深度調峰背景下低壓缸不進汽改造案例分析

徐海鵬　夏明　楊志群　鄭立軍

摘? 要：本次改造采用低壓缸不進汽改造方式，進一步開發機組供熱潛力，改造后機組最大采暖抽汽量可達到656t/h，該公司將能滿足近三年外界采暖熱負荷需求。當其中任何一臺機組故障停運時，均能達到供熱安全裕度。

關鍵詞：低壓缸不進汽;供熱潛力;供熱安全

中圖分類號：TK261? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0103-03

Abstract： This transformation adopts the transformation mode of low pressure cylinder without steam intake， and further develops the heating potential of the unit. After the transformation， the maximum heating and extraction capacity of the unit can reach 656 t/h， and the company will be able to meet the demand of external heating load in the past three years. When any one of the units is shut down， the heating safety margin can be achieved.

Keywords： low pressure cylinder without steam intake; heating potential; heating safety

1 概述

近年來，增加清潔電力供應，促進節能環保、清潔生產、清潔能源等綠色產業發展成為趨勢。當前，我國電力系統調節靈活性欠缺、電網調度運行方式較為僵化等現實造成了系統難以完全適應新形勢要求[1]。

煤電機組深度調峰，為風電等新能源機組提供充足的上網電量，減少三北地區棄風棄光負荷國家發展要求。為了適應深度調峰的需要，汽輪機側可以從低壓缸入手，減少低壓缸進汽量;通過技術改造，實現低壓缸不進汽的工況，成為一種可行的方法。

某發電有限公司規劃容量為1800MW，為該省主力電廠之一，設計使用年限30年。一期工程安裝2臺300MW亞臨界燃煤機組，后經通流改造設計、汽輪機廠制造擴容為330MW，并在中低壓缸連通管處打孔抽汽改為供熱機組。二期工程安裝兩臺670MW超臨界燃煤機組，兩臺機組也已經進行打孔抽汽改造改為供熱機組。

為了緩解電廠進一步拓展供熱市場的熱源不足問題，有效提高現有機組的供熱能和調峰能力，該公司計劃實施300MW級機組進行供熱擴容改造。項目的實施將充分發揮熱電聯產機組集中供熱的優勢，大大提高供熱安全可靠性，是響應該地區供熱市場發展戰略布局，占領供熱市場的重要舉措，將對該地區的經濟發展、城市建設及城市環境的改善起到積極的作用。

2 汽輪機概況

30萬機組汽輪機參數如表1所示。

3 供熱系統

3.1 一期熱網首站

一期熱網首站設計總供熱面積為1200×104m2，總設計供熱負荷最大為480MW，總供熱平均為345MW，最小為240MW。設計汽源參數為0.40MPa.a，245.7℃，根據系統配置，疏水總回水設計溫度為90℃。熱網首站設計供回水溫度為130/70℃，供熱服務半徑為11km，最大供熱距離為14.8km，熱網首站循環水泵揚程為115m H2O，定壓點壓力為0.3MPa。

一期熱網首站設計總用汽量688t/h，其中原熱網首站基本加熱器用汽量為552t/h，工業汽輪機用汽量為128t/h，補水除氧為8t/h。由中壓缸排汽口引出0.4MPa.a，245.7℃的過熱蒸汽進入原熱網首站后，一部分進入首站工業汽輪機以沖擊方式帶動汽輪機轉子旋轉，工業汽輪機采用電子調節的方式調節蒸汽量，控制轉速，蒸汽做功后的0.15MPa.a、198℃背壓排汽經各排汽支管匯入排汽總管，再進入預熱加熱器進行換熱;一部分經各基本加熱器支管進入各熱網首站基本加熱器，進行換熱;另一部分經除氧器支管，進入除氧器，與原熱網首站補水混合除氧后，作為補水進入熱網循環水系統;還有一小部分蒸汽經調節閥進入疏水罐調節疏水罐壓力。

熱網疏水由原熱網首站內的疏水泵經疏水管道送至供熱機組#2低加出口凝水管道內。在主廠房內還有流量測量裝置及流量調節閥控制機組的回水量。

3.2 廠區熱力管網

供熱抽汽管道從中壓缸排汽出口的中低壓連通管引出，在連通管上加裝三通和供熱調節閥。抽汽管道從三通分支引出，管徑為φ1420×10，管道在廠房內架空布置，管道在出廠房后沿廠區管架到達供熱首站;采暖抽汽疏水回水采用母管制，回水溫度90℃。疏水由供熱首站內的凝結水疏水泵經回水管道送至1號機2號低加出口凝水管道內。在主廠房內由流量測量裝置及流量調節閥控制機組的回水量。

4 熱負荷現狀

截至2017～2018年供暖期，該公司實際民用高溫水集中供暖面積已達到1081萬m2，工業供汽量平均約15t/h，最大約30t/h。據統計，2018～2019年供暖期，民用高溫水集中供暖面積達到1800萬m2，2019～2020年供暖期，實際供暖面積達到2820萬m2。

該公司2018年供暖期實際最大供熱能力2820×104m2。根據上述熱負荷需求計劃，該公司逐年熱負荷需求面積增加見表2。

由于2020年～2021年供暖期供暖面積為3560萬m2，2021年～2022年供暖期供暖面積為3850萬m2，2022年～2023年達到4160萬m2。2019年該公司實際供熱面積為2820萬m2，全廠具備供熱能力為3405萬m2，往后三年存在著供熱缺口。因此接下來需安排好順序進行300MW級機供熱擴容改造和一期首站新建，以滿足連續增長的外界熱負荷需求。本次改造后，對外熱負荷預計可實現供暖總面積達到4160萬m2。

5 方案分析

該公司的330MW級機組中的汽輪機是亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸抽汽凝汽式汽輪機。1號機組是經通流改造和打孔抽汽之后由純凝改為供熱的機組，中低壓缸聯通管（DN1400）打孔抽汽增加抽汽管道（DN1400）后改為采暖抽汽機組，新蒸汽進入高中壓部分作功，膨脹至一定壓力后分為二股，一股抽出直至熱網首站加熱器，一股進入低壓缸繼續膨脹作功，最后排入凝汽器。

聯通管處加裝控制采暖抽汽參數的調節閥，當采暖抽汽管道上的逆止閥、快關閥以及調節閥全關，聯通管調節閥全開時即為凝汽運行狀態，此時采暖抽汽為零。若通過聯通管調節閥全關斷，切除低壓缸進汽，使得中壓排汽全部用于供熱，此時機組為以熱定電的背壓機組。但實際運行中，為了冷卻低壓缸，帶走末幾級長葉片鼓風摩擦損失所產生的熱量，必須有一定量的蒸汽流過低壓部分進入凝汽器，因此打孔抽汽時新增的聯通管調節閥具有一定漏流能力，此種措施雖然保證了低壓級的安全運行，但是限制了機組的最大供熱能力，熱電比例受限，機組無法實現深度調峰的能力。

為了進一步擴大該公司1號機組的供熱能力，同時有效提高電廠機組的調峰能力和緩解突出嚴重的熱電矛盾，本項目將推出低壓缸不進汽供熱改造技術方案。

此供熱改造方案使得機組在采暖期切除低壓缸進汽，使其在高真空條件下“空轉”運行;高中壓缸背壓供熱運行，中壓排汽全部通入供熱系統，此種技術首先可以有效擴大機組的供熱能力，同時可以適應火電機組調峰運行的需求，在保證相同供熱能力的前提下，通過切除低壓缸進汽，進一步降低機組負荷，以此技術來提升機組供熱能力、增大機組調峰運行能力。

6 改造后運行方式分析

本項目改造完成后，當采暖季初末期，該公司機組以抽凝狀態運行;高寒期，可以將1號機以切缸運行，其它機組以抽凝狀態運行。根據以往經驗，該公司采暖季難以保證四臺機組同時運行。因此，分析項目達產后，該公司四臺機組任何一臺機組停運后機組的運行方式。

改造后，該公司機組的采暖抽汽總量為2306t/h，折合供熱能力為1662MW，可接待供熱面積為4155萬m2。本項目熱負荷達產后，該公司全廠采暖供熱面積為4160萬m2。當1號-4號機組任何一臺機組停運時，全廠供熱能力均難以滿足外界熱負荷需求。如3號、4號機組停運一臺，全廠采暖抽汽最大總量下降為1706t/h（此時1號機按切缸運行、2號機按最大抽汽工況運行，3號或4號機按最大抽汽工況運行），折合供熱能力為1226MW，可接待供熱面積為3065萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為73.6%;如2號機組停運，全廠采暖抽汽最大總量下降為1856t/h（此時1號機按切缸運行、3號和4號機均按最大抽汽工況運行），折合供熱能力為1342MW，可接待供熱面積為3355萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為80.6%;如1號機組停運，全廠采暖抽汽最大總量下降為1650t/h（此時2號機按最大抽汽工況運行，3號和4號機按最大抽汽工況運行），折合供熱能力為1192MW，可接待供熱面積為2980萬m2，2022-2023采暖季4160萬m2供熱面積的供熱安全性為71.6%。因此當1號-4號機組任何一臺機組停運時，全廠供熱能力均難以滿足外界熱負荷需求，但是能保證70%以上供熱安全系數。

當該公司四臺機組任何一臺機組停運后，均可通過熱網供回水管道連絡管上的調節閥調整水量，保證該公司各個供熱地區的供熱安全系數;當該公司1號、2號機組任何一臺機組停運后，3號、4號機組也可通過互聯互通的采暖抽汽管道閥門調整供汽量，保證該公司各個區域的供熱安全系數。

7 結論

本項目具有良好的經濟效益和節能效益，同時滿足機側深度調峰的需求，為風電、光電等新能源機組上網發電創造條件，符合當前國家能源政策。

參考文獻：

[1]國家發改委和國家能源局印發《關于提升電力系統調節能力的指導意見》[J].能源研究與利用，2018（03）：10.

[2]王麗華.200MW汽輪機低壓缸氣動優化設計[J].汽輪機技術，2007（05）：349-351.

[3]陽虹，王沛，張宏武.汽輪機排氣缸流場的數值模擬研究[J].熱力透平，2007（03）：150-152.