粵江公司330MW機組供熱改造方案簡析

鄧子平

1 項目背景

粵江發電公司兩臺600MW機組建成投產后，330MW機組長期調峰已成常態，公司生產經營壓力巨大。近年來各級政府陸續發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》與《廣東省工業園區和產業集聚區集中供熱設施方案（2015-2017）》等一系列文件要求：到2017年，廣東省具備一定規模用熱需求的園區基本實現集中供熱，相應關停供熱區域內分散供熱鍋爐，園區內不再新建分散供熱鍋爐，力爭全省集中供熱量占供熱總規模達70%以上；至2020年常規燃煤機組供電煤耗平均值要求下降至310克標煤/千瓦時。

韶關市目前有白土、沐溪、湞江三大工業園，全市三區以粵江發電公司為中心的約三十公里左右范圍的熱用戶蒸汽均由不超過20蒸噸的150多臺小工業鍋爐提供。為滿足工業園區工業熱負荷需求，考慮對粵江公司10、11號亞臨界純凝機組進行供熱改造，將10、11號純凝機改為供熱抽汽機組。工程實施后，將取代傳統工業小鍋爐，節能減排、改善環境起到良好的經濟效益和社會效益，符合國家的能源政策和節能減排政策。

2 供熱可靠性分析

根據粵江發電公司10、11號機組現狀，依據已有熱負荷情況，結合工程實際，確定抽汽改造方案如下。

（1）從機組經濟性考慮，應從再熱冷段蒸汽管道抽取蒸汽。由于白土工業園區距離較遠考慮溫降、壓降等因素，在出圍墻處對外供出蒸汽溫度約為350℃，方能保證熱用戶用汽參數，但是汽輪機在額定工況冷段蒸汽溫度為321.4℃，不能滿足用汽參數，因此不考慮從再熱冷段抽汽。

（2）根據主機情況及供熱改造系統的簡單可靠性，確定每臺機組均由再熱熱段管道抽汽。經咨詢，汽輪機制造廠允許從高溫再熱管道上的最大抽汽量約為90t/h。蒸汽從再熱熱段抽取，經減溫減壓后供給工業熱用戶。單臺機組均在再熱熱段抽汽85t/h，蒸汽經減溫減壓后，兩臺機組工業抽汽供至廠外工業園區，保證滿足對外供熱200t/h（P=2.5MPa，t=350℃）的熱負荷需求。

（3）本次改造粵江發電公司內兩臺330MW機組供熱負荷互為備用，當電廠任意一臺機組檢修時，另一臺機組按照再熱熱段最大可供抽汽量90t/h，經減溫減壓后對外供汽106t/h，能夠滿足現有園區用熱需求；后續對600MW機組進行供熱改造，最大供熱量可達300t/h，可保證遠期用戶供熱需求。

綜上所述，本工程從再熱熱段管道抽汽供熱用戶工業抽汽方案是安全可靠的。

3 方案對比與分析

3.1 方案一回熱抽汽管道開孔方案

開孔抽汽指的是在汽輪機回熱抽汽管道上選取適當位置開孔，利用此孔來抽氣。此種抽汽方式可以免去對凝汽式機組內部結構的修改，可與汽輪機制造廠溝通協調，選一級最接近且略高于工業供汽參數要求的回熱抽汽管道上開孔作，并計算此控的通流能力是否能滿足本級回熱抽汽及工業抽汽的100%熱需求的總流量。

對于本工程10、11號機組，在各級回熱抽汽管道上的抽汽做出如下限制：

（1）一段抽汽滿足工業抽汽壓力以及溫度要求，但過大的開口會影響汽缸剛度，因此必須對汽缸上回熱抽汽接口尺寸做出限制。經計算分析，抽出的總汽量過大時，可能會由于抽汽接口處的蒸汽局部流速過大而產生振動，對機組的安全運行帶來隱患。因此一段抽汽不能滿足工業抽汽量的要求。

（2）從機組經濟性考慮，應從再熱冷段蒸汽管道抽取蒸汽。由于白土工業園區距離較遠考慮溫降、壓降等因素，在出圍墻處對外供出蒸汽溫度約為350℃，方能保證熱用戶用汽參數，但是汽輪機在額定工況冷段蒸汽溫度為321.4℃，不能滿足用汽參數，因此不考慮從再熱冷段抽汽。

（3）其他各級回熱抽汽，由于其參數較低，遠遠不能滿足工業抽汽熱用戶的需要，在此不予分析討論。

綜上所述，汽輪機回熱抽汽管道開孔抽汽，不予考慮。

3.2 方案二 壓力匹配器方案

3.2.1 壓力匹配器的工作原理及抽氣量計算

（1）壓力匹配器的工作原理、適應范圍

蒸汽噴射式壓力匹配器工作機理是利用高壓驅動蒸汽的噴射，抽吸低壓蒸汽或凝結水閃蒸汽（二次蒸汽）并將其參數提高至用戶所需的水平。這種裝置稱為蒸汽噴射式混合器，其工作機理與蒸汽噴射器、水噴射器相似。與此同時，這種混合器內部無任何運動部件、機械結構簡單，既運行可靠又可以自動調節。與汽輪機的調節汽門的噴嘴調節相似，壓力匹配器采用多噴嘴結構，根據外供汽量的大小，調整噴嘴開啟的數量及開度大小，以保證外供汽量變化時壓力匹配器保持較高的效率，滿足了抽汽供熱的需要。

（2）抽汽量計算

粵江發電公司10、11號機燃煤機組熱段抽汽參數為2.979MPa（a），536℃，對應焓值iP為3536.6kJ/kg，汽輪機單抽方案時的抽汽參數為1.599MPa（a）、445.1℃，對應焓值iH為3351.1kJ/kg，混合后的蒸汽參數與兩級抽汽的蒸汽溫度與汽輪機中的抽汽壓力按熱力過程的膨脹曲線相互對應不同，壓力匹配器后的出口溫度不需要與壓力相對應，只需滿足用戶要求即可。按照外網管線的走向及熱用戶的要求，混合后的蒸汽參數要求為2.5MPa，350℃。

理想壓力匹配器中整個壓力匹配器的熱力過程是可逆的，由能量和質量守恒可以得到理想噴射系數U：U=（iP-iC）/（iC-iH）（3）

其中iC為水蒸氣性質焓熵圖中驅動蒸汽和吸入蒸汽參數點A、D連線與壓力匹配器PC的交點，理想狀態點確定，可在焓熵圖中查出。

分別用系數φ1、φ2、φ3修正蒸汽在工作噴嘴、混合室和擴散室各階段因摩擦而引起的動量損失，驅動蒸汽、吸入蒸汽的初速度和混合蒸汽的速度與混合速度相比很小，忽略其對計算結果的影響，經過近似處理，可以得到壓力匹配器的簡化計算公式為：U=ζφ1φ2φ3-1（4）endprint

經過大量實驗和計算，式中的各系數取用以下數值：φ1=0.95、φ2=0.975、φ3=0.975，修正參數ζ可根據索科洛夫計算方法取ζ=1.1。

經咨詢壓力匹配器廠家，本工程需從再熱熱段抽取蒸汽80t/h，從三段抽汽抽取蒸汽5t/h，此方案是比較合理的。

3.3 方案三高溫再熱管道開孔方案

該方案是利用汽輪機中壓主汽閥的調節作用，從高溫再熱管道上開孔抽汽。當汽輪機運行在額定負荷時，中壓主汽閥不參與調節過程，當汽輪機處于低負荷運行時，減小中壓主汽閥開度，保持閥前壓力，使工業抽汽壓力仍可滿足熱用戶要求。

出于高溫再熱蒸汽壓力的限制，該方案所供的工業抽汽壓力不超過3.5MPa，同時由于高溫再熱管道的設計溫度與主蒸汽溫度（545℃）一致，而一般工業用戶對蒸汽溫度的要求為350℃，因此所供抽汽供給熱用戶之前，需經減溫減壓操作。

本方案從高溫再熱管道上抽汽，其抽汽量會受到一定限制。盡管此方案并會對通過鍋爐再熱器的蒸汽通流量產生影響，但是由于抽汽的分流作用，使得進入汽輪機中壓缸蒸汽流量減少，進而導致作用在中壓轉子及其各級動葉上的總推力值減小。隨著從高溫再熱管道上抽汽量的逐步增加，當中壓轉子及其各級動葉上的總推力值減小到不足以平衡高壓轉子及其各級動葉上的總推力值時，推力軸承所承受的推力可能為負，此時汽輪機轉子會有軸向竄動的情況發生，嚴重時導致動靜部分碰磨，這對汽輪機安全運行構成極大威脅。

對于本工程汽輪機而言，經咨詢東方汽輪機廠，在一臺機組事故情況下，僅由一臺機組提供工業蒸汽，采用中壓調門參與控制，以使高壓缸排汽壓力滿足安全運行范圍，其他工況計算時采用非調整蒸汽，高壓缸排汽壓力基本滿足安全范圍。

經計算，本工程需從再熱熱段抽取蒸汽85t/h。

4 總結

對330MW機組進行供熱改造，能積極響應國家、廣東省政策，具有很好的政策支持力度，符合國家節能減排要求。既提高電廠能源綜合利用水平，也可緩解城市供熱不足狀況，帶來巨大的節能效益、環保效益與社會效益。項目完成后，粵江發電公司330MW機組供電煤耗將下降至306克/千瓦時，并將增加約5億千瓦時的年度上網電量；年供熱量預計40～80萬噸，（按20～30元/噸供熱利潤測算），年新增利潤將超過2000萬元。同時，項目建成后，供熱價格較現有供熱價格低，節約相關企業用熱成本，將為工業園區的招商引資，地方經濟的可持續發展提供強有力的保障。endprint