300MW級空冷機(jī)組供熱改造方案分析

陳飛飛　俞聰

摘 要：本文介紹了某電廠300MW級空冷機(jī)組情況及熱負(fù)荷現(xiàn)狀，并對各供熱改造方案進(jìn)行了分析和比選，推薦2#機(jī)組采用新型凝抽背技術(shù)進(jìn)行供熱改造。同時(shí)，對相關(guān)改造內(nèi)容進(jìn)行了說明，并測算了相關(guān)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。結(jié)果表明，改造后，機(jī)組供熱能力提升明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)熱電解耦，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，300MW級空冷機(jī)組采用新型凝抽背技術(shù)進(jìn)行供熱改造是可行的。

關(guān)鍵詞：空冷機(jī)組;新型凝抽背;300MW;供熱改造

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0114-03

Analysis of Heating Reform Scheme for 300MW Air Cooling Unit

CHEN Feifei YU Cong

（Huadian Electric Power Research Institute Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310030）

Abstract： This paper introduced the situation and thermal load of 300MW air cooling unit in a power plant， and analyzed and compared the various heating renovation schemes， and recommended that the 2# unit adopted a new NCB（extraction condensing back-pressure） technology for heating reform. At the same time， the related contents of the new NCB technology transformation were described， the economic indexes of the unit were also calculated. The results show that the heating capacity of the unit is improved obviously， thermoelectric decoupling can be realized and the economic benefit is remarkable. Therefore， it is feasible for 300MW air cooling unit to adopt new NCB technology for heating retrofit.

Keywords： air cooling unit;new NCB;300MW;heating retrofit

集中供熱是指由一個(gè)或數(shù)個(gè)集中熱源供應(yīng)蒸汽或熱水，通過管網(wǎng)將蓄熱介質(zhì)輸送給熱用戶?；痣姀S熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式是目前我國集中供熱的主要技術(shù)方向，傳統(tǒng)的火電機(jī)組普遍使用余熱利用技術(shù)進(jìn)行供熱改造，節(jié)能效果顯著[1-3]。

截至2018年底，我國太陽能與風(fēng)電的裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到3.6億kW，占發(fā)電總裝機(jī)容量的18.9%，由于新能源發(fā)電負(fù)荷并不穩(wěn)定，近年來一直存在棄風(fēng)棄光的問題，因此電網(wǎng)系統(tǒng)急需解決新能源消納矛盾[4]。受國家資源條件限制，我國發(fā)電機(jī)組裝機(jī)中靈活性調(diào)峰電源裝機(jī)容量占比不到6%，因此對煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造是提高電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的務(wù)實(shí)選擇[5-7]。在供暖季節(jié)，供熱煤電機(jī)組往往以熱定電運(yùn)行，如果對供熱煤電機(jī)組進(jìn)行合理的供熱改造，使其能夠?qū)崿F(xiàn)熱電解耦，就可以有效緩解區(qū)域內(nèi)新能源消納矛盾[8]。

1 某火電廠基本情況

1.1 機(jī)組現(xiàn)狀

某電廠現(xiàn)有2臺330MW空冷汽輪機(jī)，1#機(jī)組為高背壓機(jī)組，2#機(jī)組為抽凝機(jī)組，單臺實(shí)際最大抽汽量為490t/h，兩臺機(jī)組設(shè)計(jì)供熱能力總共為720MW。熱網(wǎng)循環(huán)回水首先通過高背壓凝汽器，利用1#汽輪機(jī)乏汽余熱對熱網(wǎng)循環(huán)回水進(jìn)行一級加熱，然后熱網(wǎng)循環(huán)回水進(jìn)入1#、2#機(jī)組熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二級加熱，以此滿足外部熱網(wǎng)對熱負(fù)荷的需求。供熱首站為單元式，1#機(jī)設(shè)有2臺熱網(wǎng)加熱器，2#機(jī)設(shè)有3臺熱網(wǎng)加熱器。

1.2 熱負(fù)荷現(xiàn)狀

電廠現(xiàn)有機(jī)組供熱能力為780MW，廠區(qū)內(nèi)還有2臺116MW循環(huán)流化床熱水鍋爐作為補(bǔ)充熱源，現(xiàn)狀熱源供熱能力與區(qū)域供熱負(fù)荷處于緊平衡運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)當(dāng)?shù)卣囊?guī)劃，近三年區(qū)域內(nèi)將新增用熱面積528.26萬m2，相當(dāng)于新增熱負(fù)荷237.72MW。由此可見，電廠急需進(jìn)行供熱改造，以便擴(kuò)大供熱能力，保障民生采暖需求。2019—2021年，區(qū)域內(nèi)新增采暖熱負(fù)荷如表1所示。

2 供熱改造方案分析

汽輪機(jī)進(jìn)行供熱改造，主要方式是充分利用汽輪機(jī)的乏汽余熱。目前，汽輪機(jī)乏汽余熱回收利用的技術(shù)主要有四種：高背壓供熱、光軸供熱、吸收式熱泵和新型凝抽背技術(shù)。

2.1 高背壓供熱改造技術(shù)

高背壓供熱改造技術(shù)是一種能夠在供暖季節(jié)全部回收汽輪機(jī)乏汽余熱的技術(shù)。電廠現(xiàn)役機(jī)組是空冷汽輪機(jī)，不需要更換汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，改造工作量較小。但是，改造后，機(jī)組不能夠?qū)崟r(shí)參與電負(fù)荷調(diào)峰，而且相比于以前的抽凝方式，相同供熱能力下機(jī)組的發(fā)電功率有所增加，與電廠目前的實(shí)際需求并不匹配。如果廠內(nèi)2臺機(jī)組都是高背壓機(jī)組，運(yùn)行時(shí)對外部熱網(wǎng)的要求極高，因此不推薦對2#號機(jī)組進(jìn)行高背壓改造。

2.2 光軸供熱

光軸供熱技術(shù)是指在機(jī)組需要對外供熱時(shí)將原低壓轉(zhuǎn)子更換為光軸，低壓缸不再發(fā)電，中壓缸排汽送入熱網(wǎng)首站加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。但是，在供暖季結(jié)束后，為了將汽輪機(jī)改回原先的純凝工況，人們需要將原低壓轉(zhuǎn)子換回，因此機(jī)組每年需要停機(jī)兩次進(jìn)行轉(zhuǎn)子更換，每年的檢修維護(hù)工作量較大、維護(hù)費(fèi)用較高，在供暖季有利時(shí)間段不能搶發(fā)電量，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活性不足。目前，300MW汽輪機(jī)尚未有應(yīng)用案例，技術(shù)成熟性有待檢驗(yàn)，因此不推薦對2#機(jī)組進(jìn)行光軸供熱改造。

2.3 吸收式熱泵

電廠回收乏汽余熱可以采用吸收式熱泵，此類吸收式熱泵通常為增熱型吸收式熱泵，工質(zhì)為溴化鋰溶液，采用中壓缸排汽作為驅(qū)動(dòng)汽源，把原本需要上塔的乏汽循環(huán)冷卻水中的余熱提取出來，加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，一般COP在1.60～1.85，可以完全回收機(jī)組乏汽余熱。由于增熱型吸收式熱泵驅(qū)動(dòng)熱源參數(shù)較低，所以熱泵要求進(jìn)水溫度不宜太高。1#機(jī)組為高背壓機(jī)組，高背壓凝汽器出水溫度可達(dá)70℃，吸收式熱泵進(jìn)水溫度過高，機(jī)組制熱量明顯降低，造成初投資成倍增長，大大降低供熱改造的收益。同時(shí)，吸收式熱泵調(diào)節(jié)能力不強(qiáng)，變工況性能差，不能適應(yīng)外部熱網(wǎng)的需要。另外，吸收式熱泵供熱能力與機(jī)組負(fù)荷率密切相關(guān)，不符合熱電解耦的需求，因此不推薦對2#機(jī)組進(jìn)行吸收式熱泵改造。

2.4 新型凝抽背技術(shù)

新型凝抽背技術(shù)不需要改動(dòng)汽輪機(jī)本體，只需要更換中低壓缸連通管閥門，并加裝冷卻蒸汽旁路系統(tǒng)和后缸溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)在低壓缸轉(zhuǎn)子不脫離的情況下低壓缸基本不進(jìn)汽，中壓缸排汽幾乎全部送入熱網(wǎng)首站，大大增加機(jī)組的供熱能力，同時(shí)低壓缸不進(jìn)汽，發(fā)電功率也得到降低，實(shí)現(xiàn)增加機(jī)組供熱量的同時(shí)降低機(jī)組發(fā)電功率，符合熱電解耦的要求。機(jī)組低壓缸葉片空轉(zhuǎn)運(yùn)行，通過冷卻蒸汽旁路系統(tǒng)和后缸溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)，人們可以保證汽輪機(jī)在切除低壓缸的情況下安全運(yùn)行。該技術(shù)建設(shè)周期短，投資較少，改造后，機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)靈活調(diào)節(jié)，可以調(diào)峰運(yùn)行，可以在有利時(shí)間段搶發(fā)電量，也可以以最大供熱量運(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)明顯。綜合上述分析，推薦2#機(jī)組進(jìn)行新型凝抽背技術(shù)改造。

3 供熱改造方案

3.1 新型凝抽背技術(shù)改造

3.1.1 中低壓缸連通管蝶閥。要更換中低壓缸連通管蝶閥，將2#機(jī)組原中低壓缸連通管蝶閥更換為可以關(guān)到零位、全密封且零泄漏的新蝶閥。

3.1.2 冷卻旁路系統(tǒng)。要增設(shè)冷卻旁路系統(tǒng)，推薦采用2#機(jī)組機(jī)組中壓缸的排汽作為冷卻汽源，經(jīng)過減溫減壓后送入低壓缸帶走低壓缸內(nèi)的鼓風(fēng)熱。

3.1.3 后缸溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)。將現(xiàn)有2#機(jī)組后缸噴水系統(tǒng)進(jìn)水閥門更換為高精度調(diào)節(jié)閥組，同時(shí)加裝孔板流量計(jì)，監(jiān)測運(yùn)行期間的噴水量，在末級、次末級動(dòng)葉之后裝設(shè)溫度測點(diǎn)，建議選用熱電偶作為溫度監(jiān)測設(shè)備。

3.1.4 凝結(jié)水系統(tǒng)。2#機(jī)組切除低壓缸期間，熱井凝結(jié)水量會(huì)減少，根據(jù)具體情況開啟凝結(jié)水再循環(huán)管道閥組即可滿足要求，運(yùn)行中凝結(jié)水會(huì)出現(xiàn)含氧量增高、雜質(zhì)變多等狀況，可以在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間之后，切回抽汽工況運(yùn)行，對凝結(jié)水進(jìn)行精處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后再投入新型凝抽背系統(tǒng)。

3.1.5 空冷塔系統(tǒng)。目前，2#機(jī)組已經(jīng)建設(shè)空冷島尖峰冷卻器，屆時(shí)在切除低壓缸運(yùn)行時(shí)可以將汽輪機(jī)排汽送往尖峰冷卻器進(jìn)行冷卻，因此2#機(jī)組空冷塔系統(tǒng)不需要進(jìn)行防凍改造。對于尖峰冷卻器系統(tǒng)，建議及時(shí)掛擋風(fēng)板，并通過關(guān)閉塔池豎井內(nèi)圍配水閘門和循環(huán)水回水旁路門來控制水溫。

3.2 熱網(wǎng)首站改造

2#機(jī)組進(jìn)行新型凝抽背技術(shù)改造后，機(jī)組中壓缸排汽量大大增加，需要對熱網(wǎng)首站進(jìn)行擴(kuò)容。通過分析和計(jì)算熱網(wǎng)加熱器設(shè)計(jì)資料和運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2#機(jī)組現(xiàn)有3臺熱網(wǎng)加熱器制熱量小于改造后最大制熱量，因此建議增加1臺熱網(wǎng)加熱器，單臺有效換熱量不小于225MW。

2#機(jī)組熱網(wǎng)首站現(xiàn)有4臺熱網(wǎng)水循環(huán)泵，實(shí)際熱網(wǎng)循環(huán)水流量約為9 800m3/h，不能滿足改造后熱網(wǎng)循環(huán)水量的需求。建議新增一臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，新增的熱網(wǎng)循環(huán)水泵與原有循環(huán)水泵采用母管制進(jìn)行連接，單臺水泵流量為2 200m3/h，揚(yáng)程為100m，配套的電機(jī)建議采用工頻電機(jī)。汽輪機(jī)切除低壓缸后，熱網(wǎng)疏水流量最高可達(dá)782t/h，現(xiàn)有疏水泵組流量只有594t/h，已經(jīng)不能滿足要求，建議增設(shè)兩臺熱網(wǎng)疏水泵，配套的電機(jī)建議采用變頻電機(jī)。

4 效益分析

2#機(jī)組改造前，實(shí)際最大抽汽量為490t/h，改造后最大抽汽量為782t/h，可增大供熱能力242.59MW，改造后最大供熱負(fù)荷562.59MW，單機(jī)可接待最大供熱面積1 250.2萬m2，可新增供熱面積539.1萬m2。

改造后，全廠設(shè)計(jì)熱負(fù)荷提升至1 022.59MW，可供熱面積從1733.3萬m2提升到2 272.4萬m2，全廠整個(gè)供暖季實(shí)際可增加供熱量1 838 315GJ，實(shí)際增加供熱收益6 509.47萬元。改造后，全年節(jié)煤量為45 734.43t，節(jié)煤收益為3 236.44萬元。以供熱煤耗38.62kg/GJ為基準(zhǔn)，計(jì)算得出供熱耗煤量為70 999.3t，燃料成本為5 024.33萬元。本改造工程動(dòng)態(tài)投資為3 195萬元，項(xiàng)目投資的內(nèi)部收益率為11.18%，投資回收期為8.36年，項(xiàng)目投資盈利能力較強(qiáng)。

5 結(jié)論

通過對供熱改造相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析和比較，本研究推薦對廠內(nèi)2#機(jī)組進(jìn)行新型凝抽背技術(shù)改造。隨后對改造的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了介紹，并開展經(jīng)濟(jì)性分析和測算，結(jié)果表明，300MW級空冷機(jī)組采用新型凝抽背技術(shù)是可行的，對類似機(jī)組的改造具有借鑒和指導(dǎo)意義。

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