1000MW超超臨界凝汽式燃煤機組對外供熱的探討

上海外高橋第三發電有限責任公司 董維德

1 概述

上海外高橋第三發電有限責任公司共有1000MW超超臨界凝汽式燃煤火力發電機組2臺。

由上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機N1000-27/600/600（TC4F），設計額定主汽壓力27MPa、主汽溫度600℃、設計額定再熱汽壓力5.756MPa再熱蒸汽溫度600℃，末級葉片高度1146mm。該汽輪機的整個流通部分由四個汽缸組成，即一個高壓缸、一個雙流中壓缸和兩個雙流低壓缸。對應四個汽缸的轉子由五個徑向軸承支承，并通過剛性聯軸器將四個轉子連為一體，汽輪機低壓轉子B通過剛性聯軸器與發電機轉子相連，組成的汽輪發電機總長度約為49m,高度約為9.25m，寬度約為16m。 汽輪發電機組設計額定輸出功率為1000MW，汽輪機THA工況熱耗率(正偏差為零)保證值7320 kJ/kW.h。TMCR功率為1040.586MW；VWO功率1059.974MW。

由上海鍋爐廠有限公司在引進德國ALSTOM公司1000MW 超超臨界塔式鍋爐技術的基礎上，結合上海鍋爐廠有限公司燃用神府東勝煤的經驗進行設計和制造的2×1000MW 超超臨界機組鍋爐為2955t/h超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動噴嘴調溫、平衡通風、全鋼架懸吊結構、露天布置、采用機械刮板撈渣機固態排渣的鍋爐。

整套機組由國家電力公司華東電力設計院設計、分別由上海電力安裝第一工程公司、上海電力安裝第二工程公司施工安裝。

2 技術上可行，運行穩定

上海外高橋第三發電有限責任公司2臺超超臨界凝汽式燃煤發電機組抽汽200t/h，在技術上是可行的，安全是有保障的。

上海外高橋第三發電有限責任公司2臺超超臨界凝汽式燃煤發電機組鍋爐的BMCR為2955t/h，汽輪機的TMCR為2869t/h，根據上海外高橋第三發電有限責任公司7號汽輪機熱力性能考核試驗報告，當發電負荷在1000MW該汽輪機在THA工況時，主蒸汽壓力為25.919MPa、主蒸汽溫度為599.7℃、主蒸汽流量為752.982kg/s即2710.73t/h、主蒸汽焓為3484.27kJ/kg、再熱冷段壓力5.825MPa、再熱冷段溫度為362.2℃、再熱冷段焓為3082.20kJ/kg。由此計算可得：高壓缸與中、低壓缸的做功比例為：高壓缸占30%、中、低壓缸占70%。當再熱冷段進汽母管段抽汽200t/h時，高壓缸進汽流量增加140t/h，則此時汽輪機的進汽流量為2850.73t/h，小于汽輪機在TMCR工況時的流量（2869t/h），同時也小于鍋爐的BMCR工況時的流量（2955t/h）。由此可見，上海外高橋第三發電有限責任公司超超臨界凝汽式燃煤發電機組從再熱冷段進汽母管段抽汽200t/h時在技術上是可行的。

上海外高橋第三發電有限責任公司1000MW發電機組對外供熱是在不改動汽輪機本體設備的核心部件情況下進行。只是從再熱冷段進汽母管抽汽至三期輔汽母管經減溫減壓系統后并入外供蒸汽母管。因此，可減少設備安全風險，而且可縮短改造工期和降低改造費用。機組通過供熱改造后，在機組不供熱時，仍為原設計純凝汽工況。在對外供熱時，此時機組的高壓缸、中壓缸、低壓缸，仍以原純凝汽工況運行，而中、低壓缸則視供熱量的大小，以某個較低負荷的設計純凝汽工況運行。這種分缸變工況運行原理與我國現有普遍采用的同類型供熱發電機組的運行原理完全一樣，已是運行成熟、安全可靠的運行方式，且運行方式靈活。在不供熱時，機組仍可立即恢復原凝汽運行方式，性能不變。

抽汽供熱機組將背壓式汽輪機和凝汽式汽輪機的優點結合起來，能適應熱負荷變化的要求。大量的實際運行經驗均驗證了抽汽供熱機組在熱負荷峰谷差較大、負荷變化較多情況下的良好適應性。當熱負荷變化時，只需調整抽汽量與凝汽量，就可以達到調整對外供熱量的目的。抽汽供熱機組的運行靈活性緩解了因熱負荷波動而產生的鍋爐負荷大幅度波動，使其維持相對較高的負荷穩定性和設備效率，從這個意義上說，也是確保安全穩定供熱的重要措施。抽汽供熱機組的優點是在一定范圍內，供熱量和發電量能獨立調節，負荷適應性強，當熱負荷低于設計值時，能比背壓機發揮更好的經濟效益。

熱電聯產與熱電分產相比熱效率高30%，集中供熱比分散小鍋爐供熱效率高50%。所以要用熱電聯產集中供熱為主的方式替代分散的燃煤小鍋爐，提高熱電聯產在供熱中的比例，擴大供熱范圍。其核心就是熱電聯產熱效率比其他供熱方式要高。

3 經濟上合理，環保效益顯著

上海外高橋第三發電有限責任公司1000MW發電機組對外供熱在經濟上是合理的，環保效益也相當顯著。

上海外高橋第三發電有限責任公司2臺1000MM超超臨界凝汽式燃煤發電機組高壓缸出口處設計時就都預留了四個口子。除供機組起動用汽、小汽機用汽和三期用汽外，還留有專門供熱的口子，因此對外供汽無需對機組進行改造。蒸汽在高壓缸作功后再經過減溫減壓后通過￠300連通管向外供熱，由上海外高橋熱力公司負責調配、計量，供到各熱用戶處。

上海外高橋第三發電有限責任公司1000MW發電機組對外供熱后參照上海外高橋第二發電有限責任公司900MW發電機組對外供熱的實際數據計算，在額定工況下：年供熱量為25.79萬t時，發電煤耗下降了2.68g/kWh，如以平均供熱量50t/h計算，全年節煤量可達2萬余t，相應減少SO2排放423.98t，CO2排放4萬多t。與此同時，熱用戶比較自備熱源能夠得到更大的減排效果，所以，環保效益也很好。

4 安全可靠

上海外高橋第三發電有限責任公司自第一臺機組2008年3月、第二臺機組2008年6月投產商業運行至今始終保持連續的安全運行、均可達到連續的滿負荷狀態。因此從上海外高橋第三發電有限責任公司作為熱源點向外供熱是非常安全、可靠的。

5 科學管理，行之有效

上海外高橋第三發電有限責任公司有完整的生產管理和經營管理班子，技術力量雄厚，管理制度齊全。已在機組投產前就先后訂立了汽輪機運行規程、鍋爐運行規程、電氣運行規程、安全規程、事故處理規程和巡回檢查制度。并在以后二年的商業運行過程中嚴格執行，行之有效。

6 集中供熱的市場正在擴展中

上海外高橋發電有限責任公司四臺300MW發電機組高再冷段抽汽量每臺20t/h，共計最高外供蒸汽量為80t/h。坐落浦東外高橋區域的上海外高橋發電廠（一、二、三廠）是上海市三大（外高橋、石洞口、吳涇）能源基地之一。體現現代化國際大都市內的開發區都配備集中供熱設施。位于外高橋區域的外高橋保稅區（10km2），高東工業園區（12.5km2）及楊園、曹路鎮沿江區域，內有許多國際、國內大型企業已經使用蒸汽（外高橋造船廠、英特爾、飛利浦、GE、嘉里糧油、中糧外高橋基地等）。隨著國家對城市環保要求的提高及國家對節能減排工作的強化，該區域原有企業及新落戶企業都將逐步納入電廠的集中供熱網絡。

離外高橋第三發電廠一路之隔的上海竹園污水處理廠是上海區域二大（白龍港、竹園）污水處理廠之一。2008年成立的上海竹園污泥處理廠是污水處理廠的后繼深化配套設施，該廠在污水、污泥處理過程中，需使用集中供熱的蒸汽，合同已于2009年簽訂。在考慮供熱的經濟性、可靠性、安全性后，我們認為外高橋第三發電有限責任公司是此項目最合適、最理想、最經濟供汽企業。

用熱企業離供熱企業距離近（2km），如從上海外高橋發電有限責任公司或上海外高橋第二發電有限責任公司向污水處理廠供熱，管道長度只增加1~2.5km，管道投資相對少，管道在運行中熱損也小，供熱經濟性比較好。另外距離短的管道，日常運行的安全可靠性更好。

隨著城市化的擴大，城市污水排量也會不斷增加。作為上海市二大污水集中處理點之一，竹園污水處理廠也將會承擔城市排污水的增量部分，按目前竹園污泥處理廠的預留場地也將驗證以上發展趨勢，故此點的用汽量也有可能不斷增加，這對外高橋第三發電廠供汽的經濟性，也將是趨勢性利好。

但根據對外高橋地區熱用戶用熱量的調查，現已簽約熱用戶61戶，常用量已達60t/h左右，目前正在商談或接觸過程中的熱用戶的用熱量約達100t/h左右（熱用戶中較大的熱用戶有：中糧、嘉里糧油二期、豹馳二期、港區等）。根據外高橋保稅區、港區、高東工業區等周邊區域的經濟發展狀況看，上海外高橋發電有限責任公司四臺300MW發電機組現有供汽能力已遠遠不能滿足經濟發展的要求，急需由上海外高橋第三發電有限責任公司對外供汽。

7 科學計量，合理結算

上海外高橋熱力公司的貿易結算計量儀表定期進行強檢，儀表正確度符合集中供熱系統計量要求。

上海外高橋熱力公司現有用汽熱用戶38家，每家熱用戶都獨立安裝了蒸汽計量儀表，并能按照蒸汽貿易結算的要求每年對熱用戶的計量儀表進行強檢。上海外高橋熱力公司供熱管理制度完整，合同齊全，符合供熱規范。

8 結語

上海外高橋第三發電有限責任公司對外供熱是非常合理的。熱電聯產項目，既發電又供熱，發電后的蒸汽再送到熱用戶使用，實現了熱能的梯級利用，與熱電分產相比，避免了常規火力發電中的余熱損失，提高了能源利用率，因而相比純凝汽式發電可降低發電煤耗。

建議：因上海外高橋第三發電有限責任公司1000MW發電機組再熱冷段壓力5.825MPa、再熱冷段溫度為362.2℃、再熱冷段焓為3082.20kJ/kg。從再熱冷段抽汽經過減溫減壓后再供到熱用戶處使用（熱用戶正常的用汽參數一般是1.5MPa以下、300℃左右），這一段熱能損耗很大。如能實現熱能的梯級利用，將進一步提高能源利用率。希望能對抽汽供熱作進一步優化，以爭取更大的節能減排效果。