摘 ?要：隨著低碳環(huán)保理念的不斷推進，我國新型清潔類能源的開發(fā)和使用受到全社會的高度重視，其中對于發(fā)電領域而言，可再生清潔能源具有較為廣闊的利用空間，如何對傳統(tǒng)火力電力系統(tǒng)進行合理改造，為清潔能源的使用創(chuàng)造更多有利條件，成為了現(xiàn)階段該行業(yè)工作者重點考量的問題之一。本文結合某電廠的發(fā)電機組的實際使用情況，以發(fā)電機組的供熱技術為主要研究內(nèi)容，通過對汽輪機本體與熱力系統(tǒng)改造、汽輪機輔機適用性以及供熱系統(tǒng)適配性等方面進行綜合研究，提出了低壓缸零出力供熱改造技術方案，期望能夠為電廠適應新時期行業(yè)的未來發(fā)展需求以及電力系統(tǒng)技術改造提供技術參考與寶貴的低壓缸零出力供熱技改經(jīng)驗。

關鍵詞：低壓缸;零出力;供熱改造;技術方案

現(xiàn)階段，我國大部分電力資源的生產(chǎn)供給依靠的仍是火力發(fā)電技術，需要憑借大型燃煤機組來實現(xiàn)供熱發(fā)電需求，該過程中需要消耗大量的不可再生資源，而且還會造成熱能浪費。為了進一步提升熱能利用率，緩解社會能源使用壓力，對傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)當中的供熱機組進行改造具有較強的現(xiàn)實意義，這不僅是響應現(xiàn)代社會節(jié)能減排政策，同時也是改善民生問題的有效途徑。在同一城市當中的跨區(qū)送熱是否能夠充分實現(xiàn)，在很大程度上取決于電廠供熱機組的供熱面積;此外，通過對供熱機組進行技術改造，能夠有效實現(xiàn)電廠投資成本的降低以及收益率的提升控制，這也是相關技術改造項目實施帶來的重要利好價值。

1 電廠發(fā)電機組概況分析

本文主要以鄭州某電廠的供熱機組為實際案例，該機組系統(tǒng)總共包括兩臺供熱設備，但是使用的是一個熱網(wǎng)首站，配置有5臺管板式熱網(wǎng)加熱器。按照起初規(guī)劃，該電廠供熱機組要滿足周邊579.5萬㎡范圍的供熱覆蓋需求，對供熱機組的供熱能力要求較高，原有的機組設備運行消耗較高且熱網(wǎng)覆蓋面積不足，實際無法滿足該需求，必須對原有機組進行改造設計。改造后增加一臺熱網(wǎng)加熱器，并將原本的抽凝式低壓缸機組，改造為低壓缸零出力供熱運行模式，實現(xiàn)了機組低壓缸零出力運行，降低了低壓缸的冷卻蒸汽消耗量，提高了機組供熱抽汽能力，同時滿足了熱網(wǎng)面積迅速擴大的需求。完成改造后，機組運行幾乎不會產(chǎn)生能源損失，可大幅度降低機組的綜合能耗水平，在提升企業(yè)經(jīng)濟效益方面也展現(xiàn)出了極大的技術優(yōu)勢[1]。

2 低壓缸零出力供熱改造具體技術方案

2.1 總體改造部署

在高真空環(huán)境條件下，采用完全密封的液壓蝶閥，將原有進汽管道進行封堵，阻斷原有低壓缸進汽過程，將其改為供熱使用。同時新增旁路管道通入少量的冷卻蒸汽，用于帶走阻斷低壓缸進汽后，低壓轉子轉動產(chǎn)生的鼓風熱量。整個機組的供熱能力便得以大幅提升，而且還節(jié)約了由于進汽所需消耗的發(fā)電功率，實現(xiàn)了供熱機組的深度調峰，同時又不會產(chǎn)生明顯的冷源損失，機組的煤耗損失也進一步減少。

2.2 汽輪機本體改造

2.2.1 中低壓連通管改造

根據(jù)總體改造部署方案，汽輪機部分需從中壓缸排汽通道，引出冷卻蒸汽送入低壓缸進汽口，實現(xiàn)低壓缸末級葉片的冷卻。最初改造設計在連通管道部分增加抽汽三通裝置，但是由于低壓缸零出力運行時的抽汽量也隨之增加，超出了設計規(guī)范要求，所以后期對抽汽口管徑進行加大，直接從抽汽管道將冷卻蒸汽引入，去除了三通，在低壓缸入口管段增加冷卻蒸汽接入口[2]。

2.2.2 供熱蝶閥改造

原有機組供熱蝶閥為不完全密封形式，本次改造將其更換為完全密封結構，蝶閥接口的改造后尺寸為DN1400，與中低壓連通管規(guī)格保持一致。

2.2.3 低壓缸運行監(jiān)視點完善

改造后增加8個低壓缸末級、次末級動葉出口溫度測點;1個低壓缸進汽壓力測點和1個溫度測點;部分關鍵壓力測點更換為高精度絕壓變送器，可實現(xiàn)充分監(jiān)視低壓缸通流部分運行狀態(tài)，確保機組安全運行。

2.3 低壓通流部分冷卻蒸汽系統(tǒng)改造

在中壓缸和低壓缸之前連通設置冷卻蒸汽系統(tǒng)，冷卻蒸汽管路上設置調節(jié)閥和流量孔板以及蒸汽壓力、溫度、流量測點，相關測點均接入機組DCS系統(tǒng)。冷卻蒸汽系統(tǒng)設計冷卻蒸汽流量約為20t/h，冷卻蒸汽參數(shù)取改造后鍋爐出力45%MS，工況對應的供熱抽汽壓力為0.35MPa，溫度為330.1℃，管道規(guī)格DN350。

2.4 低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造

原有的低壓噴水減溫系統(tǒng)并未設置流量測點，溫控采用全開或者全關的單一控制模式，不具備靈活調節(jié)能力，通過改造后增加了流量測點和調節(jié)閥，實現(xiàn)了自定義噴水溫控。另外，減溫水噴頭布置和末級葉片距離也根據(jù)噴水情況進行了優(yōu)化，降低了低壓缸零出力噴水減溫過程對末級葉片的水蝕程度[3]。

2.5 新增熱網(wǎng)首站設計方案

對原供熱抽汽管道進行流速校核后，發(fā)現(xiàn)其超出規(guī)范要求，因此本次改造對供熱抽汽管道進行了擴容。在原有抽汽管道的基礎上再新增一支抽汽管道，該管道上設置抽汽逆止閥、抽汽快關調節(jié)閥和電動蝶閥，接入新建熱網(wǎng)首站后，經(jīng)背壓式汽輪發(fā)電機組做功，回收供熱抽汽壓力能后排汽進入新增熱網(wǎng)加熱器與熱網(wǎng)循環(huán)水換熱。與此同時，新建首站內(nèi)每臺供熱機組配套兩臺熱網(wǎng)疏水泵，“一運一備”配置，疏水經(jīng)熱網(wǎng)疏水冷卻器回至凝汽器，新增熱網(wǎng)疏水泵流量240t/h，疏水管道布置根據(jù)疏水系統(tǒng)阻力大小進行變頻控制。疏水經(jīng)疏水泵升壓后，沿抽汽管道管架輸送至相應機組除氧器凝結水進水母管，疏水系統(tǒng)設置疏水母管和聯(lián)絡閥，正常工況為單元制方式運行。另外，每個供熱機組還新增2臺熱網(wǎng)加熱器，從而滿足最大供熱工況運行需求。

2.6 低壓缸零出力熱控系統(tǒng)改造

原控制系統(tǒng)中與供熱抽汽管道的低壓蝶閥控制對應的是所有閉鎖，控制結果統(tǒng)一，改造后取消供熱低負荷投入保護邏輯以及與切除低壓缸進汽有沖突的控制邏輯，增加切除低壓缸進汽供熱投入/切除控制邏輯。對原低壓缸運行相關的保護定值設置進行保留，與切除低壓缸進汽供熱運行要求保持一致[4]。改造后新增監(jiān)視測點，同時接入DCS控制系統(tǒng)。

3 低壓缸零出力運行試驗

機組低壓缸零出力運行時，低壓缸處于高真空、極低容積流量條件的運行狀態(tài)，不同機組的低壓缸長葉片鼓風情況、汽缸差脹、轉子軸向位移變化、汽缸上下缸溫差等特性各不相同。因此，需通過低壓缸零出力試驗進行特征確認，為后續(xù)控制方案及運行指導提供設計依據(jù)。具體包括了以下內(nèi)容：其一是高真空、極低容積流量條件下，低壓缸長葉片在鼓風工況下的溫度變化的測定試驗;其二是機組在切除低壓缸進汽過程中以及運行時，汽輪機軸瓦振動、差脹、轉子軸向位移變化、汽缸上下缸溫差、排汽溫度等的變化趨勢與規(guī)律測定試驗;其三是切除低壓缸進汽過程中，機組主要運行參數(shù)的變化趨勢與規(guī)律的測定試驗;其四是定低壓缸零出力運行時，主要輔機如凝結水泵、循環(huán)水泵、凝汽器抽空氣系統(tǒng)的適應性測定試驗。

4 環(huán)境影響分析及技術經(jīng)濟性分析

本次改造工程完成后不產(chǎn)生大氣污染物，提升了調峰能力，促進了新能源消納，在一定程度上降低了煤耗及污染物排放，對區(qū)域的環(huán)境空氣質量有一定的改善作用。同時，改造后的機組設備噪音污染也有所減少，對周圍居民的生活質量提升也有著較為積極的影響。

在技術經(jīng)濟性方面，改造后機組充分填補了當?shù)爻鞘泄崛笨?，前期投入預計在第二年即可實現(xiàn)連續(xù)供熱效益最大化，但是后期隨著供熱量的不斷增加，可能還需要進一步再尋求技術突破，從而保證電廠收益的可持續(xù)性[5]。

5 結束語

針對電廠供熱機組設計的低壓缸零出力供熱改造技術方案，最終經(jīng)過測試運行驗證了其改造價值，改造完成后的供熱機組最大采暖抽汽量增加約221.4t/h，發(fā)電功率降低約37.7MW，熱耗率下降約1851.4kJ/（kW·h），折合發(fā)電煤耗約63.6g/（kW·h）。與以往的高背壓供熱、光軸供熱方案相比而言，改造后的供熱系統(tǒng)不僅功能切換更加靈活多樣，而且還提高了供熱機組運行狀態(tài)監(jiān)控能力，機組維護綜合效率提升，增強了電廠技術核心競爭力，具有較高的實際應用價值。與此同時，本次技改還積累了大量關于低壓缸零出力供熱改造的技術實踐經(jīng)驗，也為其它同類型改造工程的開展實施提供了行之有效的參考方案與范例。

參考文獻：

[1] 鄂志君， 張利， 楊幫宇，等. 低壓缸零出力實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱電解耦與節(jié)能的理論研究[J]. 汽輪機技術， 2019， 61（5）：5.

[2] 孔德奇， 王子奇， 劉恒波，等. 低壓缸零出力技術在供熱機組的應用：， CN112832880A[P]. 2021.

[3] 楊海生， 張拓， 唐廣通，等. 低壓缸零出力技術對供熱機組深度調峰性能影響及調峰補償標準探討[J]. 熱能動力工程， 2020， 35（6）：6.

[4] 賈斌， 李曉波， 殷建華. 低壓缸零出力改造機組汽輪機及其調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實測建模[J]. 內(nèi)蒙古電力技術， 2021， 39（3）：7.

[5] 曲大雷， 回世成， 李贏，等. 350MW機組低壓缸零出力運行應用研究[J]. 山東電力技術， 2018.

作者簡介：

陳國軍1976年8月，男，籍貫：江蘇省張家港市，漢，本科，工程師，研究方向：火力發(fā)電。