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        大同第二發(fā)電廠600MW亞臨界機組供熱改造

        2021-08-23 02:36:08王文飛
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年22期
        關(guān)鍵詞:凝汽器

        王文飛

        (國家能源集團國電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司,山西 大同037000)

        大同市作為山西省第二大城市,有著豐富的煤炭資源以及旅游資源。近年來,隨著城市的高速發(fā)展,作為城市建設(shè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施集中供熱熱源需求急劇增長,大同第二發(fā)電廠作為大同市供熱主要熱源,面臨著資源約束、環(huán)境保護、市場競爭等多方面的嚴峻挑戰(zhàn)。隨著國家節(jié)能減排要求的不斷提升,以及電力裝機容量過剩、利用小時數(shù)的逐年降低,火力燃煤發(fā)電企業(yè)機組單靠發(fā)電實現(xiàn)盈利的空間已很有限,在當(dāng)前日益嚴峻的經(jīng)營形勢下,積極發(fā)展供熱,轉(zhuǎn)型為熱電并重的綜合性企業(yè),才是發(fā)電企業(yè)扭虧轉(zhuǎn)盈的有效手段[1]。

        鑒于凝汽發(fā)電機組冬季實施高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)已在國內(nèi)各大中城市得到普遍推廣與使用,為了將供熱能力最大化,大同第二發(fā)電廠將二期8號空冷機組進行了低位能分級混合供暖技術(shù)改造,機組由正常背壓工況運行改為高背壓供熱工況運行。

        1 機組供熱情況及熱負荷現(xiàn)狀

        大同發(fā)電有限責(zé)任公司是大同市重要熱源點,總裝機容量3720MW,分三期建成。其中,一期6臺200MW超高壓機組,采用打孔抽汽供熱方式,最高供熱負荷550MW,最高供熱面積1130萬m2,供熱管線主干管DN1200,從廠區(qū)東北側(cè)接出,接至青年路管網(wǎng)主干線,至大同市區(qū)管網(wǎng);二期建設(shè)2臺600MW亞臨界直接空冷機組,采用打孔抽汽供熱方式,最高供熱負荷535MW,最高供熱面積1100萬m2,供熱管線主干管DN1200,從廠區(qū)西側(cè)接出,沿魏都大道接至市區(qū);三期建設(shè)2臺660MW超臨界直接空冷機組,采用熱泵(回收小機乏汽)基礎(chǔ)加熱、抽汽提質(zhì)加熱的供熱方式,最高供熱負荷640MW,最高供熱面積1300萬m2,三期東線供熱管主干管DN1200,從廠區(qū)東南側(cè)接出,沿著御河?xùn)|路向北敷設(shè)至御東新區(qū)。并在電廠三期擴建端新增加了一條南線供熱主干管DN1400,最高可增加約15000t/h的熱網(wǎng)循環(huán)水量。

        目前,電廠一、二、三期機組分別各自承擔(dān)供熱面積1000萬m2,全廠共計承擔(dān)供熱面積3000萬m2、年供熱量約1314萬GJ。根據(jù)大同市近些年的供熱規(guī)劃,2014年大同市建筑面積共9082萬m2。急需替代中小型燃煤鍋爐房和無采暖設(shè)施建筑面積1839萬m2。另外,城市總建筑面積以平均每年約600萬m2的速度增加,2015-2020年規(guī)劃期內(nèi)大同市還將新增建筑面積3498.23萬m2[1]。

        2 空冷機組低位能分級混合供暖技術(shù)改造

        空冷機組低位能分級混合供暖技術(shù)是將二期8號機排汽主管道上增設(shè)大口徑排汽旁路管道,將8號機組排汽全部引至新增的4臺高背壓熱網(wǎng)凝汽器,用于加熱各管線熱網(wǎng)循環(huán)水回水;同時對8號機抽汽蝶閥進行改造,將8號機抽汽能力提高至400t/h以上。在三期擴建端新建南線熱網(wǎng)首站,用于南線熱網(wǎng)循環(huán)水的尖峰加熱。其中空冷機組低位能分級混合供暖系統(tǒng)如圖1所示。

        圖1 空冷機組低位能分級混合供暖系統(tǒng)圖

        此供熱系統(tǒng)新增高背壓熱網(wǎng)凝汽器,并在熱網(wǎng)凝汽器入口蒸汽管道上裝設(shè)大口徑真空電動蝶閥。并將各凝汽器排汽凝結(jié)水接至原空冷凝結(jié)水回水系統(tǒng)至機組回?zé)嵯到y(tǒng)。為確保8號機精處理裝置的正常運行,新增1臺凝結(jié)水換熱器,由熱網(wǎng)循環(huán)水將凝結(jié)水冷卻至60℃以下。對8號機導(dǎo)汽管蝶閥進行改造,以增大其中排抽汽能力。

        此系統(tǒng)在保證機組連續(xù)安全穩(wěn)定運行的前提下,維持汽輪機本體通流部分不改變,冬季供熱工況下使機組額定背壓提高到36kPa以上,同時空冷風(fēng)機全停。在供熱初末期,僅乏汽余熱就能使各管線供熱循環(huán)水回水加熱至72℃左右,基本滿足供熱需求;供熱嚴寒期,乏汽供熱不能滿足供熱需求,從中低壓聯(lián)通管抽汽作為尖峰熱源,二次加熱熱網(wǎng)水來增加熱負荷,階梯利用能量[1-3]。

        3 熱網(wǎng)高背壓凝汽器應(yīng)用及對汽輪機運行影響

        空冷機組低位能分級混合供暖技術(shù)核心是熱網(wǎng)高背壓凝汽器的應(yīng)用,其中熱網(wǎng)高背壓凝汽器采用哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的N-10000、N-15000高背壓凝汽器,外形如圖2所示,其結(jié)構(gòu)為單殼體、對分四流程,單背壓表面式,殼體和水室為全焊接結(jié)構(gòu),在真空運行條件下有足夠的剛度和穩(wěn)定性[3]。高背壓凝汽器冷卻水管管束采用先進的塔式管束布置方案,減少了汽阻,同時提高換熱性能。高背壓供熱凝汽器可以滿足8號機組空冷風(fēng)機全停時機組高背壓運行,在冬季供熱時8號機組600MW汽輪機改低真空運行,當(dāng)機組背壓提高到36kPa,對應(yīng)的排汽溫度為73.4℃;空冷機組低壓缸為落地軸承,排汽溫度升高不會引起軸承標(biāo)高的變化;額定工況下,排汽溫度也不會超標(biāo),低真空運行不會對軸系造成影響。

        圖2 高背壓凝汽器

        在機組低真空運行時,末葉處于高背壓條件下工作。背壓高,蒸汽比容減小,密度增大。高背壓下高密度的蒸汽激發(fā)的動應(yīng)力高。當(dāng)末葉在高背壓、小容積流量條件下運行時,動葉根部出現(xiàn)脫流,出現(xiàn)負的速度分量,它與主流蒸汽相互作用形成渦流。渦流區(qū)不僅造成強烈的渦流損失,降低效率,而且會使葉片產(chǎn)生強烈的振動,導(dǎo)致動應(yīng)力增加。葉片周圍非穩(wěn)定流場的氣動力與葉片振動之間相互耦合,葉片的振幅不斷加大,發(fā)生顫振,導(dǎo)致葉片的損壞。所以機組低真空運行時,通過控制末葉的最小容積流量,保證機組的安全運行。

        實際運行證明,排汽容積流量在設(shè)計容積流量的5%-25%范圍內(nèi),葉片的動應(yīng)力很大,影響末級動葉的安全。但蒸汽流量如果減小到一定程度,低壓末級可能做負功,或者排汽為過熱蒸汽,排汽溫度可能超過80℃。所以必須保證最小容積流量,保證排汽最小容積流量在25%以上,同時排汽溫度不超過80℃。在進汽1328t/h(不抽汽)時,排汽開始為過熱蒸汽,排汽溫度達到79.1℃,而且該工況下低壓末級為微正功狀態(tài),如果進汽量再減少,低壓末級將會做負功處于鼓風(fēng)狀態(tài)。因此,1328t/h進汽工況為機組最低負荷工況,這時機組負荷為408MW。在VWO工況3060t/h進汽,背壓36kPa低真空供熱工況,機組最大出力為605MW。所以,在背壓36kPa時,機組安全運行的負荷區(qū)間為408MW-605MW。

        4 改造后機組能耗分析

        供暖初末期,供熱負荷和供水溫度需求較低,理論上僅靠8號機組乏汽即可滿足供熱需求,其他機組均可純凝運行。但考慮實際運行過程需要,可按初末期,8號機組低位能乏汽僅將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至67℃左右,剩余4℃溫升由各機組的少量中排抽汽尖峰加熱。

        極寒期二、三期乏汽供熱量比例為52.8%,二、三期機組平均供熱煤耗17.46kg/GJ,供熱電耗6.68kW·h/GJ,平均發(fā)電煤耗239.53g/kW·h。

        供熱次寒期乏汽供熱比例65.8%,二、三期機組平均供熱煤耗14.77kg/GJ,供熱電耗5.83kW·h/GJ,平均發(fā)電煤耗250.23g/kW·h。

        供熱初末期乏汽供熱比例89.6%,二、三期機組平均供熱煤耗7.46kg/GJ,供熱電耗4.6kW·h/GJ,平均發(fā)電煤耗264.06g/kW·h。

        充分發(fā)揮8號機組低品位乏汽供熱,整個供暖季8號機組乏汽可以提供71%的供熱熱量,二、三期機組的平均供熱煤耗可降為13.08kg/GJ,供熱電耗5.61kW·h/GJ,供熱成本約為8.69元/GJ。在滿足4100萬m2供熱需求條件下,整個供暖季8號機乏汽提供的熱量占到二、三期機組總供熱量比例的71%,二、三期機組的平均供熱煤耗降為13.08kg/GJ。相比改前供熱,改造后電廠年節(jié)煤量20.36萬噸,二、三期供熱能力可以達到3660萬m2。

        5 結(jié)論

        (1)冬季供熱期間,機組空冷風(fēng)機全停,機組背壓提高到35kPa以上,不僅降低了廠用電,也在供熱期間降低煤耗,夏季通過投入一個高背壓凝汽器,能有效降低機組背壓,提高機組負荷攜帶能力。

        (2)供熱期間,8號機組高背壓運行機組安全運行的負荷區(qū)間為408MW-605MW。

        (3)在供熱初末期,供熱改造后僅乏汽余熱就能使各管線供熱循環(huán)水回水加熱至72℃左右,基本滿足了供熱需求。

        (4)在理想情況下,改造后二、三期平均供熱煤耗降為13.08kg/GJ,供熱面積增加到3660萬m2。

        (5)充分發(fā)揮8號機組低品位乏汽供熱,整個供暖季8號機組乏汽可以提供71%的供熱熱量,二、三期機組的平均供熱煤耗可降為13.08kg/GJ,供熱電耗5.61kW·h/GJ,供熱成本約為8.69元/GJ。

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