煤電機(jī)組切缸改造工程技術(shù)分析

路建偉,趙慧文

(國(guó)能龍?jiān)措娏夹g(shù)工程有限責(zé)任公司，北京 100039)

雙碳目標(biāo)下，大規(guī)模新能源電力并網(wǎng)消納問(wèn)題已成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》提出：存量煤電機(jī)組靈活性改造應(yīng)改盡改，“十四五”期間完成2億kW，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000～4000萬(wàn)kW，促進(jìn)清潔能源消納[1]。這項(xiàng)政策將會(huì)大力推動(dòng)燃煤電廠調(diào)峰技術(shù)改造工作的開展。

對(duì)比各種調(diào)峰改造技術(shù)，切除低壓缸進(jìn)汽技術(shù)以其投資成本低、調(diào)峰能力強(qiáng)及切換靈活等優(yōu)點(diǎn)得到業(yè)內(nèi)人士廣泛關(guān)注[2-3]。本技術(shù)由西安熱工院有限公司首先開展試驗(yàn)，此后在多個(gè)電廠得到應(yīng)用。切缸改造部分技術(shù)已被廣泛認(rèn)可，已有多位學(xué)者開展了相關(guān)研究[4-6]。但在管道系統(tǒng)改造方面論述較少。本文總結(jié)了切缸改造工程涉及的相關(guān)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)管道系統(tǒng)改造部分進(jìn)行了分析。

1 切除低壓缸技術(shù)

1.1 技術(shù)概述

切除低壓缸進(jìn)汽技術(shù)的基本原理是關(guān)斷中低壓連通管上液動(dòng)蝶閥，將原來(lái)進(jìn)入低壓缸的蒸汽引至熱網(wǎng)加熱器，通過(guò)熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水對(duì)外供熱，見圖1。這種技術(shù)可大幅提高機(jī)組供熱能力，有效降低最小技術(shù)出力，從而達(dá)到熱電解耦的目的[4]。改造后機(jī)組運(yùn)行更加靈活，可以有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰需求。

1.2 低壓缸運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)改造

汽輪機(jī)在切缸工況下運(yùn)行時(shí)，只有少量蒸汽進(jìn)入低壓缸，此時(shí)偏離設(shè)計(jì)工況較大，需增加或者改造部分溫度、壓力檢測(cè)點(diǎn)保障機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1 切缸改造示意圖

1.3 低壓缸末級(jí)葉片噴涂改造

切缸工況下低壓缸容積流量較小，處于鼓風(fēng)狀態(tài)，這將引起低壓缸末兩級(jí)葉片及其后部溫度上升，需使用噴水減溫裝置來(lái)降低運(yùn)行溫度。但這樣會(huì)加劇葉片的水蝕狀況，為保證機(jī)組安全運(yùn)行，末級(jí)葉片需要做噴涂處理。

1.4 新增冷卻低壓缸蒸汽管道系統(tǒng)

核實(shí)原有中低壓連通管上閥門關(guān)閉嚴(yán)密性，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)不滿足切缸工況向低壓缸泄漏蒸汽量要求時(shí)，需更換為可完全密封的液壓蝶閥。

切缸運(yùn)行工況，為降低低壓缸由于鼓風(fēng)狀態(tài)導(dǎo)致的溫升，新增加一路蒸汽管道系統(tǒng)冷卻低壓缸。管道系統(tǒng)由中壓缸排汽接入，接至低壓缸進(jìn)汽管(中低壓連通管道密封蝶閥后合適位置)。冷卻蒸汽管路上設(shè)置關(guān)斷閥、調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，見圖1。新增蒸汽管路系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)熱控測(cè)點(diǎn)，并將其引入DCS控制系統(tǒng)。

300 MW機(jī)組冷卻蒸汽流量一般選擇20 t/h，具體流量應(yīng)根據(jù)冷卻蒸汽參數(shù)及末幾級(jí)葉片安全運(yùn)行要求確定[7-8]。

1.5 低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造

為有效控制低壓缸溫度，低壓缸噴水管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥與流量閥，調(diào)節(jié)減溫水流量。原低壓缸噴水裝置霧化效果較差時(shí)，宜將其整體更換為霧化噴頭式噴水裝置。

2 某電廠切缸技術(shù)分析

2.1 機(jī)組概況

某電廠現(xiàn)有2×210 MW供熱機(jī)組，1、2號(hào)機(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的抽凝超高壓汽輪機(jī)。

2.2 采暖抽汽管道系統(tǒng)改造

從汽輪機(jī)中低壓連通管液壓蝶閥前引出蒸汽至原有熱網(wǎng)加熱器。蒸汽在熱網(wǎng)加熱器內(nèi)冷卻凝結(jié)為疏水后進(jìn)入新增加疏水冷卻器進(jìn)一步冷卻。

在采暖抽汽管道改造過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

a.采暖抽汽管道上依次安裝安全閥、氣動(dòng)逆止閥、液動(dòng)快關(guān)閥、電動(dòng)蝶閥。在汽輪機(jī)甩負(fù)荷或加熱器水位超過(guò)危險(xiǎn)值時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉電動(dòng)閥和氣動(dòng)逆止閥，防止汽輪機(jī)超速和加熱器內(nèi)疏水倒灌入汽輪機(jī)。

b.采暖抽汽管道靠近汽輪機(jī)的動(dòng)力止回閥或電動(dòng)關(guān)斷閥前應(yīng)設(shè)自動(dòng)疏水點(diǎn)，管道上所有低點(diǎn)及孔板流量計(jì)前應(yīng)設(shè)自動(dòng)疏水，疏水應(yīng)單獨(dú)接至疏水?dāng)U容器或凝汽器。

c.盡量不用補(bǔ)償器，若必須使用時(shí)建議采用橫向大拉桿波紋補(bǔ)償器或曲管壓力平衡波紋補(bǔ)償器。在進(jìn)行管道系統(tǒng)熱應(yīng)力分析時(shí)，應(yīng)與設(shè)備商溝通，準(zhǔn)確代入補(bǔ)償器模型相關(guān)數(shù)據(jù)。金屬波紋補(bǔ)償器不得承受扭矩。

d.一般新加采暖抽汽管道管徑粗、溫度高，廠房改造空間有限、結(jié)構(gòu)承載力下降，不利于管道布置。一旦管道布置方案確定開始施工后再調(diào)整難度較大。因此在設(shè)置支吊架時(shí)一定要認(rèn)真落實(shí)每個(gè)支吊點(diǎn)根部位置的可行性，尤其是土建結(jié)構(gòu)的承載能力，確保后期施工不出現(xiàn)變更。

2.3 熱網(wǎng)疏水系統(tǒng)適配性分析與改造

機(jī)組原熱網(wǎng)加熱器疏水自汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)返回除氧器?？紤]切缸改造后，機(jī)組凝結(jié)水流量大幅減小，為提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性，需在原加熱器疏水系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)返回凝汽器支路。為進(jìn)一步降低疏水溫度，支路設(shè)置由熱網(wǎng)循環(huán)水冷卻的疏水冷卻器。疏水冷卻器應(yīng)有足夠的換熱面積，保證疏水出口溫度不高于60 ℃。

根據(jù)采暖抽汽參數(shù)、原有管道系統(tǒng)布置情況，提出如下2種疏水管道改造方案(見表1、圖2、圖3)。

圖2 方案1疏水接口示意圖

圖3 方案2疏水接口示意圖

表1 疏水系統(tǒng)改造方案

本項(xiàng)目最終確定采用方案1，且經(jīng)過(guò)一個(gè)采暖期后，系統(tǒng)運(yùn)行良好。新增疏水管路進(jìn)入凝汽器的流量滿足安全運(yùn)行要求。

3 結(jié)論

a.本文總結(jié)了切缸改造工程采暖抽汽管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些特點(diǎn)及注意事項(xiàng)，可供同類工程參考。

b.通過(guò)本次改造工程，證明切缸改造疏水管道從原有疏水泵入口母管接入，依靠抽汽背壓及水位差作用將疏水排入凝汽器的方案可行。