供熱系統(tǒng)中雙背壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

楊國(guó)強(qiáng)　劉巖　李軍錄　王海峰　杜未

摘 要：通過中低壓聯(lián)通管打孔抽汽改造實(shí)現(xiàn)抽凝供熱的煤電機(jī)組，普遍存在設(shè)計(jì)采暖抽汽壓力高于實(shí)際供熱需求壓力的情況，采暖抽汽壓力對(duì)于機(jī)組整體循環(huán)效率具有較大影響，而近期較為流行的低壓缸進(jìn)汽全切靈活性調(diào)峰改造技術(shù)在一定條件下會(huì)引起中壓缸排汽壓力進(jìn)一步上升，從而影響機(jī)組循環(huán)效率。為進(jìn)一步提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)低壓缸進(jìn)汽全切與采暖抽汽余壓利用背壓機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的雙背壓運(yùn)行方式進(jìn)行了更深入的研究。

關(guān)鍵詞：低壓缸進(jìn)汽全切;余壓利用背壓機(jī);雙背壓運(yùn)行;經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：TK115? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）11-0010-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.003

0? ? 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組通過高品質(zhì)蒸汽的梯級(jí)利用，可提升機(jī)組總效率至60%～80%[1]，因此供熱改造作為節(jié)能減排、提質(zhì)增效的主要手段被列入煤電機(jī)組升級(jí)改造實(shí)施計(jì)劃。大唐集團(tuán)京津冀區(qū)域有供熱機(jī)組30臺(tái)，其中16臺(tái)為后改造供熱機(jī)組，供熱壓力設(shè)計(jì)值普遍為0.8 MPa，對(duì)于一般性供熱供回水溫度130/70 ℃的熱網(wǎng)系統(tǒng)，熱網(wǎng)加熱器壓力0.3 MPa基本滿足使用需求，因此對(duì)于后改造供熱機(jī)組，中低壓缸分缸壓力0.8 MPa機(jī)組進(jìn)行供熱時(shí)，存在較大換熱（火用）損，造成抽汽能量利用不充分，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱效率也隨之降低，而采用余壓利用背壓機(jī)方式，約可提升（火用）效率16.9%[2]。當(dāng)前，隨著碳達(dá)峰等目標(biāo)的提出，北方燃煤供熱機(jī)組成為靈活性調(diào)峰任務(wù)的主力機(jī)，且負(fù)荷深度、調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)需求逐年增加，供熱期內(nèi)較多機(jī)組采用了低壓缸進(jìn)汽全切作為技術(shù)手段滿足電網(wǎng)及熱網(wǎng)的雙重需求，對(duì)于供熱抽汽壓力較高的機(jī)組開展切缸工作，采暖抽汽量的增加，將帶來(lái)更多的換熱（火用）損，因此研究汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切及采暖抽汽余壓利用背壓機(jī)的節(jié)能收益，實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)峰節(jié)能改造[3]，可進(jìn)一步提高機(jī)組盈利能力。

1? ? 案例機(jī)組介紹

某機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司改造的320 MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式發(fā)電機(jī)組（型號(hào)N320-16.7/537/537），該機(jī)組已于2013年供熱改造，采用中低壓聯(lián)通管打孔抽汽方式，改造后額定抽汽壓力0.8 MPa、抽汽流量330 t/h、最大抽汽工況流量400 t/h。設(shè)計(jì)熱網(wǎng)供水壓力2.5 MPa，供回水溫度130/70 ℃，實(shí)際運(yùn)行熱網(wǎng)供水壓力1 MPa，供水溫度60～87 ℃，回水溫度45～58 ℃。實(shí)際運(yùn)行中，采暖抽汽壓力微正壓即可滿足需求，而運(yùn)行采暖抽汽壓力往往在0.4 MPa左右。為利用采暖抽汽多余壓力，減少換熱（火用）損，2018年改造完成余壓利用背壓機(jī)，背壓機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造的單缸、單軸、雙流、反動(dòng)式背壓機(jī)，型號(hào)B25-0.726/0.13（WG80/71），配一臺(tái)額定功率25 MW的杭州杭發(fā)電機(jī)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)（型號(hào)QF-J25-2），采用高起始響應(yīng)的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。2020年，為響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需求及獲得京津冀地區(qū)靈活性調(diào)峰改造獎(jiǎng)勵(lì)，該機(jī)組進(jìn)行了低壓缸進(jìn)汽全切靈活性調(diào)峰改造，改造后聯(lián)合余壓利用背壓機(jī)實(shí)現(xiàn)大小機(jī)雙背壓運(yùn)行模式，如圖1所示。

2? ? 系統(tǒng)改造及熱力系統(tǒng)計(jì)算

為了解大小機(jī)雙背壓運(yùn)行模式經(jīng)濟(jì)性，利用Ebsilon軟件建立熱力系統(tǒng)模型（圖2）并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)變化特性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。采用VWO設(shè)計(jì)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建，廠家提供VWO熱平衡圖功率為333.621 MW，熱耗率為7 985 kJ/kW·h，Ebsilon軟件模擬計(jì)算結(jié)果為332.403 MW，熱耗率為7 996.165 kJ/kW·h，分別偏差0.37%、0.14%。該模擬計(jì)算結(jié)果可以滿足數(shù)據(jù)趨勢(shì)對(duì)比分析要求。修改模型至低壓缸進(jìn)汽全切工況，如圖3所示，采用定采暖抽汽流量及大發(fā)電功率為基準(zhǔn)進(jìn)行比較，模擬計(jì)算汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切及余壓利用背壓機(jī)聯(lián)合運(yùn)行三組不同工況下的節(jié)能效果，參數(shù)如表1、表2、表3、圖4、圖5、圖6所示。

工況描述：1.切缸工況，假設(shè)中排壓力不提升，余壓背壓機(jī)不運(yùn)行;2.切缸工況，假設(shè)中排壓力不提升，余壓背壓機(jī)運(yùn)行（雙背壓運(yùn)行工況）;3.切缸工況，中排壓力上升0.05 MPa，余壓背壓機(jī)不運(yùn)行;4.切缸工況，中排壓力上升0.05 MPa，余壓背壓機(jī)運(yùn)行（雙背壓運(yùn)行工況）。

鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷工況下，低壓缸進(jìn)汽全切后，通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在切缸后，若中排壓力提升0.05 MPa，較中排壓力不上升時(shí)出現(xiàn)機(jī)組熱耗率上升現(xiàn)象[4]，證明供熱系統(tǒng)存在一定的節(jié)流損失，導(dǎo)致熱力循環(huán)效率降低，而利用余壓背壓發(fā)電機(jī)，在汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切后，可有效吸收切缸帶來(lái)的壓力上升，從而緩解切缸過程中的參數(shù)波動(dòng)及提升機(jī)組節(jié)能效果。通過三組工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，熱耗率變化趨勢(shì)一致。

由圖4、圖5、圖6可以看出，在中排壓力一定的情況下，大機(jī)背壓運(yùn)行后余壓利用背壓機(jī)運(yùn)行將進(jìn)一步降低機(jī)組熱耗率[3]，實(shí)現(xiàn)較大節(jié)能目標(biāo)。根據(jù)案例機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，汽輪機(jī)機(jī)組切缸運(yùn)行時(shí)，若不增加供熱面積勢(shì)必引起中排壓力的上升（約0.05 MPa），中排壓力上升將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組整體熱耗率出現(xiàn)較大的上升情況[4]，此時(shí)即使增加余壓利用背壓機(jī)，在大負(fù)荷供熱情況下也可出現(xiàn)熱耗率大于中排壓力不上升時(shí)熱耗率的現(xiàn)象。而根據(jù)案例機(jī)組改造后運(yùn)行情況，汽輪機(jī)進(jìn)行低壓缸進(jìn)汽全切操作前投入余壓利用背壓機(jī)，切缸操作時(shí)中排壓力出現(xiàn)短暫上升后，在不調(diào)整熱網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，可恢復(fù)至切缸前的狀態(tài)，余壓利用背壓機(jī)發(fā)揮了壓力吸收作用。通過三個(gè)工況模擬計(jì)算結(jié)果可以看出，余壓背壓機(jī)旁路流量增大時(shí)，出現(xiàn)余壓利用背壓機(jī)投運(yùn)節(jié)能效果下滑現(xiàn)象。

3? ? 結(jié)論

本文對(duì)典型300 MW打孔抽汽改造汽輪機(jī)進(jìn)行熱力系統(tǒng)模擬計(jì)算，尋找在汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽全切工況下，投入余壓利用背壓機(jī)的節(jié)能效果趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)比了中壓缸排汽壓力上升對(duì)于機(jī)組熱耗率的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）若低壓缸進(jìn)汽全切機(jī)組供熱面積不增加，切缸后中排壓力上升將帶來(lái)較大的熱耗上升，低負(fù)荷時(shí)尤為明顯。

（2）雙背壓機(jī)運(yùn)行模式可有效解決切缸后中排壓力上升問題，同時(shí)存在十分可觀的節(jié)能效果。

（3）低壓缸進(jìn)汽全切系統(tǒng)雖然整體改造存在較大的節(jié)能效益，但粗略的調(diào)整可能損失一部分收益。

（4）余壓利用背壓機(jī)除吸收多余中排壓力進(jìn)行做功，達(dá)到節(jié)能效果外，在當(dāng)前深度調(diào)峰的環(huán)境下，通過采取背壓發(fā)電模式，可增加機(jī)組在供熱期的調(diào)峰能力約45 MW，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能、調(diào)峰雙收益。

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收稿日期：2022-03-19

作者簡(jiǎn)介：楊國(guó)強(qiáng)（1989—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，助理工程師，研究方向：汽機(jī)節(jié)能及輔機(jī)振動(dòng)。