孫嘉權(quán)，許濤，商永強(qiáng)

(1.忻州廣宇煤電有限公司，山西 忻州 034000； 2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450046)

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目最早主要集中在工業(yè)領(lǐng)域，后發(fā)展到居民的集中供暖，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益，被國(guó)內(nèi)外譽(yù)為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[1-3]。我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)已進(jìn)入成熟期，行業(yè)發(fā)展平穩(wěn)增長(zhǎng)，熱電聯(lián)產(chǎn)在城市集中供熱總量的占比達(dá)30%以上[4]。近年來(lái)，各地的熱電聯(lián)產(chǎn)工程項(xiàng)目紛紛建成投產(chǎn)，使我國(guó)城市供熱能力持續(xù)提升。由于國(guó)家相關(guān)政策的支持，我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛。

1 項(xiàng)目背景

某電廠位于某市城北區(qū)域，是該市城區(qū)的主要熱源，承擔(dān)著非常重要的采供熱任務(wù)。該電廠一期2×135 MW凝汽式燃煤抽汽供熱機(jī)組(#1，#2機(jī)組)于2007年建成投產(chǎn)，二期2×350 MW超臨界空冷燃煤供熱機(jī)組(#3，#4機(jī)組)于2016年年底建成投產(chǎn)。該電廠一期2×135 MW機(jī)組供熱蒸汽取自汽輪機(jī)中壓缸排汽(五段抽汽)，單機(jī)額定抽汽量為120 t/h，最大抽汽量為150 t/h，設(shè)計(jì)供熱抽汽壓力為0.245 MPa，2臺(tái)機(jī)組原設(shè)計(jì)供熱面積約為3.21×106m2。2012—2013年經(jīng)汽輪機(jī)乏汽供熱節(jié)能改造，2臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)供熱能力約為342 MW，設(shè)計(jì)供熱面積約為6.21×106m2。二期2×350 MW抽凝供熱機(jī)組供熱蒸汽也取自汽輪機(jī)中壓缸排汽(五段抽汽)，單機(jī)額定抽汽量為500 t/h，2臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)供熱能力為653 MW，設(shè)計(jì)供熱面積約為1.154×107m2。配套供熱管網(wǎng)主管徑為DN 1 200 mm。

表1 某電廠供熱現(xiàn)狀及供熱規(guī)劃

根據(jù)該市《城市供熱專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃(2013—2030)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃》)要求，至2020年，該電廠集中供熱面積需達(dá)到2.150×107m2(見(jiàn)表1)，但該電廠機(jī)組目前設(shè)計(jì)供熱面積約為1.775×107m2，無(wú)法滿足該市中期(2020年)供熱發(fā)展需求。結(jié)合機(jī)組現(xiàn)狀，對(duì)#2供熱機(jī)組進(jìn)行背壓式汽輪機(jī)改造，以最大限度增大供熱能力。

2 供熱改造方案

本文擬將一期#2汽輪機(jī)改為背壓機(jī)。結(jié)合電廠熱負(fù)荷、機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀以及機(jī)組情況，初步擬定背壓機(jī)改造方案如下。

圖1 供熱系統(tǒng)

2.1 本體改造方案

#2抽汽凝汽式汽輪機(jī)改為背壓式供熱汽輪機(jī)，新設(shè)聯(lián)通管將中排上部2路排汽合并至1個(gè)DN 1 200 mm的供汽管道引出；同時(shí)，在此管線上引出約5 t/h的蒸汽，經(jīng)減溫減壓后通入低壓缸作冷卻蒸汽，原中壓缸排汽下部抽汽150 t/h去熱網(wǎng)首站供熱管道不變。低壓缸2個(gè)進(jìn)汽口，其中一個(gè)接入冷卻蒸汽，另一個(gè)進(jìn)行封堵。低壓轉(zhuǎn)子加工成一根光軸轉(zhuǎn)子，連接高中壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)，起到傳遞扭矩的作用(低壓轉(zhuǎn)子改造后，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，防止由于轉(zhuǎn)子不平衡引起機(jī)組振動(dòng)大)。原配置空冷島進(jìn)行隔絕、廢除。改造后低壓隔板全部拆除，保留低壓內(nèi)缸及噴水裝置。

2.2 系統(tǒng)改造方案

將中壓缸新引出蒸汽接至#2余熱回收裝置用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。由于#2余熱回收機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)較低，蒸汽在進(jìn)入#2余熱回收裝置前參數(shù)降至30 kPa，60 ℃。對(duì)原有#2余熱回收機(jī)組進(jìn)行改造。新引出中壓缸排汽約為172 t/h，其中5 t/h送至低壓缸進(jìn)行冷卻，剩余蒸汽送至#2余熱回收裝置進(jìn)行換熱。#2機(jī)組額定供熱能力約為225.3 MW。供熱系統(tǒng)如圖1所示。

3 改造前、后對(duì)比

3.1 改造前、后供熱能力變化

一期2×135 MW機(jī)組目前設(shè)計(jì)供熱能力為342 MW，設(shè)計(jì)供熱面積約為6.21×106m2。改造前一期電廠供熱量為

Q=0.086 4nP(tn-tp)/(tn-tw) ，

(1)

式中：n為采暖天數(shù)，151；P為改造前電廠總供熱功率，342 000 kW；tn為室內(nèi)溫度，18 ℃；tp為采暖期室外平均溫度，-2.7 ℃；tw為冬季室外溫度，-15 ℃。數(shù)據(jù)代入可得改造前一期供熱量為2.80×106GJ。

改造后供熱能力增加了46 MW，總供熱能力為388 MW，按式(1)計(jì)算，改造后供熱量為3.17×106GJ，比改造前增加了0.37×106GJ，新增供熱量為#2汽輪機(jī)改造為背壓機(jī)后所增加的供熱量。#2機(jī)組改造前、后供熱能力變化見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可以看出，#2機(jī)組改造為背壓機(jī)后，供熱能力增加46 MW，按照目前熱負(fù)荷指標(biāo)，可以增大供熱面積8.30×105m2。由于熱負(fù)荷指標(biāo)的變化，中期可以增大供熱面積9.00×105m2，遠(yuǎn)期可以增大供熱面積9.60×105m2。

改造后，全廠中期供熱能力可達(dá)1 041.0 MW，較中期規(guī)劃值1 096.5 MW偏少55.5 MW，較遠(yuǎn)期規(guī)劃值1 488.0 MW偏少447.0 MW。建議未來(lái)根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷發(fā)展情況，對(duì)二期機(jī)組進(jìn)行余熱回收利用改造，以補(bǔ)足不足部分。

3.2 主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

年利用小時(shí)按照2015年機(jī)組采暖期核查電量，折合2 643 h進(jìn)行計(jì)算。#2汽輪機(jī)改造為背壓機(jī)后額定功率為98.29 MW，主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表2 #2機(jī)組改造前、后供熱能力變化

表3 #2機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

#2機(jī)組改造前機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為177.43 g/(kW·h)，考慮區(qū)域小鍋爐熱效率為75%，供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為45.55 kg/GJ；改造后機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為164.06 g/(kW·h)，供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為38.14 kg/GJ。按上述數(shù)據(jù)計(jì)算，改造后該工程每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約9.4 kt，其中發(fā)電節(jié)煤量為4.9 kt，供熱節(jié)煤量為4.5 kt。

4 結(jié)論

通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)來(lái)實(shí)施集中供熱，替代供熱區(qū)內(nèi)已有或擬建的熱效率低、污染防治措施落后的小鍋爐，減少了區(qū)域燃煤消耗及煙塵排放量。提高了電廠的綜合能源利用效率，既節(jié)約了大量能源，又減少了煤、灰渣在裝卸、運(yùn)輸、貯存過(guò)程中對(duì)環(huán)境、交通及占地的影響。CO2，SO2，NOx及煙塵排放量減少，區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量得到改善。

[1]孔令先,李繼偉,李宏偉.220 MW汽輪機(jī)組供熱改造研究與應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(4)：319-322，328.

[2]程鈞培.節(jié)能減排與火電新技術(shù)[J].動(dòng)力工程，2009，29(1)：1-4.

[3]戈志華，楊佳霖，何堅(jiān)忍，等.大型純凝汽輪機(jī)供熱改造節(jié)能研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(17)：25-30.

[4]萬(wàn)燕，孫詩(shī)夢(mèng)，戈志華，等.大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組高背壓供熱改造全工況熱經(jīng)濟(jì)分析[J].電力建設(shè)，2016，37(4)：131-137.