shí)投入，在中段負(fù)荷時(shí)也可以使用。最大的好處就是增加了供熱能力；深度調(diào)峰時(shí)采用中壓調(diào)門節(jié)流運(yùn)行，增加了供熱流量，提高了鍋爐的熱負(fù)荷，有利于鍋爐的穩(wěn)定性。由于一、二級(jí)抽汽壓力的上升，給水溫度也隨之上升，如果配合#0高加使用效果更加明顯，從而提高了鍋爐脫銷系統(tǒng)的溫度，增加了脫銷系統(tǒng)投用的負(fù)荷寬度；由于中壓調(diào)門處于節(jié)流狀態(tài)，降低了汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，增加了供電煤耗，經(jīng)濟(jì)性下降。但由于可以增加供熱流量，而且可以進(jìn)一步降低深度調(diào)峰的深度，帶來(lái)了額外的收益，對(duì)于燃煤電廠來(lái)說(shuō)總的收益還是提高的。

4 結(jié)語(yǔ)

燃煤發(fā)電機(jī)組、特別是30萬(wàn)級(jí)別的小機(jī)組，為了能在電力市場(chǎng)生存下去，在保證安全的情況下要想盡方法增加發(fā)電以外的收益。在周圍有熱用戶的前提下，增加供熱是一條簡(jiǎn)單可行的途徑，在采用中壓調(diào)門節(jié)流技術(shù)的前提下，基本可以在低負(fù)荷時(shí)增加50%的供熱量，從而提高了整體的供熱能力，為機(jī)組長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)，提高了在電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。對(duì)于60萬(wàn)、百萬(wàn)級(jí)別的大機(jī)組，也可以通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)提高在低負(fù)荷下的供熱能力，可以在整個(gè)火電機(jī)組上廣泛推廣。