供熱機(jī)組低缸零出力改造技術(shù)探究

摘要：針對(duì)寧夏電投西夏熱電廠低缸零出力改造的可行性進(jìn)行了理論分析，闡述了1、2號(hào)機(jī)組實(shí)施低缸零出力供熱改造的過(guò)程，提出了低缸零出力運(yùn)行投入條件及安全運(yùn)行注意事項(xiàng)，最終得出結(jié)論：低缸零出力技術(shù)改造是可行的，安全風(fēng)險(xiǎn)是可控的，經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。

關(guān)鍵詞：低缸零出力;供熱;汽輪機(jī);經(jīng)濟(jì)性

0 ? ?引言

寧夏電投西夏熱電廠一期采用兩臺(tái)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的C200/140-12.75/0.245/535/535型超高壓、單軸、三缸雙排汽、工業(yè)用不可調(diào)整抽汽、采暖用可調(diào)整抽汽、一次中間再熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)[1]。熱網(wǎng)首站建設(shè)初期1、2號(hào)機(jī)組熱網(wǎng)汽側(cè)采用單元制方式分別加熱兩臺(tái)熱網(wǎng)換熱器（換熱面積為2 000 m2，水側(cè)流量2 200 t/h），后因供熱面積增加，1、2號(hào)機(jī)組各增加一臺(tái)換熱器（換熱面積為900 m2）作為輔助換熱器;1、2號(hào)機(jī)組熱網(wǎng)水側(cè)分別配置3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，單臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵流量為2 200 m3/h，其中各有一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵可變頻運(yùn)行，均采用兩運(yùn)一備運(yùn)行方式。

2018年12月底，西夏熱電廠供熱面積已達(dá)到3 200萬(wàn)m2，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和熱源增容，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)2019年供熱面積將增加至3 400萬(wàn)m2。為提高機(jī)組供熱能力，滿足熱用戶的需求，對(duì)1、2號(hào)機(jī)組實(shí)施低壓缸零出力供熱技術(shù)改造。

1 ? ?熱供能力核算及供熱經(jīng)濟(jì)性分析

低壓缸零出力供熱技術(shù)是在低壓缸高真空運(yùn)行工況下，采用可完全密封的液壓蝶閥切除低壓缸原進(jìn)汽管道進(jìn)汽，通過(guò)新增旁路管道通入低壓缸少量的冷卻蒸汽，實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子零出力3 000 r/min運(yùn)行，使更多的蒸汽進(jìn)入供熱系統(tǒng)，提高機(jī)組供熱能力，降低電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，同時(shí)降低發(fā)電煤耗[2]。

1.1 ? ?改造前機(jī)組供熱能力分析

根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，并參考制造廠家提供的熱力特性說(shuō)明書和同類型機(jī)組低壓缸最小冷卻蒸汽流量120 t/h，建立1號(hào)機(jī)組熱力計(jì)算模型，重新核算典型各工況下機(jī)組供熱能力，主要結(jié)果如表1所示，改造前汽輪機(jī)發(fā)電功率與供熱抽汽流量的關(guān)系曲線如圖1所示。

1.2 ? ?改造后機(jī)組供熱能力分析

改造后核算機(jī)組供熱能力時(shí)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(jī)供熱抽汽能力的核算結(jié)果如表2所示，改造前后汽輪機(jī)發(fā)電功率與供熱抽汽流量的關(guān)系曲線對(duì)比如圖2所示。

對(duì)比表1、表2，可以明顯得出如下結(jié)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(wàn)m2，發(fā)電功率降低約25 MW，發(fā)電煤耗降低30～40 g/kWh，實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組以熱定電運(yùn)行方式下的深度調(diào)峰，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)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(jī)供熱抽汽流量的增加值基本相當(dāng)，約為117 t/h，隨著供熱抽汽流量的增加，機(jī)組發(fā)電煤耗逐漸降低，且改造后可使汽輪機(jī)發(fā)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(shù)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(jī)組供熱能力和深度調(diào)峰能力，降低發(fā)電煤耗，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，因而具有實(shí)施的可行性。

2 ? ?低缸零出力改造過(guò)程

2.1 ? ?增設(shè)低壓缸冷卻蒸汽系統(tǒng)

從中壓缸排汽新增旁路冷卻蒸汽至低壓缸進(jìn)汽口，用于冷卻低壓缸末級(jí)葉片，帶走低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生鼓風(fēng)熱量。冷卻蒸汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量孔板，設(shè)置蒸汽壓力、溫度、流量測(cè)點(diǎn)，且相關(guān)測(cè)點(diǎn)均需接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。

2.2 ? ?供熱蝶閥改造

根據(jù)低壓缸零出力供熱技術(shù)需求，將原來(lái)2個(gè)不能完全密封的供熱蝶閥更換為2個(gè)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(guī)格保持一致。

2.3 ? ?低壓缸運(yùn)行監(jiān)視測(cè)點(diǎn)改造

機(jī)組在低壓缸零出力運(yùn)行時(shí)，低壓缸通流部分運(yùn)行條件大幅偏離設(shè)計(jì)工況，處于小容積流量條件下運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)動(dòng)應(yīng)力增加、鼓風(fēng)、水蝕加劇等現(xiàn)象[3]。為充分監(jiān)視低壓缸通流部分運(yùn)行狀態(tài)，確保機(jī)組安全運(yùn)行，需增加或改造以下運(yùn)行監(jiān)視測(cè)點(diǎn)[4]：

（1）增加低壓缸末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉出口溫度測(cè)點(diǎn)（4個(gè)）;

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

（3）增加低壓缸進(jìn)汽壓力測(cè)點(diǎn)（2個(gè)）和溫度測(cè)點(diǎn)（2個(gè)），壓力測(cè)點(diǎn)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(gè)）。

上述所有改造測(cè)點(diǎn)均需接入機(jī)組DCS系統(tǒng)。

2.4 ? ?低壓缸末級(jí)葉片抗水蝕金屬耐磨層噴涂處理

對(duì)低壓缸末級(jí)葉片實(shí)施金屬耐磨層噴涂處理，噴涂材質(zhì)采用德國(guó)進(jìn)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(jí)葉片抗水蝕能力，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

2.5 ? ?低壓缸噴水減溫系統(tǒng)改造

為便于調(diào)節(jié)和監(jiān)視切除低壓缸運(yùn)行時(shí)低壓缸噴水減溫流量，維持低壓缸排汽溫度在安全范圍內(nèi)，對(duì)原低壓缸噴水減溫系統(tǒng)增加流量測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)閥。

2.6 ? ?熱網(wǎng)循環(huán)水泵改造

1、2號(hào)機(jī)組低缸零出力供熱改造后，在單機(jī)組最大抽汽供熱工況條件下進(jìn)行熱網(wǎng)循環(huán)水泵適配性分析，其中熱網(wǎng)循環(huán)水溫度以當(dāng)前運(yùn)行值（供水100 ℃，回水50 ℃）為計(jì)算基準(zhǔn)，改造后單機(jī)組最大抽汽供熱負(fù)荷為345.12 MW核算基準(zhǔn)，最大可供熱面積734.30萬(wàn)m2，需要熱網(wǎng)循環(huán)水流量4 933 t/h?，F(xiàn)2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行，供水流量合計(jì)只有4 400 t/h，不能滿足供水流量的要求。為此，1、2號(hào)機(jī)6臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵均換成單臺(tái)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(yùn)行

3.1 ? ?低壓缸零出力投入條件

（1）熱網(wǎng)系統(tǒng)汽側(cè)投運(yùn)正常，且六段抽汽快關(guān)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，低壓蝶閥（LCV閥）關(guān)至13%以下;

（2）機(jī)組負(fù)荷大于50 MW;

（3）“供熱請(qǐng)求”已投入;

（4）供熱抽汽逆止門未關(guān)，3 s延時(shí);

（5）無(wú)“低缸零出力”切除信號(hào)。

3.2 ? ?運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）機(jī)組在低壓缸零出力運(yùn)行時(shí)，如重要參數(shù)異常無(wú)法控制，應(yīng)及時(shí)退出低壓缸零出力運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)至機(jī)組抽汽供熱運(yùn)行狀態(tài)。

（2）低壓蝶閥（LCV閥）嚴(yán)禁在1%～10%的區(qū)間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，最長(zhǎng)不得超過(guò)10 min。

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

（4）真空對(duì)末級(jí)和次末級(jí)溫度影響較大，當(dāng)真空低于-83 kPa時(shí)，投入“低缸零出力”時(shí)應(yīng)做好防止末級(jí)和次末級(jí)超溫的預(yù)想。

（5）“低壓缸零出力”投入時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組監(jiān)視段壓力監(jiān)視，防止超壓。

（6）供熱期間“低缸零出力”長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)時(shí)，如循環(huán)水供水溫度低至10 ℃，應(yīng)及時(shí)調(diào)整提高循環(huán)水溫。

（7）“低缸零出力”投入后，要加強(qiáng)低壓缸排汽、次末級(jí)、末級(jí)葉片溫度監(jiān)視和調(diào)整，防止超溫。

4 ? ?結(jié)論

西夏熱電廠1、2號(hào)機(jī)組分別于2019年11月完成了低缸零出力改造工作。通過(guò)一個(gè)供熱期的運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并得出以下主要結(jié)論：

（1）采用低缸零出力供熱技術(shù)能夠有效降低低壓缸冷卻蒸汽流量消耗，實(shí)現(xiàn)抽汽供熱與低缸零出力供熱靈活性切換，提高了機(jī)組供熱能力和深度調(diào)峰能力。相同鍋爐蒸發(fā)量條件下，切除低壓缸進(jìn)汽供熱可使機(jī)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(wàn)m2;相同抽汽流量條件下，低壓缸零出力供熱可使機(jī)組發(fā)電功率降低25 MW，發(fā)電煤耗降低30～40 g/kWh。

（2）根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，切除低壓缸進(jìn)汽供熱運(yùn)行時(shí)存在的葉片鼓風(fēng)、顫振、水蝕加劇等問(wèn)題是可控的，切除低壓缸進(jìn)汽運(yùn)行在技術(shù)上是可行的。

（3）西夏熱電廠1、2號(hào)機(jī)組低壓缸零出力改造項(xiàng)目預(yù)算靜態(tài)總投資2 369.4萬(wàn)元，年收益1 578.2萬(wàn)元，投資回收期約1.5年，不僅改造費(fèi)用小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也大幅降低，而且機(jī)組發(fā)電煤耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯下降，供熱能力大幅提升，可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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收稿日期：2020-07-07

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