奚守譜

（華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

華電能源股份公司富拉爾基發(fā)電廠現(xiàn)有六臺200 MW燃煤機組，總裝機容量1200MW。三大主機均為哈爾濱三大動力廠20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，其中汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機。六臺機組分別于1982年～1989年投產(chǎn)。目前富發(fā)電廠已在2016年完成對廠內(nèi)#4、#5、#6機組的供熱改造（其中#4機組光軸抽汽改造，#5、#6機組打孔抽汽改造）。改造后，富發(fā)電廠與富熱電廠組成雙熱源聯(lián)合對富拉爾基區(qū)供熱，富發(fā)電廠承擔(dān)富拉爾基區(qū)供熱面積約200萬m2，并為富熱電廠提供400萬m2熱負荷的備用熱源。本項目是在富拉爾基區(qū)供熱工程的基礎(chǔ)上進行的改造，本次改造擬將對富發(fā)電廠#1機組進行光軸抽汽供熱改造，對#2、#3號機組進行背壓機升級改造，對已改的#5、#6打孔抽汽機組進行切缸供熱改造。本項目投產(chǎn)后富發(fā)電廠將實現(xiàn)對齊齊哈爾市中心城區(qū)供熱，其承擔(dān)的供熱面積為2000萬m2。綜上所述，本項目投產(chǎn)后富發(fā)電廠總承擔(dān)的供熱面積為2200 萬 m2。

1 低壓缸“零功率”運行技術(shù)分析

功率改造是近年新開發(fā)的機組供熱改造技術(shù)，一次性對機組低壓缸葉片及中低壓缸連通管（包含閥門）及進行改造。冬季供暖時，通過關(guān)閉蝶閥切斷通往#2、#3低壓缸蒸汽，直接從連通管抽出去供熱，對低壓缸僅通入約10t/h的冷卻蒸汽；夏季，蝶閥開啟，恢復(fù)至純凝機組狀態(tài)靈活性較高，在國外已有成功運行案例。在第1點優(yōu)化方案的基礎(chǔ)上，將#5、#6機組由光軸改造優(yōu)化為切缸改造（#1機組同時改為切缸作為供熱備用），可減少每年2次的機組低壓缸換軸工作，同時可在冬季更好的調(diào)節(jié)機組靈活性以適應(yīng)電網(wǎng)/熱網(wǎng)的調(diào)峰需求。切缸機組#1低壓缸流量還有150t/h左右，形成可觀的冷源損失，但對于目前以及近3年供熱負荷的需求，暫時不需要回收此部分冷源損失。若日后供熱負荷增加，可考慮回收此部分冷源損失。富拉爾基發(fā)電廠#5、#6號汽輪機組，是哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任生產(chǎn)的三缸三排汽200MW超高壓一次再熱機組。根據(jù)業(yè)主要求，要對機組進行切缸改造，改造方案如下。

（1）利用舊轉(zhuǎn)子進行改造，拆除低壓正、反向末級葉輪和動葉片，安裝新的低壓正、反向末級葉輪，同時采用哈汽公司新型加強版600mm末葉片。

（2）增加低壓末級、次末級測溫元件和葉片振動在線監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）連通管使用波紋膨脹節(jié)式連通管(曲管壓力平衡室)，加裝蝶閥、適當(dāng)抬高連通管標(biāo)高，并進行打孔抽汽。

（4）對控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化。

（5）極小流量運行工況，2號低壓加熱器停用，與1號低加的8抽管道需進行相關(guān)預(yù)防改造。

（6）增加低壓缸冷卻系統(tǒng)，由于#2、#3低壓缸中的轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)會產(chǎn)生一部分鼓風(fēng)熱量，運行中需通入冷卻蒸汽（10t/h），疏水引入凝汽器中。

（7）原機低壓缸噴水為三路，其中一路對中壓側(cè)低壓排汽缸進行冷卻。改造后，對中壓側(cè)低壓排汽缸的噴水與低壓部分排汽缸的兩路噴水分開，以滿足對2號低壓排汽缸超溫噴水需要。

本次機組改造方案進行優(yōu)化后，擬采用技術(shù)成熟的全背壓升級技術(shù)和光軸抽汽技術(shù)，以及切缸技術(shù)的組合方案對機組供熱改造。光軸抽汽方案是將機組的2#低壓缸內(nèi)的雙分流的全部通流拆除，更換成光軸，并改造連通管，成為供熱機組。富發(fā)廠2016年供熱改造工程#4號機組采用光抽抽汽模式，現(xiàn)已在建設(shè)中。切缸改造更換末級葉輪級動葉片，轉(zhuǎn)子返廠，將原末級葉輪和末級葉片進行拆除，對低壓轉(zhuǎn)子進行檢測，安裝新的末級葉輪。該改造技術(shù)可減少每年2次的機組低壓缸換軸工作。

2 低壓缸“零功率”運行經(jīng)濟性分析

機組改造后，在采暖期富拉爾基發(fā)電廠可以根據(jù)室外溫度逐步調(diào)節(jié)機組投入臺數(shù)及各臺機組抽汽量，由于背壓機組只能遵循以熱定電的原則運行，因此供熱時應(yīng)該優(yōu)先運行背壓機組。2017年富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積1265萬m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積185萬m2，齊市供熱面積1080萬m2），最大熱負荷為714.7MW，在采暖期最大熱負荷時富拉爾基發(fā)電廠運行2臺背壓供熱機組與1臺切缸供熱，即可滿足總熱負荷需求。2017年，背壓機組所需的平均抽汽量約為315t/h，切缸機組所需的平均抽汽量約為163 t/h；2018年后富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積1800萬m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積200萬m2，齊市供熱面積1600萬m2），最大熱負荷為1017MW，在采暖期最大熱負荷時富拉爾基發(fā)電廠運行2臺背壓機組與2臺切缸機組可滿足總熱負荷需求。2018年，背壓機組所需的平均抽汽量約為416t/h；單臺切缸機組的平均抽汽量約為146t/h；2019年后富拉爾基發(fā)電廠總供熱面積2200萬m2（其中富拉爾基區(qū)供熱面積200萬m2，齊市供熱面積2000萬m2），最大熱負荷為1243MW，在采暖期最大熱負荷時富拉爾基發(fā)電廠運行2臺背壓機組+2臺切缸+1臺光軸可滿足總熱負荷需求。2019年及以后，背壓機組所需的平均抽汽量約為430t/h；單臺切缸機組的平均抽汽量約為150t/h。另外，當(dāng)事故狀態(tài)富拉爾基發(fā)電廠需為富拉爾基熱電廠提供400萬m2熱負荷的備用熱源時，可其余機組中的部分供熱蒸汽切換至富拉爾基區(qū)供熱工程的熱網(wǎng)首站為富拉爾基區(qū)供熱。根據(jù)熱負荷時間曲線，2019年后富拉爾基發(fā)電廠最大設(shè)計熱負荷為1243MW，采暖小時數(shù)為4344h，經(jīng)計算可得出富拉爾基發(fā)電廠總供熱量1278.85萬GJ。采暖期2臺背壓機組+2臺切缸機組+1臺光軸供熱，采暖期背壓機的抽汽量為430/h，單臺切缸機組的平均抽汽量為150/h，根據(jù)機組平均工況熱平衡圖計算機組發(fā)電煤耗率等經(jīng)濟指標(biāo)。本工程改造后，#2、#3號背壓機組只在供熱季以熱定電的方式運行，非供暖季停止運行。#1、#5、#6機組供電量以每年每臺機組純凝額定功率運行3800h計算，#1、#4、#5、#6機組每年總計發(fā)電量30.4億kWh。本項目改造后年供熱量增加1162.59萬GJ，全廠機組年均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率下降60.13g/kWh。改造后在年發(fā)電量41.40億kWh的情況下，全廠機組年發(fā)電節(jié)約標(biāo)煤量22.37萬噸，經(jīng)濟效益非?？捎^。通過本次供熱改造，原本純凝或者打孔運行方式的機組改為熱電聯(lián)產(chǎn)的運行方式。

3 低壓缸“零功率”運行風(fēng)險分析

3.1 機組切缸改造運行風(fēng)險分析

（1）2號低壓末級葉片可能出現(xiàn)顫振。更換了空冷200MW機組上使用的600mm葉片，該葉片自帶圍帶，凸臺拉筋，阻尼特性好，不易產(chǎn)生顫振或遇到小流量引起遇到某一階共振頻率，由于阻尼大，振幅小。該型式的葉片動應(yīng)力小，極大地保證了小流量工況的安全性。

（2）2號低壓缸排汽缸超溫。在極小流量運行時，末級葉片排汽溫度可能高于200℃，可能引起低壓軸承標(biāo)高發(fā)生變化引起振動，為此，在本次改造中，對低壓缸噴水系統(tǒng)進行改造，分別控制1號和2號低壓缸的噴水。運行時，盡可能地降低運行背壓，從而降低排汽溫度。另外，由于小流量運行時排汽缸溫度高于以往凝汽式運行時的溫度，低壓缸周圍應(yīng)設(shè)立警示帶，防止人員直接接觸低壓外缸。

（3）8段抽汽回流的風(fēng)險。與1號低加相連的8段抽汽，分別來自1號低壓缸和2號低壓缸兩側(cè)，在極小冷卻流量運行時，由于2號低壓缸壓力低，接近真空，1號低壓缸上的8抽可能通過連接母管進入2低壓缸，從而把管道中的給水帶入缸內(nèi)。在改造設(shè)計中，應(yīng)檢查現(xiàn)有管道上的疏水設(shè)計是否完善，并建議在2號低壓缸上的8抽加裝電動截止閥。

3.2 極限事故時供熱保障率風(fēng)險分析

根據(jù)汽輪機組的額定抽汽量，可測算項目的額定供熱能力。34型光軸抽汽機組額定抽汽量為310t/h，單臺機組的額定供熱能力為207MW；34型背壓機組額定抽汽量為473 t/h，單臺機組的額定供熱能力為317 MW；55型光軸機組額定抽汽量為300t/h，單臺機組的額定供熱能力為200MW；55型切缸抽汽機組額定抽汽量為310t/h，單臺機組的額定供熱能力為207MW。經(jīng)計算本項目改造后，富拉爾基發(fā)電廠6臺供熱機組總供熱能力為1455MW，供熱面積可達2575萬m2。當(dāng)2臺切缸機組同時出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機時，其余機組供熱能力為1041MW，供熱面積可達1842萬m2，供熱保障率為83.7%，根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)規(guī)定和城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范，主熱源故障時，備用熱源應(yīng)可滿足70%的供熱需要。滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

切缸供熱方案并沒有成熟應(yīng)用案例，其運行穩(wěn)定性和安全性還有待于時間的檢驗，出于對供熱安全性的考慮，只能在部分機組進行試運行。本文主要就汽輪機低壓缸“零功率”運行的技術(shù)淺析、經(jīng)濟性、風(fēng)險性進行了分析。