300 MW空冷機組高背壓供熱改造

趙巖1，馮云2

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

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

關(guān)鍵詞：空冷機組；高背壓；供熱

收稿日期：2014-09-16

作者簡介：趙巖(1980—)，男，會計師，主要從事電熱力市場管理工作。

中圖分類號：TM311

文獻標志碼：B

文章編號：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)的供熱機組主要是50 MW、100 MW、200 MW抽汽凝汽機組，機組的結(jié)構(gòu)設(shè)計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，在不增加新建機組的前提下，對城市周邊30 km范圍內(nèi)(最佳供熱半徑)的電廠進行供熱改造成為現(xiàn)階段解決此類問題的合理方案。300 MW機組在當前電網(wǎng)架構(gòu)中，不再是系統(tǒng)的主力機組，對其進行供熱改造，可以解決城市供熱能力不足，降低機組的能耗水平，增加其在電力改革中的競爭力，為機組的生存與發(fā)展找出路。

1存在的問題

我國300 MW機組基本為一次中間再熱機組，其熱力系統(tǒng)相對較為復(fù)雜。常規(guī)情況下，300 MW機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。對于濕冷機組來說，這樣勢必造成汽輪機本體各級抽汽量的較大變化，需對變化后的各級抽汽量及各級間蒸汽通流重新校核，工作量較大；同時，各級抽汽量的大幅變化，還影響整臺機組的熱力系統(tǒng)運行，尤其是回熱系統(tǒng)的運行。對于空冷機組，整體進行供熱改造，由于要考慮冬季運行時空冷島的防凍需求，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空冷機組，空冷島的最低進汽量為270 t/h，抽汽量最大只能到500 t/h。

2高背壓供熱方案設(shè)計與實施

2.1　高背壓供熱方式的提出

根據(jù)空冷機組與濕冷機組不同的供熱改造方案，提出新的改造思路，即不改變機組的抽汽方式，不對汽輪機本體進行大的改動，只將機組的排汽熱回收利用，對外供熱。其基本思路就是提高機組排汽壓力，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或鄰機抽汽補足。

300 MW濕冷機組的排汽背壓一般不能超過18.6 kPa，不對汽輪機本體進行改造的前提下，不能適應(yīng)高背壓運行的要求。300 MW空冷機組一般排汽溫度在54～84 ℃，其對應(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)在高背壓運行下利用乏汽余熱進行供熱。

以我國北方某電廠直接空冷機組為例，由于空冷機組背壓高，造成機組供電煤耗較同容量濕冷機組高15~20 g/kWh，使機組在競爭力及盈利能力方面均處于劣勢。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，1臺330 MW機組冬季供熱期空冷島排放的熱量達到148.26萬GJ，造成直接經(jīng)濟損失達到4 700多萬元。

2.2　改造設(shè)計過程

空冷機組高背壓供熱改造基本設(shè)計原理及設(shè)計步驟按照如下：熱網(wǎng)循環(huán)水進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；空冷島的防凍計算；機務(wù)部分管道布置設(shè)計；熱力系統(tǒng)校核；電氣及熱控系統(tǒng)設(shè)計；環(huán)境保護分析。

成熟的空冷300 MW 機組，其設(shè)計背壓一般為11 ～18 kPa，夏季背壓為32 ～35 kPa，機組跳閘背壓為65 kPa，夏季實際運行背壓一般約為 40 kPa。對汽輪機低壓部分來說，冬季高背壓供熱運行時與機組夏季運行時工況基本一致，汽輪機本體部分不做大的改動，增加新的噴水裝置和增加新的運行監(jiān)測和報警裝置，增加大型排汽閥門和新的排汽通道，便于截斷通往空冷塔的通道和通往供熱凝汽器的通道，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。

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

表1改造項目

項目冷端余熱回收-高背壓循環(huán)水供熱(工況33kPa)汽輪機主機汽輪機主機不需要做改造空冷島不改變空冷島現(xiàn)狀,汽輪機乏汽管道接支管引流進入供熱凝汽器表面式凝汽器增加1臺相當于200MW機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、控制等可能有適當改造

2.3　改造實施方案

以某電廠330 MW空冷機組為例，高背壓供熱改造方案如下：機組增設(shè)1臺供熱凝汽器，在采暖供熱期提高汽輪機的背壓，利用供熱凝汽器回收汽輪機排汽的余熱進行一級加熱，利用機組抽汽進行二次加熱，滿足熱網(wǎng)供水要求，實現(xiàn)機組采暖供熱能力的提高?；炯夹g(shù)方案示意如圖1。

虛線框內(nèi)為新增設(shè)備

3改造效果

該空冷機組改造后確定的正常運行參數(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組抽汽供熱的熱網(wǎng)加熱器加熱)，實現(xiàn)熱網(wǎng)供水溫度為108 ℃。

改造前后各項經(jīng)濟參數(shù)對比見表2： 根據(jù)上述計算方法得到如下結(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。機組改造后，運行時排汽壓力不超過33 kPa，供熱凝汽器的循環(huán)水出水溫度不會大于68 ℃，正常運行在65 ℃左右。如果供熱凝汽器運行壓力超過33 kPa，低壓缸末級葉片安全性會

受到威脅。為此需考慮低壓缸末級葉片的安全性。

表2改造前后各項經(jīng)濟參數(shù)對比

指標名稱改造前改造后電負荷/MW264.084270.783電負荷增加量/MW基準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143年增加供熱量/萬GJ基準148增加供熱面積/萬m2基準286理論汽輪機熱耗/(kJ·kWh)-15693.23600運行時間/h28802880發(fā)電煤耗/(g·kWh)-1223.48141.3采暖季節(jié)標煤量/t基準64088.5靜態(tài)投資/萬元基準5980電價(元·kWh)-10.4380.438熱價(元·GJ)-13232標煤單價(元·t)-1770770內(nèi)部收益率/%基準67.05回收年限/n基準2.73

4結(jié)論及建議

經(jīng)過大量資料的搜集和論證，認為對300 MW空冷機組實施高背壓循環(huán)水供熱改造，可以明顯提高經(jīng)濟效益和社會效益。同時，可以預(yù)見該改造工程將會對北方地區(qū)的300 MW等級機組供熱改造提供很好的示范效應(yīng)。

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

參考文獻：

[1]王智雷，鄒翠芳．汽輪機[M]．北京:中國電力出版社，2003.

本文責任編輯：羅曉曉