靈活性減溫減壓器改造中抽汽邊界參數選擇與中壓缸壓力變化導致排汽溫度變化的關系研究與分析

郭忠貴

摘? 要：針對機組進行靈活性減溫減壓器改造中，機組負荷降為額定負荷的參數選擇，中壓缸排汽壓力提高，排汽溫度如何變化，溫度變化供熱管道及設備材質是否滿足蒸汽溫度要求，最后如何確定中壓缸排汽壓力和溫度，如何確定最低負荷。為此，計算汽輪機各種熱平衡圖，進行分析研究。

關鍵詞：靈活性減溫減壓器改造?? 抽汽邊界參數選擇??? 中壓缸排汽溫度?? 分析與研究

一、前言

為加快能源技術創新，挖掘燃煤機組調峰潛力，提升我國火電運行靈活性，全面提高系統調峰和新能源消納能力，國家能源局分別于2016年6月28日和2016年7月28日下發了《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》（國能綜電力【2016】397號）和《關于下達第二批火電靈活性改造試點項目的通知》（國能綜電力【2016】474號）等文件，先后包括國華準電等22個電廠被確定為國家“提升火電靈活性改造試點項目”。為滿足靈活性可行性研究階段性要求，本次針對靈活性改造熱電解耦之減溫減壓器方案進行進一步可行性研究。但減溫減壓器改造邊界參數的確定是一個非常復雜的過程，涉及到汽輪機熱平衡圖，需要反復計算，需要鍋爐進行主汽抽汽流量安全性計算。汽輪機需要核對不同負荷中壓缸抽汽流量的計算，抽汽流量的提高需提高中壓缸排汽壓力，有焓熵圖得知，排汽壓力提高對應排汽溫度也提高，排汽溫度提高對應抽汽管道及設備是否超過使用設計溫度等，牽一發動全身。

二、汽機熱平衡圖計算與中壓缸排汽溫度的確定

對現狀熱負荷和近期熱負荷，汽機廠給出的熱平衡圖滿足設計要求。

經過計算十幾版減溫減壓器熱平衡圖，得知，25%額定電負荷熱平衡圖主汽管道抽汽100t/h，為了滿足供熱抽汽量，中低壓導汽管調節閥被迫關小，中壓缸排汽壓力上升，排汽溫度升高到355℃。25%額定電負荷從主汽管道抽汽100t/h，中壓缸排汽溫度為355℃，汽機側的安全問題分析：

中低壓導汽管應用范圍為壁溫≤430℃的蒸汽管道，長期運行無問題;中低壓導汽管的供熱抽汽管道的抽汽快關閥、電動門適用溫度均小于或者等于425℃，長期運行無問題;中缸材質、中壓缸末級葉片材質與高壓缸、高壓缸末級葉片材質相同，滿足中缸排汽溫度要求。中壓轉子、中壓末級葉片、中壓末級葉片銷釘、中壓末級隔板、低壓第1級隔板均經強度核算滿足要求。

中低壓導汽管的供熱抽汽管道使用溫度低于或等于350℃，不滿足設計要求，需更換部分供熱抽汽管道;低壓轉子材料26Cr2Ni4MoV，即B30A-S，適用溫度要求不大于300℃，需要更換低壓轉子;中低缸導汽管調節閥、安全閥、波紋膨脹節適用溫度要求不大于300℃，需要更換。可見，當中壓缸排汽溫度到300℃以上時，得更換低壓缸轉子、供熱抽汽管道、安全閥膨脹節等附件，投資成本將非常大，更換低壓轉子更是得不嘗失。

從汽輪機的安全性考慮，盡量使中排溫度降低到300℃。因此本工程選擇滿足中排溫度在300℃時，汽輪機的電負荷在30%，供熱量滿足760萬平方米的供熱需求的方案。

現狀熱平衡圖見如下圖1，滿足670萬平方米的供熱需求。

近期熱平衡圖見如下圖2，滿足760萬平方米的供熱需求。

近期熱平衡圖見如下圖3，滿足減溫減壓器設計60%額定負荷的供熱需求。

三、鍋爐主汽抽汽量安全性校核

1、鍋爐按25%額定電負荷工況，主蒸汽管道抽汽100t/h及130t/h的可行性進行核算，并評估鍋爐受熱面安全性。

本次鍋爐熱力計算基準如下：

1）、過量空氣系數按鍋爐50%負荷實際運行值1.337（根據機組2014年8月27日177MW工況的鍋爐省煤器出口氧量O2=5.3%計算得到）;

2）、燃用原設計煤質;

3）、空預器入口風溫為25℃（一、二次風溫加權平均數）。

在機組保證25%額定電負荷的同時從主汽管道抽汽130t/h（汽機側主汽壓力6.6MPa），鍋爐存在再熱器事故噴水約20.4t/h，再熱器煙氣側擋板開度較小，尾部煙氣擋板調節已基本達到極限，再熱器受熱面存在超溫風險。機組保證25%額定電負荷的同時從主汽管道抽汽100t/h（汽機側主汽壓力6.6MPa），鍋爐存在再熱器事故噴水約4.7t/h，再熱器煙氣側擋板開度較小，但受熱面超溫還在可控范圍內。機組保證25%額定電負荷的同時從主汽管道抽汽100t/h（汽機側主汽壓力7.5MPa），鍋爐無再熱器事故噴水，煙氣擋板有一定裕度的調節開度，鍋爐運行是安全的。

綜上所述，機組保證25%額定電負荷的同時從主汽管道抽汽100t/h（汽機側主汽壓力7.5MPa），再熱器不存在事故噴水，再熱器受熱面壁溫在允許范圍內，但安全裕度較小，實際運行過程中需要密切關注再熱器受熱面壁溫。若實際運行過程中需通過投入再熱器事故噴水量調節煙氣擋板開度，主汽管道抽汽量可適當增加，但建議實際運行過程中投再熱器事故噴水后再熱器入口汽溫不得低于215℃，或再熱器減溫水噴水量不得超過32t/h。

2、鍋爐按30%額定電負荷工況，主蒸汽管道抽汽100t/h的可行性進行核算，并評估鍋爐受熱面安全性。

本次鍋爐熱力計算基準如下：

1）過量空氣系數按鍋爐50%負荷實際運行值1.337（根據機組2014年8月27日177MW工況的鍋爐省煤器出口氧量O2=5.3%計算得到）;

2）燃用原設計煤質;

3）空預器入口風溫為25℃（一、二次風溫加權平均數）。

在機組保證30%額定電負荷工況下，從主汽管道抽汽100t/h（汽機側主汽壓力7.5MPa），鍋爐存在再熱器事故噴水約5.5t/h，再熱器煙氣側擋板開度在合理范圍內，受熱面超溫還在可控范圍內。在機組保證30%額定電負荷工況再熱器可以正常穩定的運行。

四. 結論及建議

機組在30%～60%額定電負荷之間從主汽管道抽汽100t/h，汽機側主汽壓力7.5～15MPa、主汽溫度540℃;中排壓力0.24～0.4MPa;凝汽器絕對壓力4.9KPa。鍋爐主蒸汽采用兩級減溫減壓后供熱，經一級減溫減壓后參數為1.6MPa/350℃（抽30噸蒸汽供輔汽），再經二級減溫減壓后參數為0.24～0.4MPa（a） /260℃，與參數為0.24～0.4Pa（a）/295～260℃采暖蒸汽混合為參數0.24～0.4 MPa（a）/260～285℃的供熱網首站用蒸汽。

汽輪機電負荷在30～60%，供熱量滿足760萬平方米的供熱需求方案，中排溫度在300℃以內。這種工況對汽機、鍋爐更加有利，靈活性更高;且需要改造的項目少，減少工程投資。

本工程滿足30～60%電負荷提供760萬平方米采暖面積的供熱量的工程設想，是按往年平均供熱蒸汽流量下的供熱需求，如遇極寒天氣供熱能力不足，應升負荷運行或降低輔助蒸汽用汽。

參考文獻：

北京北重熱平衡圖，供熱抽汽管道及附屬設備設計說明書，北京巴威公司鍋爐設計說明書。