蓄能技術與光軸技術結合供熱

常立宏

【摘 要】近來來，隨著供熱面積逐漸加大，城市供熱壓力逐漸增大，由于原供熱區域已有熱電廠運行，新建電廠成本過大，且現在我國的裝機容量已明顯過剩，東北等高寒地區的熱電廠要想擺脫“以電定熱”的窘境，必須從機組自身技術革新抓起，華電能源富拉爾基熱電廠將汽輪機低壓缸進行了光軸技術改造，改造后的新機組競爭力明顯提升，本文將就華電能源富拉爾基發電廠光軸改造技術進行詳細介紹，蓄能技術作為光軸技術深度調峰的關鍵，是本文的主要研究對象。

【關鍵詞】蓄能技術 光軸技術 熱網供熱

引言

電廠的光軸改造深度調峰離不開蓄能技術，機組進行光軸供熱改造后，白天電負荷高峰期抽汽，利用蓄能裝置蓄熱；在夜間電負荷低谷期抽汽量小時，蓄能裝置放熱給熱用戶，保證供熱質量，滿足熱用戶供熱需求，同時機組最低發電負荷保持在88MW，實現機組深度調峰，緩解東北電網熱電矛盾。

1 機組簡介

華電能源富拉爾基發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機，機組有三個低壓缸。總裝機容量 1200MW，分為二期建設，一期 3 臺 200MW 機組，二期擴建3 臺 200MW 機組，共 6 臺 200MW 凝汽式機組。汽輪機均為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司八十年代產品，汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產發電。其中二期 3 臺汽輪機分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術進行了通流部分擴容改造，額定功率達到 210MW。

2 低壓缸轉子光軸改造的原理

華電能源富拉爾基發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機，機組有三個低壓缸。原計劃在聯通管打孔抽汽供熱改造，但是這種模式抽汽量小，穩定性差，機組要想多供汽，最好進行低壓光軸供熱改造，將#2、#3號低壓缸解列，用新設計低壓光軸轉子代替原低壓轉子，因為低壓缸原設計為三缸， #1低壓缸與中壓缸是一體結構，#2、#3號低壓缸對稱分布，在低壓缸光軸改造中低壓缸三缸的對稱性改造是難點。

改造后，低壓缸采用雙轉子互換形式，非供熱期仍采用原機組低壓轉子，低壓缸以純凝形式運行；供熱期低壓轉子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發電，中低壓聯通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴大熱網供熱能力，降低機組運行熱耗，能有效的滿足富發電廠規劃的250萬平方米的供熱負荷，并為富發電廠新機供熱提供備用熱源，保障供熱安全。同時還可以實現機組深度調峰，解決冬季電網熱電矛盾，實現電廠節能減排、節約用水、創造經濟效益的目標。

3 蓄能技術的實際應用

3.1 蓄熱罐的選型

蓄熱罐作為整個蓄能系統的核心，其重要性不言而喻。

據統計，到2013年末，富拉爾基總采暖面積為956.4萬m2。其中富熱電廠實際接帶583.4萬m2，為一級網方式直接供熱，包含三大供熱分網，分別為紅岸網、北鋼網和一重網。

其余157萬m2由部分民營鍋爐房、自營鍋爐房供熱，現改為集中供熱，統一由富拉爾基發電廠供熱，并且將要新增93萬m2供熱面積。

截止到2013年底，富拉爾基區常住人口約為24萬人，較2010年的27萬人減少了3萬人。目前來看，富拉爾基區常住人口呈逐年遞減的趨勢。基于富拉爾基區常住人口數量下降的現狀，使得富區供熱市場需求增長低于預期。

經現場調研并會同富拉爾基區城建局根據富區供熱現狀及未來發展趨勢測算，至2015年，富拉爾基區接入集中供熱面積為730萬m2，其中富熱電廠已接入集中供熱面積583.4萬m2，富發電廠集中供熱面積30萬m2，新增并網面積130萬m2。

綜上，至2020年，富拉爾基區可接入集中供熱面積為850萬m2。考慮富熱電廠350MW供熱機組投產后供熱能力約為600萬m2，故富發電廠可承擔的供熱面積為250萬m2。各年的供熱面積大致如表1所示。

本蓄熱罐選型將以表1所示的至2020年富發電廠的供熱面積250萬m2作為蓄熱罐的設計邊界條件。

3.2 對供熱負荷的研究

供熱負荷采用下列公式計算小時采暖期最大、最小、平均熱負荷數值。

設計熱負荷計算公式：Q=qnF；

其中：

qn—采暖綜合熱指標，根據電廠提供資料，在進行蓄熱罐選型設計時，取56.5W/m2。

F—采暖建筑物建筑面積，本項目中蓄熱罐考慮至2020年富發電廠所帶的集中供熱面積約250萬m2。

本文在進行蓄熱罐選型設計的時候，按照富發電廠2020年最大的供熱規劃面積250萬m2來計算，供熱負荷為142.71MW。

3.3 蓄熱和放熱時間的選擇

一般情況下，白天時期，供電負荷需求量大，發電機組負荷率大；晚上時期，供電負荷需求量小，發電機組負荷率小。當機組改為供熱機組時，電負荷的波動給供熱造成影響，而白天電負荷大，晚上電負荷小的特點也為蓄熱系統應用提供一個可能。

蓄熱罐在供熱過程中起到削峰填谷的作用。白天機組電負荷較高時，同時供熱能力也較大，通過一部分抽汽對蓄熱罐蓄熱；晚上機組電負荷較低，同時供熱能力降低，這時供熱能力不足的部分用蓄熱罐進行放熱。而在蓄熱系統設計時，蓄熱和放熱的時間選擇時蓄熱系統設計的重要因素，因此必須結合機組實際運行情況來分析。

表2為富發電廠所提供的機組在未進行供熱改造之前，機組的電負荷情況在一天當中的變化情況統計表。

從表2我們可以看出，富發電廠在往年運行過程中，白天負荷較高，負荷率維持在75%以上，晚上基本上負荷率維持60%左右。

本蓄熱罐項目中的蓄熱罐運行以完成一次蓄熱和放熱過程為一個周期。根據上面分析，本項目在選型蓄熱罐的時，將白天蓄熱時間定為17小時，晚上放熱時間定為7小時。

3.4 蓄能技術的選擇

目前與蓄能技術配套使用的供熱熱源改造技術主要是兩個方向：即汽輪機低壓光軸改造技術和汽輪機打孔抽汽供熱改造技術，下面我們將結合實際數據分析論證這兩種汽源改造技術和蓄能技術的關系：

（1）2臺機組全部采用打孔抽汽供熱改造方案運行時，其在最大新汽610t/h，最大抽汽量120t/h情形下，能滿足白天250萬m2供熱面積的負荷。白天所蓄熱量不能完全滿足晚上250萬m2供熱面積7小時的供熱需求，機組熱負荷缺口在89.72MW，折合單臺機組應維持在65t/h的抽汽工況下運行，此時的輸出電負荷為112MW。

（2）2臺機組全部采用光軸供熱改造運行時，白天能滿足富發電廠250萬m2的供熱負荷142.17MW的需求。由于光軸供熱改造方案抽汽量大，以及機組不能停止抽汽，導致2臺機組有富余的熱量蓄存，沒有足夠的供熱需求來滿足。

（3）其中1臺機組采用光軸供熱改造運行時，白天抽汽為223t/h，白天可以滿足富發電廠250萬m2的供熱需求，同時蓄熱819.49GJ。晚上機組保持汽機最小進汽量下抽汽為155t/h，電負荷為88164kW，白天所需熱量基本可以滿足晚上機組供熱缺口，因此在具有蓄熱系統的前提下，晚上能滿足富發250萬m2的供熱需求。另外1臺機組可以考慮采用打孔抽汽供熱改造運行方式，進行電負荷調峰。

結合如上說明，1臺機組進行光軸供熱改造，1臺采用打孔抽汽供熱改造運行方式能有效的調節機組在白天和晚上不同時期電力負荷的不同，起到電力調峰的作用。因此我們可以在1臺機組采用光軸供熱改造運行，另外1臺機組采用打孔抽汽供熱改造運行的方式上，進行蓄熱罐選型設計。

4 結語

隨著城市化的推進，集中供熱需求日益增長，依據供熱需求和當前的政策，華電能源富拉爾基發電廠計劃對現有3臺200MW純凝發電機組進行供熱改造，其中兩臺機組進行打孔抽汽改造，1臺進行光軸供熱改造，同時在此基礎上配套調峰蓄熱系統，為富拉爾基地區進行采暖供熱。改造后可有效提高區域供熱能力，滿足了250萬m2的供熱需求，緩解富拉爾基熱電廠的供熱壓力。蓄能技術配合供熱源端汽源改造技術取得了很好的供熱效果和深度調峰收益，為熱電廠的轉型發展提供了一個很好的思路。