S109FA聯合循環機組余熱鍋爐對外供熱改造

龔曉曉

(中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528437)

S109FA聯合循環機組余熱鍋爐對外供熱改造

龔曉曉

(中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528437)

介紹了S109FA聯合循環機組余熱鍋爐供熱的改造方法，為滿足用戶對供熱蒸汽品質的要求，對相應機組的化學加藥方式進行調整、優化。還就供熱改造后對機組運行、調節的影響等進行了探討，并計算了機組對外供熱的經濟性。給同類型機組進行類似改造，提供了參考。

聯合循環余熱鍋爐；供熱改造；加藥方式調整；經濟性

0 概述

廣東沿海某電力公司3，4號鍋爐型號為DG2 82.8/9.8/38.6/2.44/34.3/0.38-M103，是三壓、再熱、無補燃、臥式自然循環型余熱鍋爐，由東方日立鍋爐有限公司生產。與之配套的S109FA型燃氣輪機，燃用天然氣，額定功率390 MW。該公司靠近工業園區，具備良好的供熱條件，如能充分發揮這一優勢，改造為熱電聯產機組，將對節能減排工作起到重要作用。

1 對外供熱改造方案探討

為滿足周邊市場對供熱品質的要求，3，4號機組需單機對外供汽50 t/h，供汽壓力0.8-1.3 MPa、溫度180-220 ℃。為此，需對原有機組系統進行改造。機組對外供熱改造的探討如下。

1.1 汽缸開口抽汽供熱方案分析

該機組配純凝式汽輪機，無任何抽汽口，如果從汽輪機側抽汽對外供熱，必須要在汽缸上開口，但是在純凝式汽缸上開口的供熱方式，存在以下技術問題。

(1) 調節方式不靈活。專門對外供熱的聯合循環汽輪機一般在中壓缸第三或四級的抽汽管處，安裝有旋轉隔板，其作用是調節抽汽的壓力和流量。如在原有純凝式汽缸上開口，則開口處無法再安裝旋轉隔板，在機組負荷變化和外面熱用戶用汽量改變時，無法實現靈活調節。

(2) 影響機組安全。在汽缸上開口后，勢必影響機組的運行工況和軸系的受力情況，特別是開孔后會造成抽汽前一級動葉壓差及氣流工況的改變，該級葉片的原設計強度可能不能滿足改造后的運行要求。為安全起見，將需要更換葉片。

(3) 對外供汽量不足。純凝式汽輪機的噴嘴、葉片及整個缸體設計非常緊湊，難以滿足汽缸開口的尺寸和位置要求，使對外供汽量受限，達不到單機抽汽量50 t/h的要求。

1.2 從鍋爐中壓過熱器出口抽汽供熱方案分析

鑒于從汽輪機側抽汽對外供熱存在以上問題，經研究決定采用從鍋爐中壓過熱器出口抽汽，來實現對外供熱。鍋爐中壓過熱器出口與冷再蒸汽母管相連，其蒸汽參數為2.35 MPa，300 ℃。該處流量325 t/h，經過減溫、減壓調整后，可滿足熱用戶的需求，如圖1所示。

鍋爐側抽汽量大小對主機的影響及特點。

(1) 由于抽汽口在3，4號鍋爐中壓過熱器出口管段，最大抽汽量允許值為55 t/h，抽汽壓力為2.35 MPa，能夠滿足對外供汽參數要求，同時抽汽之后對汽輪機轉子的推力值影響較小，可忽略。

(2) 當機組負荷下降時，鍋爐側的抽汽能力將隨之降低，為保證機組安全，只有當汽輪機進汽量達到額定值的70 %(210 t/h)以上時，才允許抽汽；在進汽量小于210 t/h時，不允許抽汽。

(3) 機組在聯合循環達到260 MW時，汽輪機組進汽量達到230 t/h左右，此時能夠滿足安全要求的最大抽氣量為35 t/h，而在機組進汽量最大325 t/h時，機組能夠達到的最大抽氣量為55 t/h。鍋爐側抽氣量大小將與汽機進汽量大小一一對應。

圖1 供熱改造系統

(4) 抽汽之后，對機組出力有一定影響，對進入余熱鍋爐再熱器的壓力和流量也有一定影響。

(5) 抽汽之后對凝結水含氧量有影響，當前3，4號機組凝汽器出口凝結水含氧量為26 μg/L，機組補水量約8 t/h。鍋爐側對外供熱后，單臺機組的補水量增至50 t/h，補水中的含氧量約為8 000 μg/L，凝汽器出口的凝結水含氧量將大幅上升。此時可通過鼓泡蒸汽，使凝汽器出口凝結水含氧量降至20 μg/L以下。

鼓泡蒸汽的作用是將凝汽器熱井中的凝結水(包括補水)加熱至飽和溫度，使溶解氧從凝結水中析出，從而被抽真空泵抽走。

(6) 鍋爐側抽汽供熱改造，對整個機組的系統改動少，投資少，流程相對簡單。在抽汽量達到50 t/h時，熱電比基本達到國家規定標準。

2 對外供熱改造實施

經過對現場的勘察，確定管道布置走向，在鍋爐中壓過熱器出口管道上開口，重新設計，增加一套供熱系統。該系統是在3，4號鍋爐中壓過熱器出口管段開口，經過三通接口后，用Φ219×9 mm的碳鋼管接出。抽汽管道沿主廠房邊沿進行布置、匯集，最后由Φ325×10 mm的碳鋼管引出。蒸汽經過調壓、減溫后，通向用戶。

2.1 管道安裝

供熱管道的施工按DL/T 869—2004《火力發電廠焊接技術規程》和DL/T 616—2006《火力發電廠汽水管道與支吊架維修調整導則》的規定執行。管道安裝前，對管道進行外觀檢查，確認沒有裂紋、夾渣、重皮、凹陷等缺陷，并將管道內的油、漆、垢、銹等清理干凈。管道對接焊口，其中心線距離管道起彎點不少于管道外徑，且不少于100 mm，距支吊架距離不少于50 mm。同管道的2個對接焊口的間距，應大于管道外徑，且不少于150 mm。焊接Φ32×3/20號管道采用全氬焊焊接，焊接Φ219×9/20號及以上的管道采用氬弧焊打底、電焊覆蓋的方式焊接。水平管道的安裝坡度，不小于0.002，其中Φ219×9/20號及以上管道的坡度與蒸汽流動的方向一致。

2.2 管道支吊架安裝

管道安裝時不宜使用臨時支吊架，若需使用臨時支吊架，則不得將其焊接在管道上，安裝完畢后必須馬上拆除。固定支架應牢固可靠。活動支架的位移方向、位移值，導向性能及彈簧支吊架安裝標高與彈簧工作荷載應符合設計要求。導向支架或滑動支架的安裝位置應從支承面中心向位移反方向偏移，偏移量應為位移值的1/2。

2.3 閥門安裝

閥門應布置在便于操作、維護和檢修的地方。電動閥、調節閥和手動閘閥，應布置在水平管道上，且門桿垂直向上。端部焊接連接的閥門焊接前，閥門要打開，防止損壞閥門密封面。閥門安裝完畢后，應可自如地打開和關閉。

2.4 焊縫檢驗

對管道的所有焊縫進行外觀檢查，外壁錯口應不大于10 %的壁厚，且小于1 mm，沒有咬邊、裂紋、夾渣、氣孔、內凹、突出等缺陷。焊縫表面不允許有深度大于1 mm的尖銳凹槽，且不允許低于母材表面。焊接角變形不大于1/100。對承壓管道的所有焊縫進行100 %無損檢測合格。

3 改造后的安全措施

3.1 管道系統嚴密性試驗

管閥安裝完畢后需進行水壓試驗。Φ32的減溫水管道試驗壓力為4.0 MPa，蒸汽管道試驗壓力為2.5 MPa。水壓試驗時，用堵板將中壓蒸汽系統隔離，避免有水進入。水壓試驗時，管道承壓系統不得有泄漏及外觀變形現象。

3.2 沖管

蒸汽管道投運前應進行沖管。沖管蒸汽為鍋爐側中壓過熱蒸汽，將壓力控制在2.0 MPa以下，保證沖管時的沖刷力。多次間斷進行，相鄰2次沖管間隔時間為2 h。在排汽口處加裝靶板，用于檢查沖管效果，靶板上沖擊斑痕的粒度不得大于0.8 mm，且斑痕不多于8點為合格。

4 改造后加藥方式的調整

工業園區熱用戶對蒸汽的利用有2種，一種是間接使用蒸汽，只利用熱能來加熱、做功；另一種是直接使用蒸汽來蒸煮食品。間接使用蒸汽對蒸汽品質沒有特殊要求，直接使用蒸汽對蒸汽品質要求非常高，必須符合GB/T 5749—2006《生活飲用水衛生標準》的規定。

供給鍋爐的補給水采用了沉淀過濾、反滲透預脫鹽、離子除鹽處理的凈水方式，水質全面高于GB/T 5749—2006《生活飲用水衛生標準》。但是為了延緩熱力系統腐蝕、結垢和積鹽，進入爐膛后的給水采用了加氨全揮發處理的加藥方式，爐水采用了固體堿化劑(加磷酸鹽)的加藥方式，將給水pH值維持在9.4以上，水汽控制指標如表1所示。

表1 水汽控制指標

鍋爐給水pH值與氨濃度的對應關系如圖2所示：pH值提高到9.4以上，給水中氨的含量會達到1.07 mg/L以上；pH值提高到9.6后，氨的含量將會達到2.23 mg/L。這樣的話，蒸汽中的氨氮含量(游離氨)會大大超出GB/T 5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定的0.5 mg/L。

要改善供熱蒸汽品質，滿足直接使用蒸汽蒸煮食品的熱用戶要求，就必須從控制和改變爐內加藥方式入手，減少供熱蒸汽中的氨氮含量，同時，給水pH值也不能低于國標要求，否則會造成鍋爐受熱面腐蝕。辦法是將鍋爐給水采用的加氨全揮發處理加藥方式改為給水采用氧化性全揮發處理方式AVT(O)。即只在凝結水泵出口添加氨水，不加聯氨，保證給水處于微氧環境，只通過熱力除氧的辦法保證給水溶氧小于10 μg/L。同時調整凝結水、低壓給水pH值9.2-9.3，控制中、高壓給水pH值9.0-9.2。這樣可同時滿足機組和熱用戶對蒸汽品質的要求。

圖2 pH值與氨濃度對應關系

5 改造后對機組運行的影響

(1) 聯合循環機組設備多，啟動速度快，通常熱態啟動在40 min左右，冷態60-80 min，所以要特別注意與加強管道疏水，防止出現水擊，損壞供熱管線及其支架。

(2) 機組對外供熱后，單臺機組的補水量增至50 t/h，補水中的含氧量約為8 000 μg/L，凝汽器出口的凝結水含氧量大幅上升。為避免對鍋爐低壓省煤器產生腐蝕，對凝汽器通入蒸汽除氧，將凝汽器出口凝結水含氧量控制在20 μg/L以下。

(3) 由于熱用戶里有化工、生物醫藥等不可間斷用戶，機組負荷低于270 MW時，抽汽量不足，必須啟動備用啟動爐，對外供汽。

(4) 機組供熱改造后，經過實際運行試驗，采用“等效電量法”，即供熱與發電相互影響的等量關系，按平均每小時雖少發電7 000 kWh，但可多供熱40 t，按蒸汽價格和上網電價換算，每小時多創造效益4 000多元。

6 結束語

隨著國家對環保及節能減排力度的加強，集中式或分布式的熱、電、冷多聯供方式成為天然氣發電項目提高資源利用率的重要手段。S109FA聯合循環機組從鍋爐側改造對外供熱，與單純的燃用天然氣或燃油鍋爐對外供熱相比，能大幅降低供熱成本，提高資源綜合利用率，利于環保。而且對外供熱后，汽輪機低壓蒸氣減少，也減少了對末級葉片的汽蝕，值得推廣應用。

1 楊旭中.熱電聯產規劃設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

2 袁 德.現代電站鍋爐技術及其改造[M].北京：中國電力出版社，2006.

3 呂世文.供熱機組切換抽汽引起的跳機事件分析[J].電力安全技術，2011，13(8)：36-37.

2016-04-17。

龔曉曉(1976-)，男，工程師，主要從事發電廠生產設備檢修維護和技術改造等生產管理工作，email：maxingyi126@126. com。