300 MW空冷機(jī)組高背壓供熱改造

趙巖1，馮云2

(1.中國華電集團(tuán)公司，北京100031；2.中國華電集團(tuán)公司河北分公司，石家莊 050000)

摘要：針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制模式比較成熟的供熱機(jī)組容量偏小，新建高參數(shù)機(jī)組存在供熱能力不足的問題，提出對(duì)現(xiàn)有300 MW空冷機(jī)組進(jìn)行高背壓改造的方案，通過改造后運(yùn)行參數(shù)和供熱效果分析，認(rèn)為改造方案可行，改造效果兼具安全性和經(jīng)濟(jì)性，是現(xiàn)階段通過現(xiàn)有機(jī)組改造解決北方城市供熱的合理方案。

關(guān)鍵詞：空冷機(jī)組；高背壓；供熱

收稿日期：2014-09-16

作者簡(jiǎn)介：趙巖(1980—)，男，會(huì)計(jì)師，主要從事電熱力市場(chǎng)管理工作。

中圖分類號(hào)：TM311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2015)02-0047-02

Abstract:Aiming at the problem of the low installed capacity of existing heating units in China with maturely designed structure and control mode,and the low heating efficiency of newly built units with higher factors,the high pressure heating reformation plan of 300 MW Air Cooled Heat Supply Unit is brought forward.Through the analysis of operational factors and heating effect after the reformation,the plan proves feasible.Considers that the reformation plan is safe and economic,a reasonable trial to solve the heat supply in northern cities at the present stage.

High Pressure Heating Reformation of 300 MW Air Cooled Heat Supply Unit

Zhao Yan1,Feng Yun2

(1.China Huadian Corporation,Beijing 100031，China;2.Hebei Branch of China Huadian Corporation,Shijiazhuang 050000，China)

Key words:air cooled unit;high pressure heating;heat supply unit

2005年以前，國內(nèi)的供熱機(jī)組主要是50 MW、100 MW、200 MW抽汽凝汽機(jī)組，機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制模式都比較成熟。隨著近些年節(jié)能減排力度的不斷加大，高耗能、污染嚴(yán)重的小火電逐步關(guān)停，部分城市尤其是北方城市的供熱壓力也隨之增大，在不增加新建機(jī)組的前提下，對(duì)城市周邊30 km范圍內(nèi)(最佳供熱半徑)的電廠進(jìn)行供熱改造成為現(xiàn)階段解決此類問題的合理方案。300 MW機(jī)組在當(dāng)前電網(wǎng)架構(gòu)中，不再是系統(tǒng)的主力機(jī)組，對(duì)其進(jìn)行供熱改造，可以解決城市供熱能力不足，降低機(jī)組的能耗水平，增加其在電力改革中的競(jìng)爭(zhēng)力，為機(jī)組的生存與發(fā)展找出路。

1存在的問題

我國300 MW機(jī)組基本為一次中間再熱機(jī)組，其熱力系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜。常規(guī)情況下，300 MW機(jī)組供熱改造基本是增加抽汽量，抽汽位置一般選在四段或是五段抽汽口。對(duì)于濕冷機(jī)組來說，這樣勢(shì)必造成汽輪機(jī)本體各級(jí)抽汽量的較大變化，需對(duì)變化后的各級(jí)抽汽量及各級(jí)間蒸汽通流重新校核，工作量較大；同時(shí)，各級(jí)抽汽量的大幅變化，還影響整臺(tái)機(jī)組的熱力系統(tǒng)運(yùn)行，尤其是回?zé)嵯到y(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于空冷機(jī)組，整體進(jìn)行供熱改造，由于要考慮冬季運(yùn)行時(shí)空冷島的防凍需求，中間抽汽量受到限制，供熱能力無法大幅提升。某火力發(fā)電廠330 MW空冷機(jī)組，空冷島的最低進(jìn)汽量為270 t/h，抽汽量最大只能到500 t/h。

2高背壓供熱方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1　高背壓供熱方式的提出

根據(jù)空冷機(jī)組與濕冷機(jī)組不同的供熱改造方案，提出新的改造思路，即不改變機(jī)組的抽汽方式，不對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行大的改動(dòng)，只將機(jī)組的排汽熱回收利用，對(duì)外供熱。其基本思路就是提高機(jī)組排汽壓力，提高排汽飽和溫度，將熱量傳遞到循環(huán)水，再將高溫的循環(huán)水供至外網(wǎng)供熱系統(tǒng)，循環(huán)水溫度不足部分可用本機(jī)或鄰機(jī)抽汽補(bǔ)足。

300 MW濕冷機(jī)組的排汽背壓一般不能超過18.6 kPa，不對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行改造的前提下，不能適應(yīng)高背壓運(yùn)行的要求。300 MW空冷機(jī)組一般排汽溫度在54～84 ℃，其對(duì)應(yīng)的背壓在15～55 kPa，其背壓變化幅度完全能適應(yīng)高背壓運(yùn)行的要求。而熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度一般在50～60 ℃，完全適應(yīng)在高背壓運(yùn)行下利用乏汽余熱進(jìn)行供熱。

以我國北方某電廠直接空冷機(jī)組為例，由于空冷機(jī)組背壓高，造成機(jī)組供電煤耗較同容量濕冷機(jī)組高15~20 g/kWh，使機(jī)組在競(jìng)爭(zhēng)力及盈利能力方面均處于劣勢(shì)。空冷島乏汽余熱屬于低品位熱源，直接向環(huán)境釋放造成巨大的能源浪費(fèi)，1臺(tái)330 MW機(jī)組冬季供熱期空冷島排放的熱量達(dá)到148.26萬GJ，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到4 700多萬元。

2.2　改造設(shè)計(jì)過程

空冷機(jī)組高背壓供熱改造基本設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)步驟按照如下：熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)出凝汽器的溫度選擇；熱網(wǎng)循環(huán)水量的確定；熱網(wǎng)供水溫度的確定；各主要設(shè)備選型；空冷島的防凍計(jì)算；機(jī)務(wù)部分管道布置設(shè)計(jì)；熱力系統(tǒng)校核；電氣及熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；環(huán)境保護(hù)分析。

成熟的空冷300 MW 機(jī)組，其設(shè)計(jì)背壓一般為11 ～18 kPa，夏季背壓為32 ～35 kPa，機(jī)組跳閘背壓為65 kPa，夏季實(shí)際運(yùn)行背壓一般約為 40 kPa。對(duì)汽輪機(jī)低壓部分來說，冬季高背壓供熱運(yùn)行時(shí)與機(jī)組夏季運(yùn)行時(shí)工況基本一致，汽輪機(jī)本體部分不做大的改動(dòng)，增加新的噴水裝置和增加新的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置，增加大型排汽閥門和新的排汽通道，便于截?cái)嗤ㄍ绽渌耐ǖ篮屯ㄍ崮鞯耐ǖ?，新增去供熱凝汽器的熱水管道和相關(guān)閥門，與原有的熱網(wǎng)首站系統(tǒng)相連即可。

汽輪機(jī)本體末級(jí)應(yīng)采用空冷專用葉片，使機(jī)組適應(yīng)高背壓運(yùn)行工況。300 MW空冷機(jī)組，可以選擇 620 mm 和680 mm 兩種末級(jí)葉片。620 mm 葉片的設(shè)計(jì)背壓在 15 ～ 18 kPa，680mm 葉片的設(shè)計(jì)背壓在 11 ～ 13 kPa。高背壓改造后，主要考慮低壓缸末級(jí)葉片的安全性[1]。改造項(xiàng)目見表1。

表1改造項(xiàng)目

項(xiàng)目冷端余熱回收-高背壓循環(huán)水供熱(工況33kPa)汽輪機(jī)主機(jī)汽輪機(jī)主機(jī)不需要做改造空冷島不改變空冷島現(xiàn)狀,汽輪機(jī)乏汽管道接支管引流進(jìn)入供熱凝汽器表面式凝汽器增加1臺(tái)相當(dāng)于200MW機(jī)組配備的表面式供熱凝汽器外部熱網(wǎng)需協(xié)調(diào)外部熱網(wǎng),讓電廠接受55~60℃熱網(wǎng)回水,送出溫度為80~110℃、流量為14000m3/h左右供熱水其他熱網(wǎng)首站加熱器、熱網(wǎng)循環(huán)水泵、廠內(nèi)供熱管線、閥門、控制等可能有適當(dāng)改造

2.3　改造實(shí)施方案

以某電廠330 MW空冷機(jī)組為例，高背壓供熱改造方案如下：機(jī)組增設(shè)1臺(tái)供熱凝汽器，在采暖供熱期提高汽輪機(jī)的背壓，利用供熱凝汽器回收汽輪機(jī)排汽的余熱進(jìn)行一級(jí)加熱，利用機(jī)組抽汽進(jìn)行二次加熱，滿足熱網(wǎng)供水要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)組采暖供熱能力的提高。基本技術(shù)方案示意如圖1。

虛線框內(nèi)為新增設(shè)備

3改造效果

該空冷機(jī)組改造后確定的正常運(yùn)行參數(shù)為：背壓33 kPa，低壓缸排汽量335 t/h，供熱凝汽器(熱網(wǎng)回水)進(jìn)水溫度為55 ℃，供熱凝汽器出水溫度67 ℃(考慮凝汽器端差為4.3 ℃)，熱網(wǎng)循環(huán)水量14 276 t/h，在經(jīng)過抽汽二次加熱后(這里抽汽二次加熱即為原機(jī)組抽汽供熱的熱網(wǎng)加熱器加熱)，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)供水溫度為108 ℃。

改造前后各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比見表2： 根據(jù)上述計(jì)算方法得到如下結(jié)果，其中采暖期發(fā)電煤耗可降低80 g/kWh，2.73年收回5 980萬元投資。機(jī)組改造后，運(yùn)行時(shí)排汽壓力不超過33 kPa，供熱凝汽器的循環(huán)水出水溫度不會(huì)大于68 ℃，正常運(yùn)行在65 ℃左右。如果供熱凝汽器運(yùn)行壓力超過33 kPa，低壓缸末級(jí)葉片安全性會(huì)

受到威脅。為此需考慮低壓缸末級(jí)葉片的安全性。

表2改造前后各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比

指標(biāo)名稱改造前改造后電負(fù)荷/MW264.084270.783電負(fù)荷增加量/MW基準(zhǔn)6.699背壓/kPa1533排汽量/(t·h)-1235335排汽溫度/℃5471.3抽汽量/t550448熱網(wǎng)循環(huán)水量/(t·h)-11320014276供/回水溫度/℃119/70108/55供熱能力/MW371514供熱能力增加量/MW基準(zhǔn)143年增加供熱量/萬GJ基準(zhǔn)148增加供熱面積/萬m2基準(zhǔn)286理論汽輪機(jī)熱耗/(kJ·kWh)-15693.23600運(yùn)行時(shí)間/h28802880發(fā)電煤耗/(g·kWh)-1223.48141.3采暖季節(jié)標(biāo)煤量/t基準(zhǔn)64088.5靜態(tài)投資/萬元基準(zhǔn)5980電價(jià)(元·kWh)-10.4380.438熱價(jià)(元·GJ)-13232標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)(元·t)-1770770內(nèi)部收益率/%基準(zhǔn)67.05回收年限/n基準(zhǔn)2.73

4結(jié)論及建議

經(jīng)過大量資料的搜集和論證，認(rèn)為對(duì)300 MW空冷機(jī)組實(shí)施高背壓循環(huán)水供熱改造，可以明顯提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，可以預(yù)見該改造工程將會(huì)對(duì)北方地區(qū)的300 MW等級(jí)機(jī)組供熱改造提供很好的示范效應(yīng)。

建議機(jī)組完成高背壓供熱改造后，在冬季與夏季應(yīng)采取不同的運(yùn)行方式 ，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。冬季供熱期外界熱負(fù)荷一定時(shí)，讓改造后的空冷高背壓供熱機(jī)組運(yùn)行，提高整個(gè)電廠經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)機(jī)組投入高背壓運(yùn)行時(shí)，要采取以熱定電的運(yùn)行方式。熱負(fù)荷變工況時(shí)有 3 種調(diào)整途徑：一是在采暖初期，熱負(fù)荷需求量小時(shí)，回水溫度降低( 低于60 ℃ ) ，采用降低背壓運(yùn)行的方式，減少排汽量，降低供熱量 ;二是當(dāng)回水溫度達(dá)到60 ℃，供熱量需求仍舊沒有達(dá)到最大需求時(shí)，可以調(diào)整抽汽量，調(diào)整供水溫度; 三是兩種調(diào)整方式可以同時(shí)進(jìn)行。夏季運(yùn)行時(shí)，盡量讓未改造機(jī)組多帶負(fù)荷運(yùn)行。改造后機(jī)組由于排汽面積減小，在較大的進(jìn)汽量下，阻塞背壓排汽壓力已經(jīng)高于原設(shè)計(jì)4.9 kPa背壓，所以，應(yīng)調(diào)整機(jī)組真空，使汽輪機(jī)排汽壓力不低于阻塞背壓。

參考文獻(xiàn)：

[1]王智雷，鄒翠芳．汽輪機(jī)[M]．北京:中國電力出版社，2003.

本文責(zé)任編輯：羅曉曉