300 MW純凝機組供熱改造經濟性分析

張軍輝，杜獻偉，張文濤

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300 MW純凝機組供熱改造經濟性分析

張軍輝，杜獻偉，張文濤

（大唐華中電力試驗研究院，河南省 鄭州市 450000）

以300MW純凝機組供熱改造為例，根據熱負荷參數特點分別分析了采用再熱冷段抽汽和再熱熱段抽汽2種不同的改造方案。通過水力計算得出，采用再熱熱段抽汽后經減溫、減壓向外供汽的改造方式，能夠滿足該用戶用熱需求。此外，通過本次改造，該機組在平均抽汽工況下可降低發電煤耗7.22g/(kW×h)，年節約標煤11921t，考慮節煤收益后，項目投資回收期為2.94a，具有良好的經濟效益。

工業供熱；再熱冷段；再熱熱段；減溫減壓

0 引言

目前，隨著我國火電產業結構的不斷調整及優化，火力發電廠單一依靠發電提高經濟性受到了一定的限制，許多電廠轉向供熱方向發展。對純凝機組蒸汽系統適當環節進行改造、接出抽汽管道和閥門，分流部分蒸汽、使純凝式汽輪機組具備純凝發電和熱電聯產兩用功能。此改造技術可大幅度降低供電煤耗[1-2]，尤其是對于平均煤耗高于310g/(kW×h)以上的純凝機組而言，此改造技術是一項降低煤耗、提高電廠經濟性的有效 措施。

目前許多學者對此進行了研究，如春健[3]、孫國華等[4]對采用再熱冷段抽汽供汽方案進行了研究。孫士恩等[5]通過建立經濟性模型分析了采用再熱冷段抽汽時供熱收益和主機負荷之間的關系。楊圣春[6]通過比較分析得出，300MW以上純凝機組建議采用壓力匹配器法和聯通管抽汽法進行供熱改造。

供熱改造方案繁多，應根據熱負荷特點選取適當的改造方案，并非某一方案適用于所有供熱改造。本文根據熱用戶負荷特點著重分析采用再熱熱段抽汽經減溫、減壓方式向外供汽和采用再熱冷段抽汽通過壓力匹配器方式向外供汽2種不同方案，通過水力計算得出最佳的改造方案，從而進一步提高改造的經濟性和機組運行的安 全性。

1 機組及熱負荷

某電廠2′300MW純凝機組于2004年建成投產，為亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、冷凝式汽輪機組，其主要參數見表1。

根據前期熱負荷調研，其主要熱用戶為一家生物公司，距離電廠約15km，根據其工藝特點，熱用戶要求到廠蒸汽參數為：3240℃，31.1 MPa，其用汽負荷情況見表2。

表1 300MW純凝機組基本參數

注：THA工況指汽輪機熱耗驗收工況。

表2 熱負荷匯總表

2 方案比選

根據主機廠家建議，在50%負荷以下時，不建議汽輪機抽汽對外供熱；在50%負荷以上時，汽輪機各級高加抽汽、再熱系統、中排均有一定對外供汽能力，各抽汽點溫度、壓力參數見表3。本文主要比較了采用再熱冷段或再熱熱段抽汽方案，根據抽汽口位置不同，有壓力匹配器及減溫減壓器2種不同方案。

表3 抽汽點參數匯總表

2.1 壓力匹配器方案

壓力匹配器是提高低壓蒸汽壓力的專用設備[7-8]。其原理是利用較少的高壓蒸汽引射低壓蒸汽，以混合得到較多的中壓蒸汽。通過壓力匹配器可以滿足不同熱用戶的用汽參數，達到節能的目的。但其變流量調節性能較差，需要機組保持穩定的負荷以提供穩定的高、低壓蒸汽。

表4水力計算結果表明，以熱網最大流量為100t/h為例，結合熱網輸送距離和溫降、壓降，熱網初始參數與機組100%THA負荷再熱冷段蒸汽參數相當。因此，在機組THA負荷熱網最大流量時，壓力匹配器方案不適合本文的研究。

以熱網平均流量63t/h為例，選取再熱冷段為高壓汽源，三、四、五抽為低壓汽源，綜合考慮熱網輸送距離和溫降、壓降，熱網初始參數與75%THA負荷工況相當。因此75%THA負荷以下壓力匹配器不適合本文的研究。

在100%THA工況下，壓力匹配器出口參數達到2.552MPa、305.1℃時，高、低壓蒸汽引射系數分別為0.05、0.015、0.01(三、四、五抽)，即抽汽63t/h高壓蒸汽，只能引射3.15，0.945，0.63t/h低壓蒸汽。壓力匹配器所得到的混合蒸汽增量有限，實際經濟效益不明顯，且需要機組長期處于滿負荷狀態，不符合供電市場實際情況。

通過以上分析，采用再熱冷段為高壓汽源，三抽、四抽、五抽為低壓汽源的供汽方式不適合本文研究的實際情況，不予考慮。

2.2 減溫減壓器方案

減溫減壓器[9-10]是將高參數的蒸汽通過減溫減壓方式降低為熱用戶需要的蒸汽參數的設備。根據主機廠家提供的數據，300MW機組再熱冷段抽汽量不應超過50t/h，無法滿足熱用戶最大及平均流量工況，因此不予考慮。再熱熱段蒸汽不受鍋爐再熱器超溫限制，抽汽流量范圍相對較廣。根據表5水力計算結果可以得出，在供汽流量為63t/h時，50%THA即可滿足外網用汽參數需求；在最大供汽流量100t/h時，75%THA以上工況即可滿足外網用汽參數需求；在最小流量20t/h時，50%THA工況可以滿足外網熱用戶用汽需求。熱網運行的初溫為300~340℃，初壓為1.5~2.8MPa。

相比再熱冷段抽汽，再熱熱再負荷調節范圍大，抽汽溫度調節性強，能夠滿足熱網小流量工況時所需要的較高蒸汽初溫，同時無需考慮鍋爐再熱器超溫問題，降低機組改造費用。

表4 水力計算匯總表1

表5 水力計算匯總表2

2.3 經濟性分析

通過以上分析，本文最終采用再熱熱段抽汽，經減溫減壓向外供汽的技術方案。按照100%THA工況核算，改造后可降低發電煤耗7.22g/(kW×h)。按照全年發電利用小時數5500h折算，全年可節約標煤11921t。按照近2年入廠標煤單價平均值980元/t計算，可節約燃料成本1168萬元。根據當地物價局備案，售熱價為174元/t。采用靜態投資7992萬元，考慮節煤收益后，項目投資回收期為2.94a，具有良好的經濟效益。

3 結論

以某300MW純凝機組為例，進行抽汽供熱改造。根據外網負荷及用汽參數需求，本次改造采用再熱熱段抽汽后經減溫、減壓向外供汽的改造方式。改造后在平均抽汽工況下，發電煤耗可降低7.22g/(kW×h)，年節約標煤11921t，靜態投資7992萬元，投資回收期2.94a，具有良好的經濟效益。

[1] 鄭莆燕，柴國旭，任建興．供熱改造機組運行性能研究[J]．華東電力，2013，41(6)：1393-1395．

[2] 何曉紅，高新勇，陳菁，等．600MW超臨界純凝機組改供熱的技術經濟性分析[J]．發電與空調，2017，38(6)：24-27．

[3] 春健．300MW純凝機組再熱蒸汽系統供熱改造方案研究[J]．應用能源技術，2017(12)：34-36，49．

[4] 孫玉華．國產300MW機組冷再工業抽汽供熱改造[J]．天津電力技術，2012(1)：48-49，22．

[5] 孫士恩，高新勇，龐建鋒．工業抽汽機組供熱改造的變工況熱經濟性分析[J]．汽輪機技術，2016，58(4)：301-304．

[6] 楊圣春．凝汽發電機組的供熱改造方法研究[J]．電力學報，2011，26(4)：357-360．

[7] 李小龍．壓力匹配器在某百萬供熱機組中的運用[J]．熱力透平，2017，46(3)：184-189．

[8] 趙旭．大型純凝汽輪發電機組供熱方案及過程損耗分析[J]．能源與節能，2017(12)：77-79．

[9] 馬家貴．減溫減壓器和壓力匹配器在供熱系統中的熱經濟性分析[J]．科技與創新，2015(8)：119．

[10] 黃宏星，陳慶華．660MW純凝機組抽汽供熱改造方案的研究分析[J]．華東電力，2014，42(10)：2215-2218．

Economic Analysis of Heating Reform of 300 MW Condensing Power Plant

ZHANG Junhui, DU Xianwei, ZHANG Wentao

(Datang Central-China Electric Power Test Research Institute, Zhengzhou 450000, Henan Province, China)

This paper took a 300MW condensing power plant heating reform as an example. According to the parameters of heat user, two different renovation plans between reheat cold section and reheating section were analyzed. The results show that steam form reheating section through temperature reduction and pressure reduction is more fitting for the heating load and can meet the different heating demand. Furthermore, the economic performance was also analyzed. The unit can reduce the coal consumption of power generation by 7.22g/(kW×h) under average extraction conditions, equivalent to 11921t every year. Considering the income of coal saving, the project investment payback period is 2.94 years, which has good economic benefits.

industrial heating;reheat cold section; reheating section; pressure and temperature reducing

10.12096/j.2096-4528.pgt.18068

2018-09-21。

張軍輝(1988)，男，工程師，主要從事火電廠供熱改造相關工作，datang20180323@163.com。

張軍輝

(責任編輯 車德競)