600MW機(jī)組工業(yè)供汽改造

[摘 要]某電廠安裝兩臺600 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，為滿足工業(yè)園區(qū)用戶需求，擬對冷再和熱再進(jìn)行抽汽改造，采用溫度匹配器進(jìn)行蒸汽混合后，匯集至分汽缸，引至廠區(qū)圍墻外，實(shí)現(xiàn)對外供熱。

[關(guān)鍵詞]600 MW；抽汽改造；溫度匹配

[中圖分類號]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0045–03

Analysis of Industrial Steam Supply Transformation for 600 MW Unit

WANG Wei，WANG Fengji，XIA Ming

[Abstract]A power plant has installed two 660 MW coal-fired steam turbine generator units. In order to meet the needs of users in the industrial park， it is proposed to carry out steam extraction transformation on the cold and hot reheat. After using a temperature matching device to mix the steam， it is collected in the steam separation cylinder and led outside the factory wall to achieve external heating.

[Keywords]600 MW； steam extraction renovation； temperature matching

某電廠600 MW發(fā)電機(jī)組僅冷再抽汽管道對外供熱，熱負(fù)荷較低，熱經(jīng)濟(jì)性較差。通過熱再改造，冷再和熱再抽汽聯(lián)合供汽，以降低機(jī)組發(fā)電煤耗，保障工業(yè)園區(qū)用熱需求。

1 熱負(fù)荷分析

（1）該電廠現(xiàn)狀熱負(fù)荷根據(jù)新鄉(xiāng)公司提供的蒸汽供應(yīng)及服務(wù)框架協(xié)議，并深入考察熱用戶，調(diào)查了解熱用戶的用汽規(guī)模、用汽情況和擴(kuò)展情況，進(jìn)行詳細(xì)的分析和核準(zhǔn)。

（2）遠(yuǎn)期發(fā)展熱負(fù)荷由以下兩部分組成：①確定增長熱負(fù)荷，根據(jù)擬建項(xiàng)目的近遠(yuǎn)期熱負(fù)荷以及規(guī)劃企業(yè)調(diào)查表進(jìn)行統(tǒng)計；②潛在用熱熱負(fù)荷，根據(jù)擬建集中供熱區(qū)域總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃及建設(shè)用地性質(zhì)進(jìn)行測算。

當(dāng)前冷再抽汽管道設(shè)計熱負(fù)荷45 t/h，遠(yuǎn)期熱負(fù)荷為225 t/h；當(dāng)前設(shè)計熱負(fù)荷與遠(yuǎn)期熱負(fù)荷總計270 t/h；熱再加冷再最大抽汽量為280 t/h，大于270 t/h，因此廠內(nèi)供熱能力滿足遠(yuǎn)期規(guī)劃要求。

2 改造方案分析

2.1 潛在抽汽來源分析

該電廠圍墻處需提供2.0 MPa，350℃，才能滿足化工園區(qū)熱負(fù)荷需求。遠(yuǎn)期熱用戶總最大用汽量為224.7 t/h。兩臺機(jī)組可選抽汽口為再熱冷段、再熱熱段及中排抽汽，各抽汽口運(yùn)行參數(shù)見表1。

基于表1數(shù)據(jù)，得出初步方案設(shè)想，具體如下。

（1）主蒸汽參數(shù)較高，可利用主蒸汽推動背壓機(jī)，背壓機(jī)排汽滿足用戶需求。

（2）75%THA工況，熱再抽汽參數(shù)較高，可通過減溫減壓供給用戶；50%THA工況，可通過中調(diào)門調(diào)節(jié)，使抽汽壓力得到提升，滿足廠界要求。

（3）熱再蒸汽和冷再蒸汽壓力比較接近，溫度比需求蒸汽有高有低，可考慮溫度匹配器進(jìn)行混合。

（4）中排參數(shù)較低，可與高參數(shù)蒸汽經(jīng)過壓力匹配混合后供給用戶。

2.2 再熱蒸汽抽汽能力分析

再熱蒸汽（包括再熱冷段蒸汽和再熱熱段蒸汽）抽汽會減少汽輪機(jī)中壓缸進(jìn)汽量，汽輪機(jī)廠在核算時，主要考慮抽汽量對高中壓缸推力軸承、高中壓缸動葉片強(qiáng)度及汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

再熱冷段抽汽會對鍋爐產(chǎn)生影響，而再熱熱段抽汽對鍋爐無影響。鍋爐廠在核算再熱冷段最大抽汽量時，主要考慮抽汽量對鍋爐再熱器受熱面的影響。鍋爐再熱器溫度調(diào)節(jié)主要靠燃燒器擺動或擋板調(diào)節(jié)煙氣量，并輔以減溫水小范圍調(diào)節(jié)，當(dāng)再熱冷段抽汽量過大，送至鍋爐再熱器的蒸汽量過小時，再熱器溫度調(diào)節(jié)會超出調(diào)節(jié)范圍，導(dǎo)致再熱器受熱面超溫而爆管。

上汽廠及鍋爐廠提供的再熱冷段抽汽口最大允許抽汽流量為10%，再熱冷段+再熱熱段抽汽口最大允許抽汽流量為280 t/h（主蒸汽流量≥1 068 t/h時）。

2.3 方案可行性分析

在確定具體工業(yè)抽汽端口前，需結(jié)合所采用的工業(yè)供熱技術(shù)進(jìn)行分析。4種供熱改造方案比選如下。

（1）方案1：熱再抽汽和中排抽汽壓力匹配方案。

熱再抽汽和中排抽汽分別作為高壓蒸汽汽源和低壓蒸汽汽源，將兩股蒸汽通入壓力匹配器進(jìn)行混合。壓力匹配計算結(jié)果見表2。

由表2可知，100%THA、75%THA、50%THA 3種工況下，Δhp/Δh2的比值均較低，壓力匹配效率低或不滿足引射要求，不推薦使用此方案。

（2）方案2：熱再抽汽減溫減壓方案。

熱再抽汽作為汽源，通過直接減溫減壓供給用戶。減溫減壓計算結(jié)果見表3。

由表3可看出，50%THA工況下熱再蒸汽壓力較低，僅為2.1 MPa，與需求蒸汽壓力一致。此工況下，為保障熱再抽汽壓力維持在較高值，中壓缸進(jìn)汽調(diào)節(jié)汽閥參與調(diào)節(jié)，確保供汽壓力滿足用戶需求。

（3）方案3：汽源為主蒸汽的背壓小汽機(jī)方案。

定主蒸汽作為汽源，將高溫高壓汽源通入背壓小汽機(jī)，排汽用于供熱供給用戶。若排汽溫度較高，可采用噴水減溫，以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)性。計算結(jié)果如下：小汽機(jī)進(jìn)汽壓力13 MPa；小汽機(jī)進(jìn)汽溫度557℃；小汽機(jī)排汽壓力4 MPa；小汽機(jī)排汽溫度380℃；供給用戶蒸汽2.1 MPa、350℃；小汽機(jī)最小進(jìn)汽流量221.9 t/h；減溫水流量2.8 t/h。

由計算結(jié)果可以看出，50%THA工況下，為滿足225 t/h的需求，小汽機(jī)進(jìn)汽流量（主蒸汽抽汽量）需達(dá)到221.9 t/h；當(dāng)前工況，主蒸汽設(shè)計流量為881 t/h，221.9 t/h約占原流量的25.2%，抽汽量較大，對軸向推力影響較大，進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行安全。

綜上分析，主蒸汽抽汽流量較大時，汽輪機(jī)高壓缸負(fù)荷降低，高壓缸的軸向推力減小，會引起整個汽輪機(jī)軸向推力超出限值，考慮到機(jī)組運(yùn)行安全，該方案無法滿足遠(yuǎn)期最大用汽需求，不推薦此方案。

（4）方案4：熱再抽汽和冷再抽汽進(jìn)入溫度匹配器混合方案。

100%THA、75%THA、50%THA 3種工況，熱再抽汽溫度為566℃，均比需求蒸汽參數(shù)高，冷再抽汽溫度290～310℃，均比需求蒸汽參數(shù)低。在同一工況下，兩股蒸汽壓力比較接近，所以可考慮使用溫度匹配器對兩股蒸汽進(jìn)行混合，得到滿足用戶需求的蒸汽。熱再抽汽和冷再抽汽溫度匹配方案計算結(jié)果見表4。

采用此方案進(jìn)行配汽的基本原則：熱再抽汽和冷再抽汽進(jìn)行混合，得出中間溫度的蒸汽，滿足用戶需要；在允許的蒸汽混合配比條件下，充分利用冷再抽汽，達(dá)到良好的熱經(jīng)濟(jì)性。需要說明的是，50%THA工況時，原熱再抽汽壓力為1.97 MPa，原冷再抽汽壓力為2.18 MPa，為達(dá)到2.1 MPa蒸汽，中壓缸進(jìn)汽門需要參與調(diào)節(jié)，使得進(jìn)入溫度匹配器的熱再壓力達(dá)到2.1 MPa以上，以滿足用戶需求。

綜上所述，采用方案2和方案4，100%THA、75%THA、50%THA 3種工況下抽汽均可滿足外界用戶需求，兩種方案都可行。

2.4 方案經(jīng)濟(jì)性分析

方案2和方案4都是考慮從再熱蒸汽（包括再熱冷段和再熱熱端）進(jìn)行抽汽，不同的是方案2僅考慮再熱熱段抽汽，方案4考慮再熱熱段抽汽和再熱冷段抽汽。對于再熱冷段抽汽和再熱熱段抽汽的熱經(jīng)濟(jì)性問題，一般認(rèn)為再熱冷段蒸汽溫度較低，減溫時產(chǎn)生的節(jié)流損失較小，因而熱經(jīng)濟(jì)性較好。另外再熱熱段溫度較高，其抽汽管道和閥門等均采用耐熱合金鋼，熱段抽汽量過大，會導(dǎo)致初始投資增加。

針對經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比選，本次比選采用平均供汽負(fù)荷計算抽汽量，根據(jù)抽汽量計算機(jī)組的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；結(jié)合機(jī)組的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考察不同供汽方案全年發(fā)電耗煤量（由于采用好處歸電法計算，此處比較發(fā)電耗煤量）。

計算結(jié)果表明，50%THA工況，近期平均熱負(fù)荷177 t/h時，計算方法采用好處歸電法，全年發(fā)電量不變，方案4的單位發(fā)電煤耗更低，全年發(fā)電總耗煤量比改造前減少5.4萬t，方案2全年發(fā)電總耗煤量比改造前減少5.3萬t，所以，方案4經(jīng)濟(jì)性更好。

綜合以上比較分析，本項(xiàng)目推薦方案4。

3 工藝系統(tǒng)設(shè)計

按照方案4的改造思路，從熱再蒸汽管道和冷再蒸汽管道分別引出1根抽汽管道，將熱再抽汽和冷再抽汽引入溫度匹配器進(jìn)行混合，混合后的蒸汽經(jīng)過噴水減溫供給用戶。減溫水取自給水泵中間抽頭。

熱再抽汽管道按照5.42 MPa，574℃設(shè)計，材質(zhì)為A335P91；冷再抽汽管道按照5.45 MPa，343.5℃設(shè)計，材質(zhì)為20號鋼；從溫度匹配器到分汽缸的蒸汽管道按照2.31 MPa，360℃設(shè)計，材質(zhì)為20號鋼；從分汽缸到電廠圍墻按照2.31 MPa，360℃設(shè)計，材質(zhì)為20號鋼。

4 環(huán)保效益分析

本項(xiàng)目建成后，對環(huán)境影響主要體現(xiàn)在兩個方面：①廠內(nèi)機(jī)組供熱改造實(shí)現(xiàn)了發(fā)電煤耗的下降，降低了發(fā)電耗煤，節(jié)約了發(fā)電成本；②對于工業(yè)園區(qū)來說，高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組替代了低效率小鍋爐，實(shí)現(xiàn)了供熱端耗煤的降低。

經(jīng)計算，該電廠進(jìn)行供汽改造工程后，按照近期平均用汽負(fù)荷177 t/h，全年用汽時間為7 200 h，并依據(jù)熱平衡圖計算，單臺機(jī)組在冷再、熱再抽汽改造后（177 t/h）全年機(jī)組平均降低發(fā)電煤耗21.9 g/kW·h。

項(xiàng)目實(shí)施后，近期平均熱負(fù)荷達(dá)177 t/h，工程全年發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量5.4萬t，可減排相應(yīng)的大氣污染物（26 tNOx、15 tSO2、2.3 t煙塵）排放，具有良好的節(jié)能減排效益。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目選擇機(jī)組再熱冷段及再熱熱段抽汽改造，供熱系統(tǒng)設(shè)有溫度匹配器及減溫裝置。再熱冷段抽汽管道管徑為Φ273×11，材料為20號鋼，再熱熱段抽汽管道管徑為ID413×35，材料為A335P91。在溫度匹配器之后蒸汽母管管徑選為Φ530×13，材質(zhì)為20號鋼。在分汽缸之后蒸汽母管管徑選為Φ820×14，材質(zhì)為20號鋼。該電廠工業(yè)供熱改造項(xiàng)目具有良好的節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李小龍.壓力匹配器在某百萬供熱機(jī)組中的運(yùn)用[J].熱力透平，2017（3）：184-189.