600MW凝汽式汽輪機雙背壓供熱改造分析

姚峰 黃榮華 曲成龍

摘要：600MW凝汽式汽輪機首次采用雙背壓供熱改造技術，采用凝汽器進行排汽余熱回收，加熱循環冷卻水用以供熱，以減少機組冷源損失、提高供熱能力、節能減排、提高電廠總效率。燕山湖電廠2號機進行雙背壓改造，取得了良好的節能和環保效益，即便退出雙背壓運行仍然可以保證供熱的安全和穩定性。

關鍵詞：凝汽式汽輪機；雙背壓；供熱改造；空冷

超臨界為提高朝陽燕山湖發電有限公司的集中供熱安全性，提高電廠效益，改善城區大氣環境質量，節約能源，保護生態環境，擬對該公司600MW空冷供熱機組2號機進行雙背壓循環水供熱節能改造，回收2號機組排汽熱量供熱，減少冷源損失。從技術可行性和經濟合理性兩方面論證，高背壓方案優于常規背壓方案[1]。

1 系統概況及相關設備

1.1雙背壓循環水供熱系統簡介

根據該公司2x600MW空冷機組設計特點，制定空冷機組雙背壓供熱技術方案。采用2號機組配備“高背壓循環水供熱加熱器”回收一個低壓缸排汽設計，在2號機組增設空冷汽輪機排汽管旁路供熱系統，供熱期低壓缸雙背壓運行，即一個低壓缸排汽原設計壓力13KPa運行，另一個低壓缸按35KPa運行。新增“高背壓循環水供熱加熱器”對熱網回水初步加熱后送至熱網首站通過抽汽對熱網水進行二次加熱達到供熱需求。兩臺汽輪機原打孔抽汽及疏水管道互為備用設計。

1.2 相關設備

汽輪機由哈爾濱汽輪機廠生產，型式：CLNZK600 -24.2/566/566型超臨界一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機，采用中低壓導管打孔抽汽方式升級改造成為供熱機組。

直接空冷凝汽器布置于汽機房A列外空冷平臺上，空冷平臺與汽機房毗鄰布置。

該公司規劃供暖面積約1200×104m2。

2改造方案

為實現回收主機排汽和效益最大化，本工程將低壓缸排汽作為供熱熱量加以利用，采用凝汽器進行排汽余熱回收。改造后可以減少機組冷源損失、提高供熱能力、節能減排、提高電廠總效率[2]。

2.1排汽管道系統

本改造工程從原空冷凝汽系統主排汽管道上接出蒸汽分配管道（DN3200）至凝汽器，冬季供熱時，開啟關斷閥抽出320t/h乏汽對熱網循環水進行再次加熱，多余排汽回原有空冷系統。設置凝汽器，在保證凝汽器壓力35KPa的情況下，將熱網循環水由加熱至69.88℃，同時乏汽在凝汽器內凝結為飽和水（72℃）。

2.1凝結水系統（凝汽器至排汽裝置）

乏汽經凝汽器換熱產生凝結水，從凝汽器凝結水出口排入排汽裝置。管道上安裝電動調節閥調整凝汽器液位。凝結水管道選用較大管徑，從而降低流速，減小壓損，使凝結水順利自流至排汽裝置內。

2.3抽真空系統

從原空冷島抽真空母管上引出一路抽真空支管，管道上加裝關斷閥及調節閥，接至凝汽器的抽真空管路上，以便凝汽器內的不凝氣體及時抽出。由于汽輪機的雙背壓運行，兩組空冷島壓力亦有偏差，故在高壓側空冷島抽真空系統的4列支管上設調節閥，以便兩列空冷島抽真空系統能夠正常運行。

2.4循環水系統

在原有熱網循環水回水管道安裝關斷閥，接出旁路，由電動調節閥調整流量，引1600t/h熱網循環水（熱網循環水水量為8500t/h，溫度48℃，壓力0.28MPa）進凝結水冷卻器換熱，換熱后（換熱后循環水溫度升高至55℃）與電動調節閥后的循環水匯集。混合后的循環水（溫度上升至49.2℃）進凝汽器（阻力100KPa）再次換熱，利用低壓缸排汽作為供熱熱源進行加熱，經凝汽器換熱后的熱網循環水（溫度上升至69.88℃）進入熱網首站進行再次加熱。

根據原有供熱系統參數，熱網加熱器疏水冷卻器設計端差小于5℃，取采暖抽汽疏水溫度74℃。

2.5排汽裝置水位平衡系統

封堵原有排汽裝置連通管，在兩排汽裝置上打孔，接入水位平衡泵兩臺（一運一備）。本系統運行時，利用水泵平衡泵將較低排汽裝置內凝結水排入較高壓力排汽裝置內，管路上設有調節閥，以實現對兩排汽裝置水位的平穩調整。同時設旁路，以便非供熱期系統正常運行使用。

2.6凝結水冷卻系統

兩排汽裝置的凝結水進入凝結水管道，之后與低加疏水（189t/h，61℃）、2號機采暖抽汽疏水（230t/h，74℃）匯集，取空冷島過冷度2.5℃，計算出匯集后的凝結水溫度為62.5℃（1406t/h）。

為滿足凝結水精處理設備進水溫度不高于55℃的要求，設計凝結水冷卻系統，本工程選用板式換熱器（板片材料316L），利用熱網循環水回水（1600t/h，48℃）將凝結水冷卻至55℃以下。

2.7采暖抽汽互為備用系統

為實現兩臺汽輪機原打孔抽汽及疏水管道互為備用的要求，在原有抽汽管道上和疏水管道上分別增設連通管及關斷閥。

3 汽輪機雙背壓運行能力工況指標

在2號機組供熱期低壓缸雙背壓運行，其供熱工況指標如表1所示[3]。

全廠熱網首站的熱網水供水溫度根據實際熱負荷的大小情況確定，可以根據需要逐步投入供熱抽汽。

雙背壓機組運行可供水溫度Tg=Qc/4.1816/8500 +69.88=88.15℃

由于該項目熱網循環水量的限制，回收汽輪機排汽的供熱量約777.7GJ/h。其余排汽仍回到原有空冷系統。

4總結

a.該公司原有兩臺機組，抽汽供熱能力為1200萬m2。此次雙背壓改造為節能改造，電廠沒有增加接待面積。即便退出雙背壓運行仍然可以保證供熱的安全和穩定性。

b.機組雙背壓運行時，精處理系統存在超溫風險，本套系統設置了凝結水降溫系統，保證凝結水出口溫度低于55℃。可以保證凝結水精處理系統的穩定運行。

c.機組雙背壓運行時，原排汽裝置存在水位不平衡帶來的水位過高和過低的風險。本方案中水位平衡系統調節靈活，系統穩定性和調節功能都能滿足實際的需求。可以消除水位不平衡帶來的安全隱患。

d.本系統中增設了空冷島蒸汽隔離閥，四列空冷島均可以參與熱負荷和機組背壓調節功能，背壓可以實現35KPa。本系統中，嵌入了汽輪機背壓與空冷島閥門和風機的聯控程序，方便實現汽輪機變負荷定背壓運行，也可以防止空冷島各列凍結。

參考文獻：

[1] 肖慧杰，張雪松.汽輪機高背壓供熱方案探討[J].電站系統工程，2017.3，134（1）：1-7.

[2] 張勝華，張勝強.雙抽汽輪機低真空供熱改造[J].電站系統工程，2014.3，30（2）：52-53.

[3] GB 50660-2011，大中型火力發電廠設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2011.

作者簡介：

姚峰（1970-），男、碩士、高級工程師、火力發電廠熱機專業設計。