供熱機(jī)組抽汽改造方案及試驗(yàn)分析

劉利，徐威，陳嘯，陳鑫，王乃斌

(中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海 200086)

0 引言

近幾年，隨著節(jié)能減排工作的深入開展，越來越多的機(jī)組進(jìn)行了供熱改造，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。由于工業(yè)抽汽參數(shù)的提高以及機(jī)組深度調(diào)峰的需要，再熱蒸汽抽汽供熱成為很多機(jī)組的首選。為了滿足用戶對(duì)高溫高壓蒸汽的需求，浙能長興電廠對(duì)330 MW機(jī)組進(jìn)行了中壓調(diào)節(jié)閥抽汽試驗(yàn)，但抽汽量較小[1]；同時(shí)，該公司還對(duì)660 MW超臨界機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥抽汽的可行性以及汽輪機(jī)數(shù)字電液控制(DEH)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究[2-4]。

江蘇常熟發(fā)電有限公司330 MW機(jī)組為亞臨界機(jī)組，目前供熱汽源主要為再熱器熱段(以下簡稱熱再)抽汽，額定負(fù)荷下抽汽量為50 t/h，但隨著負(fù)荷的下降，機(jī)組的抽汽能力下降，供汽參數(shù)也隨之降低，不能滿足用戶要求。

隨著熱用戶的不斷增多，根據(jù)市政規(guī)劃，未來遠(yuǎn)期供熱需求將達(dá)到500 t/h左右，但機(jī)組負(fù)荷卻在逐年下降，因此，要求單機(jī)供熱量達(dá)到200 t/h左右，供熱參數(shù)為1.8 MPa，450 ℃。目前的機(jī)組將難以滿足潛在需求，亟須通過供熱改造提升機(jī)組抽汽供熱能力。

1 供熱機(jī)組工業(yè)抽汽改造方案

現(xiàn)有的機(jī)組工業(yè)抽汽改造方案主要包含以下3種。

1.1 壓力匹配器供熱方案

壓力匹配器也稱蒸汽噴射壓縮器，是將高于供汽壓力和低于供汽壓力的兩種蒸汽混合，以滿足供汽壓力要求。該330 MW機(jī)組中、低壓連通管的壓力僅有0.25 MPa，距離1.8 MPa的抽汽壓力要求甚遠(yuǎn)，無法滿足壓力匹配器的引射抽吸。

1.2 旋轉(zhuǎn)隔板供熱方案

采用旋轉(zhuǎn)隔板方案時(shí)，需要考慮高溫變形和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)卡澀的問題。在抽汽壓力高于1.8 MPa、溫度達(dá)450 ℃左右時(shí)，旋轉(zhuǎn)隔板容易發(fā)生卡澀(在此溫度下，旋轉(zhuǎn)隔板的卡澀率超過50%)，可靠性大幅度降低，且中壓缸效率降低，故不推薦該方案。

1.3 熱再蒸汽通過中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)整抽汽方案

從汽輪機(jī)抽汽向外供熱，分非可調(diào)抽汽和可調(diào)抽汽兩種方式。

(1)非可調(diào)抽汽方式。非可調(diào)抽汽方式的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，回?zé)岢槠捎梅强烧{(diào)抽汽。弊端是隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，抽汽量變化時(shí)，抽汽口的壓力隨之變化(冷凝式汽輪機(jī)的抽汽壓力可近似認(rèn)為與抽汽口后的流量成正比)，限制了它的應(yīng)用。

(2)可調(diào)抽汽。采用可調(diào)抽汽方式，一定負(fù)荷下抽汽量大幅度變化時(shí)，抽汽口的壓力波動(dòng)極小。抽汽形式有中、低壓缸間供暖的低參數(shù)抽汽，也有高、中壓缸之間或中、低壓缸之間的工業(yè)抽汽。在高、中壓缸之間抽汽時(shí)，通常把原中壓調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)閥而不另加閥門。在新增的供汽管道內(nèi)一般布置逆止閥、快速關(guān)閉閥、調(diào)節(jié)閥等，可確保供汽壓力穩(wěn)定。若抽汽管道上不設(shè)置這些閥門，即使采用可調(diào)抽汽方式，隨機(jī)組負(fù)荷的升降，抽汽壓力仍有變化，并且對(duì)汽輪機(jī)通流有節(jié)流作用。

抽汽量和發(fā)電量的計(jì)算基于汽輪機(jī)制造廠提供的各工況的熱力數(shù)據(jù)。純凝工況下，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，中壓缸進(jìn)汽壓力降低。60%額定負(fù)荷時(shí)對(duì)應(yīng)的中壓缸進(jìn)汽壓力為2.00 MPa，50%額定負(fù)荷時(shí)對(duì)應(yīng)的中壓缸進(jìn)汽壓力為1.70 MPa左右，機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步降低就難以供應(yīng)1.80 MPa的蒸汽。

圖1為該機(jī)組采用可調(diào)抽汽和非可調(diào)抽汽時(shí)高壓缸排汽(以下簡稱高排)壓力隨主蒸汽流量變化的曲線。考慮到再熱管道的壓損，高排壓力要達(dá)到1.90 MPa以上才能滿足熱再抽汽壓力達(dá)1.80 MPa的要求。從圖1可以看出：非可調(diào)抽汽方式下高排壓力隨機(jī)組負(fù)荷下降較快，主蒸汽流量低于800 t/h時(shí)就難以滿足高排壓力為1.90 MPa的要求；而可調(diào)抽汽方式下，高排壓力隨機(jī)組負(fù)荷的變化則平緩得多，滿足高排壓力為1.90 MPa的負(fù)荷范圍更寬。

綜合考慮后，選用中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)抽汽方案，能夠滿足高溫高壓抽汽要求。

圖1 兩種抽汽方式下高排壓力隨機(jī)組負(fù)荷變化曲線

2 中壓調(diào)節(jié)閥抽汽改造的經(jīng)濟(jì)性

中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)抽汽改造后，對(duì)機(jī)組在250 MW負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析如下。

(1)缸效率。從表1可知，250 MW負(fù)荷下，隨著抽汽流量的增大，主蒸汽流量增大，在抽汽流量為150 t/h的工況下，主蒸汽流量比純凝工況增99.12 t/h。因此，高壓調(diào)節(jié)閥開度增大，節(jié)流損失減小，高壓缸效率升高1.75百分點(diǎn)。同時(shí)，在純凝工況以及供熱100 t/h以下工況，中壓調(diào)節(jié)閥全開，不存在節(jié)流；而供熱150 t/h工況下中壓調(diào)節(jié)閥處于單閥狀態(tài)，開度為50%左右，存在一定的節(jié)流，導(dǎo)致中壓缸效率降低1.27百分點(diǎn)。建議進(jìn)行順序閥控制，減少節(jié)流損失。

(2)抽汽級(jí)壓力。從表2可知，隨著抽汽流量的增大，一段抽汽與二段抽汽壓力逐漸增大，三段抽汽與四段抽汽壓力略有降低，說明高壓缸蒸汽流量增大，中壓缸蒸汽流量減小。在負(fù)荷不變的情況下，增加的供熱抽汽主要是在高壓缸做功，高壓缸出力增大的同時(shí)，為了保持機(jī)組負(fù)荷不變，中、低壓缸出力降低，因此中、低壓缸蒸汽流量略有減小。

(3)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。從表1可以看出，隨著供熱流量的增大，汽機(jī)熱耗逐漸降低。與純凝工況比，供熱150 t/h的工況熱耗降低659.06 kJ/(kW·h)。通過等效熱降計(jì)算，供熱抽汽1 t/h會(huì)降低熱耗4.5 kJ/(kW·h)，影響發(fā)電機(jī)功率0.25 MW左右。

表1 各工況主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表2 各抽汽段壓力 MPa

隨著供熱流量增大，廠用電率逐漸升高。與純凝工況比，供熱150 t/h的工況廠用電率升高0.64%，主要原因是機(jī)組負(fù)荷保持不變，但主蒸汽流量增大，鍋爐蒸發(fā)量增大，導(dǎo)致各大輔機(jī)(如凝結(jié)水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等)耗電量升高。

3 改造的安全性

由表3可知：隨著供熱抽汽流量的增大，機(jī)組軸向位移和差脹略有增大，但仍在合理范圍內(nèi)；推力瓦溫和軸承振動(dòng)基本保持不變，均在合格范圍內(nèi)。由此可見，增大熱再蒸汽抽汽量，對(duì)機(jī)組軸向位移、振動(dòng)等基本沒有影響，不影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

表3 各工況下振動(dòng)、差脹

4 結(jié)論

中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)抽汽改造方案適用于高溫高壓工業(yè)抽汽改造，通過改變中壓調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)抽汽壓力和流量，滿足用戶對(duì)高溫高壓蒸汽的需求。隨著抽汽流量的增大，高壓缸效率升高，中壓缸效率下降，中、低壓缸進(jìn)汽流量略有減少，輔機(jī)耗電量增加。中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)抽汽后，機(jī)組運(yùn)行安全，汽輪機(jī)振動(dòng)等指標(biāo)良好。