李鵬 常吉?jiǎng)?陳國(guó)柱 李文博 王耀華

（內(nèi)蒙古京能盛樂(lè)熱電有限公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010058）

火力發(fā)電廠(chǎng)中汽輪機(jī)的排汽又稱(chēng)為乏汽，通過(guò)空冷島或凝汽器冷凝后逐級(jí)加熱作為給水回到鍋爐，在冷凝過(guò)程中，乏汽所攜帶的大量汽化潛熱損失到環(huán)境中，成為熱力系統(tǒng)所固有的冷端損失。對(duì)機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造，正是通過(guò)合理利用部分乏汽的汽化潛熱加熱一次熱網(wǎng)循環(huán)水，從而達(dá)到充分利用冷端余熱、降低平均發(fā)電標(biāo)煤耗，提高機(jī)組供熱能力的目的。

高背壓技術(shù)是通過(guò)提高機(jī)組排汽背壓，達(dá)到利用乏汽直接加熱熱網(wǎng)回水目的。目前，國(guó)內(nèi)供熱機(jī)組應(yīng)用的高背壓余熱回收技術(shù)路線(xiàn)主要有高背壓熱網(wǎng)凝汽器、增汽機(jī)技術(shù)、雙轉(zhuǎn)子、低壓缸末葉改造等[1]-[3]。

1 供熱現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古京能盛樂(lè)熱電有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)盛樂(lè)熱電）位于呼和浩特市盛樂(lè)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)，安裝有兩臺(tái)2×350MW 超臨界燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。盛樂(lè)熱電承擔(dān)著集聚區(qū)能源中心的任務(wù)，是發(fā)展云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)配套項(xiàng)目，由北京能源投資（集團(tuán)）有限公司獨(dú)資建設(shè)。目前盛樂(lè)熱電承擔(dān)的采暖熱負(fù)荷由兩部分組成，躉售給城發(fā)熱力公司的 890 萬(wàn)m2熱負(fù)荷和盛樂(lè)熱電自營(yíng)承擔(dān)的園區(qū) 28 萬(wàn)m2。

隨著城市的發(fā)展和清潔能源供熱改革的推進(jìn)，呼和浩特市的集中供熱面積仍在繼續(xù)增加，采暖熱負(fù)荷還有一定缺口。隨著呼和浩特的南向發(fā)展，盛樂(lè)園區(qū)的熱負(fù)荷也在不斷增加。目前，呼和浩特注重充分挖掘現(xiàn)有熱電廠(chǎng)供熱能力，對(duì)現(xiàn)有大型電廠(chǎng)進(jìn)行供熱改造，是增加供熱能力、滿(mǎn)足城市供熱需求和提高熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱率的要求。

2 供熱能力分析

2.1 熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱能力

盛樂(lè)熱電內(nèi)設(shè)置有兩座熱網(wǎng)首站，第一熱網(wǎng)首站在盛樂(lè)熱電基建階段建設(shè)，擴(kuò)建熱網(wǎng)首站于 2016年擴(kuò)建完成。設(shè)計(jì)熱網(wǎng)循環(huán)水供回水設(shè)計(jì)溫度為130/70 ℃。

盛樂(lè)熱電供熱外網(wǎng)由躉售城發(fā)公司的 DN1400（輸送能力約15000 t/h）和自營(yíng)園區(qū)的DN900（輸送能力約 6200 t/h）兩個(gè)管網(wǎng)組成，兩個(gè)管網(wǎng)的熱網(wǎng)循環(huán)水總輸送能力約為 21200 t/h。廠(chǎng)內(nèi)熱網(wǎng)循環(huán)水母管規(guī)格為DN1200，輸送能力約12000 t/h。

兩臺(tái)熱網(wǎng)首站采用并聯(lián)方式運(yùn)行，改造前兩座熱網(wǎng)首站的設(shè)計(jì)供熱能力為801MW。

2.2 汽輪機(jī)設(shè)計(jì)供熱能力

制造商：上海電氣集團(tuán)上海汽輪機(jī)有限公司

型號(hào)：CJK350-24.2/0.4/566/566

型式：350MW 超臨界、一次中間再熱、抽凝式。

圖1：額定供熱工況流程圖

如表1所示，兩臺(tái)機(jī)組最大采暖抽汽設(shè)計(jì)值對(duì)應(yīng)總供熱能力達(dá)785MW，按后者計(jì)算，改造前盛樂(lè)熱電最大供熱能力對(duì)應(yīng)等效供熱面積應(yīng)能達(dá)到1570 萬(wàn)m2。

2.3 汽輪機(jī)實(shí)際供熱能力

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)，抽汽量通常無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的最大抽汽量。為掌握機(jī)組實(shí)際最大供熱能力，由內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院進(jìn)行了最大抽汽量測(cè)量試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，機(jī)組實(shí)際最大采暖抽汽量約為500t/h，低于設(shè)計(jì)值。因而盛樂(lè)熱電兩臺(tái)350MW 機(jī)組的采暖抽汽實(shí)際供熱能力核定為714MW，等效最大供熱面積約為 1428 萬(wàn)m2。

3 改造方案

盛樂(lè)熱電采用高背壓余熱回收技術(shù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行改造，以利用機(jī)組乏汽供熱，有效降低機(jī)組冷端損失，增加全廠(chǎng)供熱能力。

經(jīng)過(guò)汽機(jī)廠(chǎng)確認(rèn)，機(jī)組在不對(duì)低壓缸轉(zhuǎn)子進(jìn)行任何改造前提下最高可在 43kPa.a 高背壓下穩(wěn)定運(yùn)行，為高背壓改造創(chuàng)造了有利條件。

本次改造對(duì)象為2 號(hào)機(jī)組，熱網(wǎng)系統(tǒng)為前置凝汽器、增汽機(jī)凝汽器和熱網(wǎng)凝汽器的三級(jí)加熱方式。冬季供熱工況下，額定背壓提高到 36.5kPa.a，采用高背壓循環(huán)水供熱。改造后理想的運(yùn)行調(diào)整方式為，以熱定電、優(yōu)先使用 2 號(hào)機(jī)組高背壓供熱，不足部分由1 號(hào)機(jī)組抽汽供熱補(bǔ)充。

本次改造設(shè)計(jì)兩臺(tái)機(jī)組總供熱能力為845MW（額定供熱面積為1690 萬(wàn)m2），采暖期汽輪機(jī)背壓范圍約為 15～36.5kPa.a。額定供熱工況熱網(wǎng)循環(huán)水供回水設(shè)計(jì)溫度為 107/55℃。

額定供熱工況流程如圖1所示，熱網(wǎng)循環(huán)水流量為13600t/h，2 號(hào)機(jī)組前置凝汽器入口熱網(wǎng)循環(huán)水溫度為50℃，2 號(hào)機(jī)組前置凝汽器出口熱網(wǎng)循環(huán)水溫度為70.7℃，2 號(hào)機(jī)組增汽機(jī)凝汽器出口熱網(wǎng)循環(huán)水溫度為85.2℃，熱網(wǎng)加熱器出口熱網(wǎng)循環(huán)水溫度為107℃，2 號(hào)機(jī)組回收乏汽量約為589t/h。

表1：汽輪機(jī)技術(shù)規(guī)范

主要改造內(nèi)容包括：

（1）對(duì)2 號(hào)機(jī)組凝汽器乏汽利用系統(tǒng)改造；

（2）新增1 臺(tái)增汽機(jī)、1 臺(tái)11000 m2前置凝汽器、1 臺(tái)9000 m2增汽機(jī)凝汽器，對(duì)設(shè)備和管道進(jìn)行隔音降噪；

（3）對(duì)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)供熱管網(wǎng)改造，部分DN1200 廠(chǎng)區(qū)直埋熱網(wǎng)循環(huán)水供回水管道更換為 DN1400 規(guī)格；

（4）第一熱網(wǎng)首站和擴(kuò)建熱網(wǎng)首站改造等；

（5）2#機(jī)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的改造。

4 改造效果

項(xiàng)目于2019年6月11日開(kāi)始土建施工，11月3日正式投入運(yùn)行。

改造后，機(jī)組按照室外溫度的不同，整個(gè)采暖期分為五個(gè)階段：初寒期、初嚴(yán)寒期、尖寒期、末嚴(yán)寒期和末寒期，同時(shí)電廠(chǎng)改造后的熱負(fù)荷及采暖期機(jī)組運(yùn)行分配方式如下：

（1）初、末寒期（0≤t≤8℃），外網(wǎng)熱負(fù)荷需求 241MW≤Q≤435MW，僅 2 號(hào)機(jī)組高背壓乏汽+增汽機(jī)+抽汽供熱即可適應(yīng)外網(wǎng)所需熱負(fù)荷需求，1 號(hào)機(jī)組可采用純凝方式運(yùn)行。

（2）初、末嚴(yán)寒期（-13≤t≤-1℃），外網(wǎng)熱負(fù)荷需求 459MW≤Q≤748MW，2 號(hào)機(jī)組高背壓乏汽+增汽機(jī)+抽汽供熱，隨著室外溫度的降低逐步達(dá)到2 號(hào)機(jī)組最大供熱能力時(shí)，不足部分由1 號(hào)機(jī)組抽汽供熱，以此適應(yīng)外網(wǎng)所需熱負(fù)荷需求。

（3）嚴(yán)寒期，-17≤t≤-14℃時(shí)，外網(wǎng)熱負(fù)荷需求 773MW≤Q≤845MW，2 號(hào)機(jī)組以最大供熱能力507MW 運(yùn)行，配合1 號(hào)機(jī)組抽汽供熱量控制在266MW至338MW即可滿(mǎn)足外網(wǎng)熱負(fù)荷需求。嚴(yán)寒期，2 號(hào)機(jī)組在高背壓額定供熱工況下運(yùn)行，充分發(fā)揮 2 號(hào)機(jī)組乏汽供熱能力，整個(gè)嚴(yán)寒期 2 號(hào)機(jī)組以最大供熱能力向外供熱，不足部分由 1 號(hào)機(jī)組抽汽補(bǔ)充，隨室外溫度降低，1 號(hào)機(jī)組抽汽量不斷增加。供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)方式主要通過(guò)調(diào)節(jié) 1 號(hào)機(jī)組抽汽量來(lái)改變對(duì)外供熱熱量。

在第一級(jí)高背壓凝汽器的基礎(chǔ)上，增加第二級(jí)的增汽機(jī)凝汽器，大大提高了乏汽用量和余熱利用能力。改造后的電廠(chǎng)熱負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，增汽機(jī)具備更低的背壓適應(yīng)能力，具備低背壓低煤耗優(yōu)勢(shì)。

相比原抽汽供熱，改造后有明顯的降低發(fā)電標(biāo)煤耗作用，在供熱達(dá)產(chǎn)情況下，全年平均發(fā)電標(biāo)煤耗將從改造前的 256kg/kWh 降低到235kg/kWh（降低21g/kWh），節(jié)能降耗作用非常明顯。

項(xiàng)目實(shí)施后，有效降低了汽輪機(jī)冷端損失，乏汽利用率可達(dá)100%，機(jī)組供熱能力提高了131MW，供熱面積增加262 萬(wàn)m2，年增加供熱量134 萬(wàn)GJ，年增收節(jié)支2900 萬(wàn)元。

5 結(jié)論與展望

盛樂(lè)熱電通過(guò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行高背壓余熱回收技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了供熱能力的增加，增加的供熱能力取代中、小型鍋爐房，節(jié)約大量的能源，使大氣環(huán)境顯著改善，提高供熱質(zhì)量，改善了居民的生活質(zhì)量，同時(shí)電廠(chǎng)的效益也得到提高。

增汽機(jī)梯級(jí)加熱相比單純的高背壓凝汽器加熱，將大大提高了機(jī)組的乏汽用量和余熱利用能力。

高背壓供熱改造的供熱經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣，與是否遵循優(yōu)先利用乏汽供熱原則有著直接關(guān)系，乏汽用的越多，經(jīng)濟(jì)性越好。