張夢哲，王亞超，彭 珍，劉廣于，李鐵生

（1.北京首鋼股份有限公司能源部，北京 100041；2.華北理工大學電氣工程學院，河北 唐山 064400）

引言

近幾年，低能耗供熱、供熱靈活性改造成為熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱技術發(fā)展的重要課題[1]，某公司根據(jù)全廠蒸汽平衡及地區(qū)超低排放指標的要求，對現(xiàn)有的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP，以下簡稱CCPP）機組進行供熱改造。

1 CCPP機組供熱改造方案

某公司進行改造的原CCPP機組由2臺29 MW燃氣輪機及其發(fā)電機、2臺余熱鍋爐及配套汽水系統(tǒng)和2臺21 MW抽凝式汽輪機及其發(fā)電機構成，采取分軸式布置、母管制運行。

該CCPP機組以低熱值的高爐煤氣為主要燃料，燃燒形成膨脹高溫燃氣流推動燃機透平轉動做功發(fā)電，做功后的高溫煙氣入余熱鍋爐熱交換產(chǎn)生高、低壓蒸汽分別進入抽凝式汽輪機的高壓汽缸和低壓汽缸做功發(fā)電[2]。

針對該機組進行供熱改造，實施方案為：在上述基礎上擴建1臺3號背壓式汽輪發(fā)電機組，功率為15 MW，并配備一套減溫減壓器和蒸汽引射器系統(tǒng)為輔助供汽設備。

2 改造后的多功能運行模式

2.1 新工藝流程

改造后，當需要CCPP機組執(zhí)行對外供應蒸汽時，其工藝流程為：2臺余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽通過母管進入3號背壓式汽輪機做功發(fā)電，做功后的中壓蒸汽進入蒸汽管網(wǎng)對外供應蒸汽。

由于余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽參數(shù)低于蒸汽熱網(wǎng)運行參數(shù)，無法供出。因此，加設引射器進行改造，低壓蒸汽可通過引射器由高壓蒸汽母管分流出的高壓蒸汽引射出，形成符合參數(shù)要求的中壓蒸汽，供入蒸汽管網(wǎng)，實現(xiàn)了低壓蒸汽的提級利用，避免了能量浪費。

2.2 多功能運行模式

改造后的CCPP機組可在不同生產(chǎn)需求下實現(xiàn)不同功能的運行模式，根據(jù)其使用功能可分為高效發(fā)電模式和蒸汽供應模式。

高效發(fā)電模式下，2臺燃機余熱鍋爐分別帶2臺抽凝式汽輪機進行高效率發(fā)電。蒸汽供應模式下，2臺燃機余熱鍋爐帶3號背壓式汽輪機組進行蒸汽保供。如表1所示。

表1 多功能運行模式機組使用方案

上述改造完成后，極大地提高了蒸汽供應能力，同時為公司提供自備電力。

3 多模式在線切換方法實踐

3.1 在線切換的可行性分析

3.1.1 除鹽水系統(tǒng)改造

2種模式下由燃機余熱鍋爐帶不同汽輪機組，抽凝式汽輪機的乏汽除抽汽部分和軸封漏氣外，全部進入凝汽器冷卻成水，凝結泵將其抽出經(jīng)過多級加熱和除氧后，作為給水送往鍋爐，形成汽水系統(tǒng)循環(huán)，系統(tǒng)只需補充循環(huán)過程中損失的少量除鹽水。背壓式汽輪機組的乏汽直接向蒸汽管網(wǎng)供出中壓蒸汽，無上述凝結和汽水循環(huán)的過程，故需大量補充除鹽水作為給水供往鍋爐。可見二者的汽水循環(huán)系統(tǒng)存在較大的差異。

對除鹽水系統(tǒng)進行改造，在原有2臺除鹽泵（1用1備）的基礎上新增2臺大流量除鹽水泵（大流量工況下的1用1備），并改造供水管路，選用更大管徑以保證供水流量。實現(xiàn)改造后的蒸汽供應模式下，背壓式汽輪機組運行時采用大流量除鹽水泵對鍋爐進行補水。同時結合公司整體生產(chǎn)需求對除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)進行了擴產(chǎn)改造，保障除鹽水供應。

3.1.2 可行性分析

供熱改造完成后，運行操作的重點和難點為2種功能模式的切換問題，如汽水循環(huán)系統(tǒng)和除鹽水系統(tǒng)的切換。按穩(wěn)妥謹慎、安全可靠的原則，應將CCPP機組整體停機，完成汽水系統(tǒng)切換后，CCPP機組燃機和汽機再依次啟動，完成運行模式的切換。

但這種切換方式有以下缺點：

1）切換操作時間過長、操作量大。

2）燃機機組的頻繁啟停對機組本身有較大損害，易造成機組零部件疲勞損傷。

3）燃機停啟階段影響廠區(qū)發(fā)電量，且不利于廠區(qū)煤氣平衡的整體調整。

經(jīng)過運行技術團隊深入研討、比較和摸索，認為可實現(xiàn)燃機不停機狀態(tài)下的模式在線切換，并形成了具體實施方案。

3.2 具體實施方案

CCPP機組多模式在線切換實施方案充分考慮了運行安全性、工藝合理性和操作便捷性，操作的基本原則為“先切水、再切汽，并網(wǎng)后、二拖一”。以高效發(fā)電模式切換為蒸汽供應模式的操作為例，按步驟進行布置。

3.2.1 準備工作

汽機啟動前，盤車裝置應投入2 h以上。檢查汽輪機、發(fā)電機及附屬設備各系統(tǒng)正常。汽機準備啟動，除鹽泵切換至大流量泵運行，靠壓力再循環(huán)調節(jié)壓力。

逐漸全開減溫減壓器、引射器和3號背壓式汽輪機出口電動門，完成低壓側暖管。逐漸打開抽凝式汽輪機補汽母管分段門，暖管至引射器補汽電動門前。

確認3號背壓式汽輪機組閥門、汽缸各疏水門處于開啟狀態(tài)，并按順序開啟至3號背壓式汽輪機高壓主蒸汽管道有關疏水，保證能有效疏水至疏水擴容器。開2號機組高壓主蒸汽分斷門旁路，開背壓主汽電動門旁路門進行暖管。

3.2.2 停1號抽凝式汽輪機及水系統(tǒng)切換

燃機降負荷，燃機負荷15 MW時投入值班焦氣保證穩(wěn)定運行，抽凝式汽輪機按程序停機，最終燃機負荷控制在5～6 MW。

關抽凝式汽機主汽電動門及高壓、低壓旁路電動門并打開各門后疏水。按順序關閉抽凝式汽輪機凝結水系統(tǒng)各手動閥門后，除氧給水泵解聯(lián)鎖后關備用泵出口門，確認除氧泵出入口再循環(huán)手動門關閉，打開除鹽水至除氧泵出口補水門，關運行除氧泵出口電動門，停泵。上述操作即完成了1號抽凝式汽輪機的停機，并完成了從高效發(fā)電模式到蒸汽供應模式過程中最為關鍵的水系統(tǒng)切換。

抽凝式汽輪機停機后，進一步確認高、低壓蒸汽母管至停運的抽凝式汽輪機的分斷門關閉有效，并下電確保安全。

此時，燃機余熱鍋爐的高低壓汽包蒸汽采取對空排放。

3.2.3 啟動3號背壓式汽輪機

暖管完成后，按程序啟動3號背壓式汽輪機組。打開高壓蒸汽母管上主蒸汽分斷門，打開啟動對空排汽電動閥。

全開電動主閘門，機組掛閘并開始運行。按3號背壓式汽輪機汽機操作方案進行沖轉和暖機，升速至額定轉速3 000 r/min。機組定速后逐漸關小排汽管道上的啟動對空排汽電動閥，使背壓逐漸升高。緩慢開啟3號背壓式汽輪機出口電動閥，向蒸汽管網(wǎng)供汽，并預熱管網(wǎng)，關閉對空排汽電動閥，保持額定排汽壓力。

背壓建立后對機組進行全面檢查，狀態(tài)無異常及時并網(wǎng)帶負荷。

機組并網(wǎng)后，按冷態(tài)額定參數(shù)啟動曲線以0.5 MW/min升負荷率升負荷至10%額定負荷，并在該負荷下穩(wěn)定運行20～30 min，進行低負荷暖機。

3.2.4 啟用二拖一模式

3號背壓式汽輪機順利啟動并網(wǎng)后，按3.2.2節(jié)操作方案停2號抽凝式汽輪機及其水系統(tǒng)，并確保分斷門有效關閉。緩慢開啟該燃機余熱鍋爐到至3號背壓式汽輪機的高壓蒸汽母管分斷門，使高壓蒸汽并入3號背壓式汽輪機主蒸汽管道。

完成上述操作后，按程序投入蒸汽引射器，將余熱鍋爐低壓蒸汽引射出并入蒸汽管網(wǎng)。然后以0.5 MW/min升負荷率按冷態(tài)額定參數(shù)啟動曲線加負荷至額定負荷。

通過以上操作，完成了從高效發(fā)電模式到蒸汽供應模式的切換。在生產(chǎn)實際中對這種在線切換方法進行了實踐檢驗，操作過程有序、切換過程平穩(wěn)，達到了預期目的。

4 結語

通過新建背壓式汽輪機組對CCPP機組進行供熱改造，使其具有多種功能模式運行方式，并通過研究和摸索，形成了在線切換方法，保證切換平穩(wěn)的同時提高了操作效率。這種對CCPP機組的改造及運行方式系國內外首創(chuàng)，具備技術先進性和創(chuàng)新性，提高了CCPP機組采暖季蒸汽供應能力，經(jīng)濟效益和節(jié)能效果十分可觀。