1 000 MW超超臨界機(jī)組供熱改造優(yōu)化

沈文玲 張 胤

1.上海電力股份有限公司

2.上海上電漕徑發(fā)電有限公司

1 000 MW超超臨界機(jī)組供熱改造優(yōu)化

沈文玲1張 胤2

1.上海電力股份有限公司

2.上海上電漕徑發(fā)電有限公司

介紹了上海漕涇電廠2×1 000 MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)供熱改造后的情況，結(jié)合化工區(qū)的熱需求狀態(tài)，指出了供熱改造中的一些不足。針對目前供熱中產(chǎn)生的問題，提出了優(yōu)化的方案，并對方案進(jìn)行了比選。根據(jù)比選結(jié)果，從0號抽汽的安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面對優(yōu)化方案進(jìn)行了闡述。從而，通過供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化在保證機(jī)組的安全性的前提下大大降低了煤耗，為其它同類型機(jī)組的供熱改造提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

超超臨界汽輪機(jī)；供熱優(yōu)化；1 000 MW

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.010

1 概述

上海漕徑電廠2×1 000 MW機(jī)組汽輪機(jī)采用上汽廠引進(jìn)德國西門子公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽（一個(gè)高壓缸、一個(gè)雙流中壓缸和兩個(gè)雙流低壓缸）、雙背壓、八級回?zé)岢槠?、反?dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號為N1000-26.25/600/600，銘牌功率為1 000MW，保證熱耗7 306 kJ/kWh。

為滿足化工區(qū)的供熱需求，上海漕徑電廠于2013年對機(jī)組進(jìn)行了供熱改造，并于2013年底竣工投產(chǎn)，根據(jù)需求參數(shù)的要求，選擇冷再抽汽作為汽源，經(jīng)過減溫減壓站減溫減壓向外供應(yīng)高壓或中壓蒸汽。一抽抽汽作為備用汽源，低負(fù)荷時(shí)由冷再切換至一抽進(jìn)行供熱。冷再與一抽接出管道安裝電動(dòng)閘閥作為汽源切換，兩路汽源均可接入高壓減溫減壓站或中壓減溫減壓站，每臺機(jī)組設(shè)置2套減溫減壓站（高壓+中壓）。但考慮到系統(tǒng)復(fù)雜性一臺機(jī)組不同時(shí)供應(yīng)高中壓蒸汽。供熱母管均按照200 t/h進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。供熱參數(shù)如表1所示。

表1 熱網(wǎng)需求參數(shù)

2 供熱優(yōu)化的必要性

按照原供熱改造設(shè)計(jì)，單臺機(jī)組的高壓或中壓的供熱能力為1 00 t/h，另外受抽汽口76 m/s流速設(shè)計(jì)限值的限制，一抽供熱在500 MW只能供87 t/h，600 MW以上方能供100 t/h的蒸汽，冷再供汽全負(fù)荷段可供100 t/h的蒸汽。兩臺機(jī)組供熱能力為200 t/h，500 MW以下停止供中壓蒸汽，660 MW以下停止供高壓蒸汽。后經(jīng)過對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，400 MW時(shí)的中壓供熱能力有所提高，基本可以達(dá)到60 t/h，550 MW時(shí)可以達(dá)到100 t/h。由于發(fā)電負(fù)荷的波動(dòng)較大，機(jī)組在夜間低負(fù)荷時(shí)段經(jīng)常長時(shí)間的運(yùn)行在400～500 MW的范圍內(nèi)，抽汽汽源壓力參數(shù)（抽汽汽源參數(shù)見表2）達(dá)不到熱用戶需求，這就造成了高壓供熱無法持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行供熱。

表2 抽汽汽源參數(shù)

為改善這種情況，必須找到新的汽源以提供穩(wěn)定供熱。

3 優(yōu)化方案的比選

為確保機(jī)組的安全運(yùn)行，又能穩(wěn)定的提供高參數(shù)的蒸汽，對多個(gè)汽源進(jìn)行了比選。并提出了2套方案，一是通過對中壓調(diào)門憋壓的方式，來提高冷再的壓力，實(shí)現(xiàn)在低負(fù)荷段進(jìn)行高壓供熱；二是從補(bǔ)汽閥后至高壓缸第五級葉片后的管道進(jìn)行抽汽。

從安全性上來比較，中調(diào)門憋壓供熱方式由上汽廠在300 MW等級的機(jī)組上實(shí)現(xiàn)過，在1 000 MW機(jī)組上沒有相應(yīng)案例，理論上是可行的，但對機(jī)組控制邏輯上會涉及較多新問題，邏輯修改工作量也很大，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。而通過補(bǔ)汽閥后抽汽，系統(tǒng)的布置上較復(fù)雜，現(xiàn)場安裝的空間也存在一定的難度，同時(shí)葉片強(qiáng)度以及軸向推力也需要校核，是否能滿足設(shè)計(jì)要求。

從經(jīng)濟(jì)性上來比較，640 MW是兩組方案的經(jīng)濟(jì)性平衡點(diǎn)（如圖1所示），在640 MW以下負(fù)荷段內(nèi)，0號抽汽的經(jīng)濟(jì)性更好，負(fù)荷越低，經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢越大。我廠供熱缺口主要是在400 MW至700 MW之間的負(fù)荷段內(nèi)，目前在該負(fù)荷段，高壓蒸汽供熱基本無法進(jìn)行，進(jìn)行改造后基本可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組全負(fù)荷段的高壓蒸汽供熱，滿足供熱的需求。

圖1 經(jīng)濟(jì)性比較圖

綜合考慮，確定了在汽輪機(jī)補(bǔ)汽閥與高壓缸之間的管道上抽頭，從高壓缸第五級葉片后進(jìn)行抽汽，定為0號抽汽。

4 0號抽汽的安全性

為了確保機(jī)組在供熱抽汽時(shí)的安全運(yùn)行，在確定從補(bǔ)汽閥后至高壓缸的管道上進(jìn)行抽汽的方案后，委托上海汽輪機(jī)廠對抽汽口的流速、抽汽工況下高壓動(dòng)葉強(qiáng)度及應(yīng)力、軸向推力數(shù)據(jù)進(jìn)行了核算，確認(rèn)高壓動(dòng)葉強(qiáng)度、軸承推力是否滿足安全運(yùn)行要求。

由于高壓蒸汽供熱缺口的符合段主要集中在400 MW至750 MW的低負(fù)荷段內(nèi)，因此，本次的核算主要以400 MW、500 MW、600 MW及750MW幾個(gè)負(fù)荷點(diǎn)來進(jìn)行校核。

經(jīng)過校核，補(bǔ)汽閥后抽氣口蒸汽流速在各負(fù)荷段內(nèi)均能滿足抽汽口流速不超過76 m/s的設(shè)計(jì)要求。具體見表3。

機(jī)組高壓前5級葉片結(jié)構(gòu)型式為自帶圍帶T型葉根。經(jīng)校核，在增加補(bǔ)汽閥后抽汽的情況下，高壓缸前5級動(dòng)葉的蒸汽彎應(yīng)力、合成應(yīng)力、葉根蒸汽彎應(yīng)力、葉根合成應(yīng)力均合格，汽輪機(jī)在增設(shè)0號抽汽口后，高壓缸前五級葉片在30年的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)能夠滿足安全運(yùn)行的要求。

機(jī)組高壓缸采用單流程圓筒形高壓缸，配汽方式為全周進(jìn)汽帶補(bǔ)汽閥。高壓缸從第4級后引出溫度較低的蒸汽引入到內(nèi)外缸之間，對汽缸及轉(zhuǎn)子高溫進(jìn)汽端進(jìn)行冷卻；同時(shí)，機(jī)組在過負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)汽流量從調(diào)門前直接補(bǔ)到高壓第五級后；此外，高壓第12級后抽取一路回?zé)岢槠┙o1號高加。推力方向按照與氣流方向同向?yàn)樨?fù)，即從調(diào)閥端往發(fā)電機(jī)方向?yàn)檎?。?jīng)過校核，在上述4個(gè)負(fù)荷下增加補(bǔ)汽閥后抽汽，機(jī)組推力均在允許范圍之內(nèi)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范，滿足對推力軸承安全性的要求。

5 供熱優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性

表3 各負(fù)荷點(diǎn)補(bǔ)汽閥后抽汽流速表

表4 部分負(fù)荷下的機(jī)組熱耗

表5 部分負(fù)荷下供電煤耗/g·（kWh）-1

表6 低負(fù)荷段供熱煤耗情況表

根據(jù)汽輪機(jī)廠提供的機(jī)組熱平衡圖，對部分負(fù)荷下的機(jī)組熱耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表4所示。

以此為基準(zhǔn)，對各負(fù)荷段的主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行核算，在扣除抽汽的情況下，供電煤耗均有所下降，負(fù)荷越低煤耗下降越顯著（如表5所示）。根據(jù)對我廠2014年1號機(jī)組的運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，在400MW至750 MW的負(fù)荷段內(nèi)總計(jì)的運(yùn)行時(shí)間為4 137 h，占到全年發(fā)電時(shí)間的47.276%，結(jié)合上述負(fù)荷段內(nèi)的煤耗情況，匯總至表6。

從表6可以看出，對單臺機(jī)組，在400MW至750 MW的工況下，不考慮供熱的熱量，機(jī)組的供電煤耗可降低4.47至6.15 g/kWh，而且機(jī)組發(fā)電量保持不變。按2014年1號機(jī)組的運(yùn)行情況，在400 MW至750 MW負(fù)荷段內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，如果不考慮供熱的熱量，全年可累計(jì)減少煤耗12 048 t。

通過改造后，可以改善700 MW以下無法進(jìn)行穩(wěn)定高壓供熱的缺陷，根據(jù)2014年1號機(jī)組運(yùn)行情況，全年去除停機(jī)時(shí)間，700 MW以下運(yùn)行時(shí)間為3 762 h，以供汽100 t/h，供熱成本96元，除鹽水8元，銷售價(jià)格117元（當(dāng)前運(yùn)營價(jià)格及成本）計(jì)算，每年可增加收益（117-8-96）×100× 3726=4 843 800元。約2.05年（990÷484≈2.05）可以收回投資。

6 供熱優(yōu)化改造方案

供熱系統(tǒng)考慮每臺機(jī)組從補(bǔ)汽閥后管道上抽頭，增加一路供熱抽汽，經(jīng)減溫減壓后接入高壓供熱母管，減溫水從給水至暖管旁路減溫水母管上抽頭。0號抽汽自高壓缸第五級葉片后抽出，減溫減壓站前管道為A335P91材質(zhì)，減溫減壓后的管道為20 G。

為了實(shí)現(xiàn)0號抽汽供熱，需要在補(bǔ)汽閥后的管道上抽頭，引出高壓蒸汽，接口示意圖如圖2所示。

圖2 接口示意圖

同時(shí)為保護(hù)汽輪機(jī)進(jìn)水，在抽汽管道上設(shè)置了氣動(dòng)抽汽逆止門；為保護(hù)系統(tǒng)的安全性，在減溫減壓器后設(shè)置了安全閥以及排汽管道；系統(tǒng)上的疏水也全部接至清潔水疏水箱，進(jìn)行回收再利用。

7 結(jié)語

通過對原有供熱系統(tǒng)的優(yōu)化和改造，可以大大提高機(jī)組的低負(fù)荷段的供熱能力，基本可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷段的高壓供熱，提高了供熱的穩(wěn)定性，保障了熱用戶的用汽安全的同時(shí)，也能夠滿足化工區(qū)的熱需求。在提高能源的利用率和電廠的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，在節(jié)能減排、改善環(huán)境等方面也有很好的社會效益。同時(shí)，對其它同類型機(jī)組供熱優(yōu)化，以及改造提供了可行的依據(jù)和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 許振鋒. 1000MW超超臨界機(jī)組供熱改造可行性研究。

1 000 MW Super Critical Unit Heating Renovation Optimization

Shen Wenling1, Zhang Yin2

1.Shanghai Electric Power Co.,Ltd
2.Shanghai Electric Power Caohejing Power Generation Limited Company

∶The article introduces heating renovation of 2×1 000 MW super critical turbo generator units at Shanghai caohejing power plant. Combined with heating demand from chemical district, the author points out some shortcomings during heating renovation. Focused on current existing heating problems, the author puts forward optimization solution and makes a comparison. According to comparison result, the author introduces optimization solution from safety and economy features of steaming extraction from 0 unit. It gives reference to other same types units heating renovation through heating system design optimization while unit safety is guaranteed and coal consumption is reduced.

Super Critical Unit, Turbo Set, Heating Optimization, 1 000 MW

沈文玲：（1968-），女，上海，大學(xué)本科，汽機(jī)主管，從事汽機(jī)專業(yè)監(jiān)督及管理工作。

張胤：（1984-），男，上海，大學(xué)本科，汽機(jī)專工，從事汽機(jī)專業(yè)設(shè)備的檢修管理工作。