供熱機組低缸零出力改造技術探究

摘要：針對寧夏電投西夏熱電廠低缸零出力改造的可行性進行了理論分析，闡述了1、2號機組實施低缸零出力供熱改造的過程，提出了低缸零出力運行投入條件及安全運行注意事項，最終得出結論：低缸零出力技術改造是可行的，安全風險是可控的，經濟效益是明顯的。

關鍵詞：低缸零出力;供熱;汽輪機;經濟性

0 ? ?引言

寧夏電投西夏熱電廠一期采用兩臺東方汽輪機有限公司生產的C200/140-12.75/0.245/535/535型超高壓、單軸、三缸雙排汽、工業用不可調整抽汽、采暖用可調整抽汽、一次中間再熱抽汽凝汽式汽輪機[1]。熱網首站建設初期1、2號機組熱網汽側采用單元制方式分別加熱兩臺熱網換熱器（換熱面積為2 000 m2，水側流量2 200 t/h），后因供熱面積增加，1、2號機組各增加一臺換熱器（換熱面積為900 m2）作為輔助換熱器;1、2號機組熱網水側分別配置3臺熱網循環水泵，單臺熱網循環水泵流量為2 200 m3/h，其中各有一臺熱網循環水泵可變頻運行，均采用兩運一備運行方式。

2018年12月底，西夏熱電廠供熱面積已達到3 200萬m2，隨著區域經濟發展和熱源增容，當時預計2019年供熱面積將增加至3 400萬m2。為提高機組供熱能力，滿足熱用戶的需求，對1、2號機組實施低壓缸零出力供熱技術改造。

1 ? ?熱供能力核算及供熱經濟性分析

低壓缸零出力供熱技術是在低壓缸高真空運行工況下，采用可完全密封的液壓蝶閥切除低壓缸原進汽管道進汽，通過新增旁路管道通入低壓缸少量的冷卻蒸汽，實現低壓轉子零出力3 000 r/min運行，使更多的蒸汽進入供熱系統，提高機組供熱能力，降低電負荷，實現深度調峰，同時降低發電煤耗[2]。

1.1 ? ?改造前機組供熱能力分析

根據機組實際運行數據，并參考制造廠家提供的熱力特性說明書和同類型機組低壓缸最小冷卻蒸汽流量120 t/h，建立1號機組熱力計算模型，重新核算典型各工況下機組供熱能力，主要結果如表1所示，改造前汽輪機發電功率與供熱抽汽流量的關系曲線如圖1所示。

1.2 ? ?改造后機組供熱能力分析

改造后核算機組供熱能力時確定低壓缸冷卻蒸汽流量為15 t/h。在鍋爐不同出力下改造后汽輪機供熱抽汽能力的核算結果如表2所示，改造前后汽輪機發電功率與供熱抽汽流量的關系曲線對比如圖2所示。

對比表1、表2，可以明顯得出如下結論：改造后不同鍋爐出力下供熱抽汽增量約為117 t/h，折合可增加供熱面積約180萬m2，發電功率降低約25 MW，發電煤耗降低30～40 g/kWh，實現了供熱機組以熱定電運行方式下的深度調峰，提高了機組的經濟性。

由圖2得出：改造前后供熱抽汽流量均隨主蒸汽流量線性增加，且各工況下汽輪機供熱抽汽流量的增加值基本相當，約為117 t/h，隨著供熱抽汽流量的增加，機組發電煤耗逐漸降低，且改造后可使汽輪機發電煤耗降低30～40 g/kWh。

綜上所述，采用低壓缸零出力供熱技術能夠有效降低低壓缸冷卻蒸汽流量消耗，一定程度上提高機組供熱能力和深度調峰能力，降低發電煤耗，提高機組運行經濟性，因而具有實施的可行性。

2 ? ?低缸零出力改造過程

2.1 ? ?增設低壓缸冷卻蒸汽系統

從中壓缸排汽新增旁路冷卻蒸汽至低壓缸進汽口，用于冷卻低壓缸末級葉片，帶走低壓轉子產生鼓風熱量。冷卻蒸汽管路上設置調節閥和流量孔板，設置蒸汽壓力、溫度、流量測點，且相關測點均需接入機組DCS系統。

2.2 ? ?供熱蝶閥改造

根據低壓缸零出力供熱技術需求，將原來2個不能完全密封的供熱蝶閥更換為2個可完全密封的液壓蝶閥，液壓蝶閥接口尺寸與改造后中低壓連通管規格保持一致。

2.3 ? ?低壓缸運行監視測點改造

機組在低壓缸零出力運行時，低壓缸通流部分運行條件大幅偏離設計工況，處于小容積流量條件下運行，會出現動應力增加、鼓風、水蝕加劇等現象[3]。為充分監視低壓缸通流部分運行狀態，確保機組安全運行，需增加或改造以下運行監視測點[4]：

（1）增加低壓缸末級、次末級動葉出口溫度測點（4個）;

（2）增加中壓缸排汽壓力測點（2個）和溫度測點（2個），壓力測點采用絕壓變送器;

（3）增加低壓缸進汽壓力測點（2個）和溫度測點（2個），壓力測點采用絕壓變送器;

（4）更換原6段抽汽壓力、7段抽汽壓力和低壓缸排汽壓力變送器為高精度絕壓變送器（4個）。

上述所有改造測點均需接入機組DCS系統。

2.4 ? ?低壓缸末級葉片抗水蝕金屬耐磨層噴涂處理

對低壓缸末級葉片實施金屬耐磨層噴涂處理，噴涂材質采用德國進口TA粉（NiCr金屬陶瓷粉末），粉末粒度為250～350目，涂層總厚度為0.10～0.20 mm，以提高低壓缸末級葉片抗水蝕能力，保證機組安全運行。

2.5 ? ?低壓缸噴水減溫系統改造

為便于調節和監視切除低壓缸運行時低壓缸噴水減溫流量，維持低壓缸排汽溫度在安全范圍內，對原低壓缸噴水減溫系統增加流量測點和調節閥。

2.6 ? ?熱網循環水泵改造

1、2號機組低缸零出力供熱改造后，在單機組最大抽汽供熱工況條件下進行熱網循環水泵適配性分析，其中熱網循環水溫度以當前運行值（供水100 ℃，回水50 ℃）為計算基準，改造后單機組最大抽汽供熱負荷為345.12 MW核算基準，最大可供熱面積734.30萬m2，需要熱網循環水流量4 933 t/h。現2臺熱網循環水泵并聯運行，供水流量合計只有4 400 t/h，不能滿足供水流量的要求。為此，1、2號機6臺熱網循環水泵均換成單臺流量為2 800 t/h的大流量泵，即可滿足供水流量需求。

3 ? ?低缸零出力運行

3.1 ? ?低壓缸零出力投入條件

（1）熱網系統汽側投運正常，且六段抽汽快關調節閥全開，低壓蝶閥（LCV閥）關至13%以下;

（2）機組負荷大于50 MW;

（3）“供熱請求”已投入;

（4）供熱抽汽逆止門未關，3 s延時;

（5）無“低缸零出力”切除信號。

3.2 ? ?運行注意事項

（1）機組在低壓缸零出力運行時，如重要參數異常無法控制，應及時退出低壓缸零出力運行狀態，恢復至機組抽汽供熱運行狀態。

（2）低壓蝶閥（LCV閥）嚴禁在1%～10%的區間內長時間停留，最長不得超過10 min。

（3）“低缸零出力”投入后，冷卻蒸汽調門開度嚴禁低于30%，保證冷卻蒸汽量≥10 t/h。

（4）真空對末級和次末級溫度影響較大，當真空低于-83 kPa時，投入“低缸零出力”時應做好防止末級和次末級超溫的預想。

（5）“低壓缸零出力”投入時，應加強機組監視段壓力監視，防止超壓。

（6）供熱期間“低缸零出力”長時間投運時，如循環水供水溫度低至10 ℃，應及時調整提高循環水溫。

（7）“低缸零出力”投入后，要加強低壓缸排汽、次末級、末級葉片溫度監視和調整，防止超溫。

4 ? ?結論

西夏熱電廠1、2號機組分別于2019年11月完成了低缸零出力改造工作。通過一個供熱期的運行，取得了良好的經濟效益，并得出以下主要結論：

（1）采用低缸零出力供熱技術能夠有效降低低壓缸冷卻蒸汽流量消耗，實現抽汽供熱與低缸零出力供熱靈活性切換，提高了機組供熱能力和深度調峰能力。相同鍋爐蒸發量條件下，切除低壓缸進汽供熱可使機組供熱抽汽能力增加約117 t/h，折合可增加供熱面積約180萬m2;相同抽汽流量條件下，低壓缸零出力供熱可使機組發電功率降低25 MW，發電煤耗降低30～40 g/kWh。

（2）根據機組實際運行情況，切除低壓缸進汽供熱運行時存在的葉片鼓風、顫振、水蝕加劇等問題是可控的，切除低壓缸進汽運行在技術上是可行的。

（3）西夏熱電廠1、2號機組低壓缸零出力改造項目預算靜態總投資2 369.4萬元，年收益1 578.2萬元，投資回收期約1.5年，不僅改造費用小，運行維護費用也大幅降低，而且機組發電煤耗等經濟指標明顯下降，供熱能力大幅提升，可以取得可觀的經濟效益。

[參考文獻]

[1] 寧夏電投西夏熱電有限公司.C200/140-12.75/0.245/535/

535型汽輪機設備運行技術標準[Z]，2016.

[2] 陳建國，謝爭先，付懷仁，等.300 MW機組汽輪機低壓缸零出力技術[J].熱力發電，2018，47（5）：106-110.

[3] 王有利.350 MW導管抽汽供熱機組靈活性改造探索及實踐[J].東北電力技術，2019，40（2）：49-51.

[4] 靳永亮，柏海崢，何文.330 MW切除低壓缸進汽改造控制方案優化[J].河北電力技術，2019，38（2）：50-53.

收稿日期：2020-07-07

作者簡介：李文林（1972—），男，寧夏青銅峽人，工程師，主要從事火電廠運行管理工作。