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        汽輪機(jī)供熱能力提升改造方案對(duì)比分析

        2020-12-29 07:56:54陳飛飛雷炳成唐樹(shù)芳
        機(jī)電信息 2020年36期
        關(guān)鍵詞:汽機(jī)熱網(wǎng)調(diào)峰

        陳飛飛 俞 聰 雷炳成 唐樹(shù)芳

        (華電電力科學(xué)研究院有限公司,浙江杭州310030)

        0 引言

        隨著國(guó)民生活水平的提高和人民群眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),區(qū)域鍋爐房和分散式小鍋爐已經(jīng)不符合時(shí)代發(fā)展的要求,必須用其他熱源對(duì)其進(jìn)行有效替代。諸如工業(yè)余熱、各類可再生能源、熱泵等雖能實(shí)現(xiàn)綠色供熱,但是受應(yīng)用條件限制,無(wú)法大范圍推廣,因此大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè),有效挖掘現(xiàn)有機(jī)組的供熱潛力是現(xiàn)實(shí)的迫切需求。

        1 供熱能力提升改造方案

        1.1 高背壓供熱技術(shù)

        高背壓供熱技術(shù)是通過(guò)提高汽輪機(jī)低壓缸排汽壓力,將乏汽直接用來(lái)加熱熱網(wǎng)循環(huán)水的一種供熱方式,由于充分利用了汽輪機(jī)排汽的汽化潛熱,可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)冷源損失接近為零。高背壓供熱技術(shù)受熱網(wǎng)回水溫度影響較大,有一定的調(diào)峰能力,外部熱負(fù)荷越接近設(shè)計(jì)值,機(jī)組效益越好[1]。

        1.2 光軸供熱技術(shù)

        光軸供熱技術(shù)是在采暖期用光軸轉(zhuǎn)子替換原低壓缸轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)背壓供熱的方案,可以實(shí)現(xiàn)低壓缸不發(fā)電,中壓缸排汽全部用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。此種方式也可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)冷端近乎為零的熱量損失,但是每年都需要停機(jī)更換轉(zhuǎn)子,工程量巨大。

        1.3 熱泵供熱技術(shù)

        熱泵分為吸收式熱泵和壓縮式熱泵,前者利用工質(zhì)溶液非共沸特性實(shí)現(xiàn)熱量交換,后者則利用工質(zhì)在不同壓力下相變溫度不同的特性實(shí)現(xiàn)熱量交換。

        1.4 新型凝抽背技術(shù)

        新型凝抽背技術(shù)則通過(guò)采用增加冷卻蒸汽旁路、低壓缸噴水系統(tǒng)、末級(jí)葉片溫度監(jiān)測(cè)、汽輪機(jī)葉片防水蝕等技術(shù),來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓缸在極低流量下安全運(yùn)行[2]。該技術(shù)具有投資少、建設(shè)周期短、供熱能力強(qiáng)、調(diào)峰能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。

        1.5 增汽機(jī)技術(shù)

        增汽機(jī)技術(shù)是采用高品質(zhì)蒸汽作為驅(qū)動(dòng)力抽取低品質(zhì)蒸汽,混合后向外提供中等品質(zhì)蒸汽的技術(shù)。該技術(shù)能效系數(shù)在1.75~2.2,能夠在不對(duì)主機(jī)進(jìn)行大改的情況下有效利用乏汽,具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但是機(jī)器運(yùn)行時(shí)噪聲較大,變工況性能較差。

        2 案例基本情況介紹

        2.1 機(jī)組和供熱首站參數(shù)

        某電廠有兩臺(tái)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,汽輪機(jī)均為上海汽輪機(jī)廠制造,型號(hào)為CZK350-24.2/0.4/566/566,型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷、一級(jí)調(diào)整抽汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)額定純凝功率350 MW,單臺(tái)額定采暖抽汽量500 t/h,最大采暖抽汽量550 t/h,折算供熱能力約為385 MW。

        2.2 熱負(fù)荷狀況

        當(dāng)?shù)匚挥谌A北黃土高原地區(qū),屬大陸性干旱氣候帶,采暖期為5個(gè)月,自本年的11月1日至來(lái)年的3月31日。當(dāng)?shù)夭膳C合熱負(fù)荷指標(biāo)為51 W/m2,2019—2020年采暖季電廠已接待供暖面積1 300萬(wàn)m2,逼近電廠供熱能力上限。根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)犭娐?lián)產(chǎn)規(guī)劃,未來(lái)三年內(nèi)還將新增300萬(wàn)m2左右的集中供熱面積,機(jī)組急需進(jìn)行供熱擴(kuò)容改造,以保障當(dāng)?shù)孛裆膳枨蟆?/p>

        2.3 其他因素

        電廠運(yùn)行人員反映,由于機(jī)組所屬運(yùn)行設(shè)備較多,操作工序繁多,加之運(yùn)行人員倒班運(yùn)行,不能持續(xù)保持飽滿的精神狀態(tài),因此不希望機(jī)組在供熱改造后增加太多的操作程序,供熱調(diào)節(jié)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易操作,以提高運(yùn)行人員工作效率,降低操作失誤的概率。

        當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)接入了較多的光伏發(fā)電機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,在供暖季節(jié)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象,因此電網(wǎng)要求供熱機(jī)組也要參與調(diào)峰。

        3 供熱能力提升改造方案分析

        本節(jié)選擇壓縮式熱泵技術(shù)、新型凝抽背技術(shù)、增汽機(jī)技術(shù),從改造方式、供熱能力和調(diào)峰能力三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析。

        3.1 改造方式

        (1)壓縮式熱泵改造:汽輪機(jī)機(jī)組乏汽主管上增加旁路并安裝凝汽器和壓縮式熱泵,乏汽經(jīng)過(guò)凝汽器凝結(jié),熱網(wǎng)循環(huán)水在通過(guò)熱泵蒸發(fā)器吸熱降溫后進(jìn)入凝汽器回收乏汽凝結(jié)熱。熱網(wǎng)回水首先進(jìn)入壓縮式熱泵降溫,然后進(jìn)入汽輪機(jī)乏汽冷凝器,再通過(guò)母管分別經(jīng)過(guò)壓縮式熱泵和熱網(wǎng)加熱器升溫,最后送至廠外熱網(wǎng)回水管中。

        (2)新型凝抽背改造:將原中低壓缸連通管蝶閥更換為可以關(guān)到零位、全密封且零泄漏的新液壓蝶閥;增設(shè)低壓缸冷卻蒸汽旁路系統(tǒng);改造低壓缸冷卻噴水系統(tǒng);末兩級(jí)葉片加裝溫度測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行防水蝕處理;原有的供熱首站增加一臺(tái)熱網(wǎng)加熱器。

        (3)增汽機(jī)改造:不改動(dòng)原有汽輪機(jī),加裝一臺(tái)高背壓凝汽器,加裝一臺(tái)增汽機(jī)及其附屬冷凝器,加裝中壓缸排汽管路至增汽機(jī),加裝低壓缸排汽管路至高背壓凝汽器和增汽機(jī),加裝增汽機(jī)至增汽機(jī)冷凝器之間的管路,改造熱網(wǎng)循環(huán)水管道,使其依次流過(guò)高背壓凝汽器、增汽機(jī)冷凝器、原熱網(wǎng)加熱器。

        3.2 改造后供熱能力分析

        以供暖季151天,平均熱負(fù)荷系數(shù)0.69,總體換熱效率0.97作為計(jì)算邊界,計(jì)算改造后全廠供熱能力的增加值(表1)。

        表1 三種改造方式全廠供熱能力變化對(duì)比表

        從表1可以看出,三種改造方式均能增加機(jī)組供熱能力,供熱能力增量從大到小的順序依次為新型凝抽背94.56 MW>增汽機(jī)59.89 MW>壓縮式熱泵44.36 MW。

        3.3 改造后調(diào)峰能力分析

        在外部熱負(fù)荷為385MW時(shí),改造前汽輪機(jī)電負(fù)荷為285MW。在提供同樣的熱負(fù)荷時(shí),壓縮式熱泵改造方式對(duì)應(yīng)的電負(fù)荷為294 MW,新型凝抽背改造方式對(duì)應(yīng)的電負(fù)荷為211 MW,增汽機(jī)改造方式對(duì)應(yīng)的電負(fù)荷為323 MW。由此可見(jiàn),新型凝抽背技術(shù)可以調(diào)峰,其余兩種技術(shù)則是使機(jī)組多發(fā)電。

        4 效益分析

        按照熱價(jià)28元/GJ,煤價(jià)600元/t,以最大供熱能力計(jì)算收益,結(jié)果如表2所示。

        從表2可以看出,新型凝抽背技術(shù)投資最少,收益最高,而其余兩種改造方案則缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

        表2 三種改造方式投資收益對(duì)比表

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文介紹了汽輪機(jī)供熱能力提升改造的各類技術(shù)方案,結(jié)合案例的實(shí)際需求選擇了其中三種方式進(jìn)行了計(jì)算和分析,結(jié)果表明,新型凝抽背技術(shù)操作靈活、調(diào)峰能力強(qiáng)、改造工程量小、投資低、收益高,對(duì)于需要提升供熱能力并參與電網(wǎng)調(diào)峰的機(jī)組是個(gè)很好的改造方案。

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