內蒙古京能盛樂2×350MW機組高背壓供熱改造技術

李鵬 常吉勝 陳國柱 李文博 王耀華

（內蒙古京能盛樂熱電有限公司 內蒙古自治區呼和浩特市 010058）

火力發電廠中汽輪機的排汽又稱為乏汽，通過空冷島或凝汽器冷凝后逐級加熱作為給水回到鍋爐，在冷凝過程中，乏汽所攜帶的大量汽化潛熱損失到環境中，成為熱力系統所固有的冷端損失。對機組進行高背壓供熱改造，正是通過合理利用部分乏汽的汽化潛熱加熱一次熱網循環水，從而達到充分利用冷端余熱、降低平均發電標煤耗，提高機組供熱能力的目的。

高背壓技術是通過提高機組排汽背壓，達到利用乏汽直接加熱熱網回水目的。目前，國內供熱機組應用的高背壓余熱回收技術路線主要有高背壓熱網凝汽器、增汽機技術、雙轉子、低壓缸末葉改造等[1]-[3]。

1 供熱現狀

內蒙古京能盛樂熱電有限公司（以下簡稱盛樂熱電）位于呼和浩特市盛樂現代服務業集聚區，安裝有兩臺2×350MW 超臨界燃煤熱電聯產機組。盛樂熱電承擔著集聚區能源中心的任務，是發展云計算產業的重點配套項目，由北京能源投資（集團）有限公司獨資建設。目前盛樂熱電承擔的采暖熱負荷由兩部分組成，躉售給城發熱力公司的 890 萬m2熱負荷和盛樂熱電自營承擔的園區 28 萬m2。

隨著城市的發展和清潔能源供熱改革的推進，呼和浩特市的集中供熱面積仍在繼續增加，采暖熱負荷還有一定缺口。隨著呼和浩特的南向發展，盛樂園區的熱負荷也在不斷增加。目前，呼和浩特注重充分挖掘現有熱電廠供熱能力，對現有大型電廠進行供熱改造，是增加供熱能力、滿足城市供熱需求和提高熱電聯產集中供熱率的要求。

2 供熱能力分析

2.1 熱網系統供熱能力

盛樂熱電內設置有兩座熱網首站，第一熱網首站在盛樂熱電基建階段建設，擴建熱網首站于 2016年擴建完成。設計熱網循環水供回水設計溫度為130/70 ℃。

盛樂熱電供熱外網由躉售城發公司的 DN1400（輸送能力約15000 t/h）和自營園區的DN900（輸送能力約 6200 t/h）兩個管網組成，兩個管網的熱網循環水總輸送能力約為 21200 t/h。廠內熱網循環水母管規格為DN1200，輸送能力約12000 t/h。

兩臺熱網首站采用并聯方式運行，改造前兩座熱網首站的設計供熱能力為801MW。

2.2 汽輪機設計供熱能力

制造商：上海電氣集團上海汽輪機有限公司

型號：CJK350-24.2/0.4/566/566

型式：350MW 超臨界、一次中間再熱、抽凝式。

圖1：額定供熱工況流程圖

如表1所示，兩臺機組最大采暖抽汽設計值對應總供熱能力達785MW，按后者計算，改造前盛樂熱電最大供熱能力對應等效供熱面積應能達到1570 萬m2。

2.3 汽輪機實際供熱能力

在機組實際運行時，抽汽量通常無法達到設計的最大抽汽量。為掌握機組實際最大供熱能力，由內蒙古電力科學研究院進行了最大抽汽量測量試驗。根據試驗結果結合實際運行情況，機組實際最大采暖抽汽量約為500t/h，低于設計值。因而盛樂熱電兩臺350MW 機組的采暖抽汽實際供熱能力核定為714MW，等效最大供熱面積約為 1428 萬m2。

3 改造方案

盛樂熱電采用高背壓余熱回收技術對機組進行改造，以利用機組乏汽供熱，有效降低機組冷端損失，增加全廠供熱能力。

經過汽機廠確認，機組在不對低壓缸轉子進行任何改造前提下最高可在 43kPa.a 高背壓下穩定運行，為高背壓改造創造了有利條件。

本次改造對象為2 號機組，熱網系統為前置凝汽器、增汽機凝汽器和熱網凝汽器的三級加熱方式。冬季供熱工況下，額定背壓提高到 36.5kPa.a，采用高背壓循環水供熱。改造后理想的運行調整方式為，以熱定電、優先使用 2 號機組高背壓供熱，不足部分由1 號機組抽汽供熱補充。

本次改造設計兩臺機組總供熱能力為845MW（額定供熱面積為1690 萬m2），采暖期汽輪機背壓范圍約為 15～36.5kPa.a。額定供熱工況熱網循環水供回水設計溫度為 107/55℃。

額定供熱工況流程如圖1所示，熱網循環水流量為13600t/h，2 號機組前置凝汽器入口熱網循環水溫度為50℃，2 號機組前置凝汽器出口熱網循環水溫度為70.7℃，2 號機組增汽機凝汽器出口熱網循環水溫度為85.2℃，熱網加熱器出口熱網循環水溫度為107℃，2 號機組回收乏汽量約為589t/h。

表1：汽輪機技術規范

主要改造內容包括：

（1）對2 號機組凝汽器乏汽利用系統改造；

（2）新增1 臺增汽機、1 臺11000 m2前置凝汽器、1 臺9000 m2增汽機凝汽器，對設備和管道進行隔音降噪；

（3）對廠區內供熱管網改造，部分DN1200 廠區直埋熱網循環水供回水管道更換為 DN1400 規格；

（4）第一熱網首站和擴建熱網首站改造等；

（5）2#機凝結水精處理系統的改造。

4 改造效果

項目于2019年6月11日開始土建施工，11月3日正式投入運行。

改造后，機組按照室外溫度的不同，整個采暖期分為五個階段：初寒期、初嚴寒期、尖寒期、末嚴寒期和末寒期，同時電廠改造后的熱負荷及采暖期機組運行分配方式如下：

（1）初、末寒期（0≤t≤8℃），外網熱負荷需求 241MW≤Q≤435MW，僅 2 號機組高背壓乏汽+增汽機+抽汽供熱即可適應外網所需熱負荷需求，1 號機組可采用純凝方式運行。

（2）初、末嚴寒期（-13≤t≤-1℃），外網熱負荷需求 459MW≤Q≤748MW，2 號機組高背壓乏汽+增汽機+抽汽供熱，隨著室外溫度的降低逐步達到2 號機組最大供熱能力時，不足部分由1 號機組抽汽供熱，以此適應外網所需熱負荷需求。

（3）嚴寒期，-17≤t≤-14℃時，外網熱負荷需求 773MW≤Q≤845MW，2 號機組以最大供熱能力507MW 運行，配合1 號機組抽汽供熱量控制在266MW至338MW即可滿足外網熱負荷需求。嚴寒期，2 號機組在高背壓額定供熱工況下運行，充分發揮 2 號機組乏汽供熱能力，整個嚴寒期 2 號機組以最大供熱能力向外供熱，不足部分由 1 號機組抽汽補充，隨室外溫度降低，1 號機組抽汽量不斷增加。供熱運行調節方式主要通過調節 1 號機組抽汽量來改變對外供熱熱量。

在第一級高背壓凝汽器的基礎上，增加第二級的增汽機凝汽器，大大提高了乏汽用量和余熱利用能力。改造后的電廠熱負荷達到設計值時，增汽機具備更低的背壓適應能力，具備低背壓低煤耗優勢。

相比原抽汽供熱，改造后有明顯的降低發電標煤耗作用，在供熱達產情況下，全年平均發電標煤耗將從改造前的 256kg/kWh 降低到235kg/kWh（降低21g/kWh），節能降耗作用非常明顯。

項目實施后，有效降低了汽輪機冷端損失，乏汽利用率可達100%，機組供熱能力提高了131MW，供熱面積增加262 萬m2，年增加供熱量134 萬GJ，年增收節支2900 萬元。

5 結論與展望

盛樂熱電通過對機組進行高背壓余熱回收技術改造，實現了供熱能力的增加，增加的供熱能力取代中、小型鍋爐房，節約大量的能源，使大氣環境顯著改善，提高供熱質量，改善了居民的生活質量，同時電廠的效益也得到提高。

增汽機梯級加熱相比單純的高背壓凝汽器加熱，將大大提高了機組的乏汽用量和余熱利用能力。

高背壓供熱改造的供熱經濟性的優劣，與是否遵循優先利用乏汽供熱原則有著直接關系，乏汽用的越多，經濟性越好。