燃煤機組供熱改造以及中壓調門節(jié)流技術的運用

國家能源集團諫壁公司 韋一樂

隨著電力市場改革的不斷深入，作為我國發(fā)電主力軍的燃煤電廠在保證安全的情況下不斷提高自己的經濟效益是能夠在這場改革洪流中不斷前進的源源動力，提高經濟效益一方面是降低運行成本，比如摻燒低價煤、降低供電煤耗、降低綜合廠用電率等手段，經過多年多輪次的改造，采用鍋爐采用汽動引風機、加裝低溫省煤器、汽輪機通流部分改造、采用變頻電機等手段，先進的百萬機組發(fā)電廠用電率已經降低到接近2.0%，供電煤耗降低到260g/kWh左右，300MW級別機組的供電煤耗也降到300g/kWh左右；鍋爐摻燒低價煤也能達到50%甚至更高。但改造后系統(tǒng)更加復雜，對于運行操作的要求越來越高，設備發(fā)生故障、人員誤操作的情況時有發(fā)生。

要提高燃煤電廠經濟效益主要還是要增加發(fā)電以外的收入。比如煤燃燒產生的煤渣和煤灰通過加工可以作為建筑材料，脫硫產生的副產品石膏也可以用于建材等行業(yè)。但最簡單、最有效的還是發(fā)展熱電聯(lián)產，將汽輪機的抽汽或排汽供給需要的企業(yè)或者居民以帶來額外的收入。隨著國家對火電機組排放要求的不斷提高，一些供熱的小火電機組也因為污染物排放無法達到國家的環(huán)保要求而關停，給大型火電廠帶來了更大的商機。

1 機組介紹及供熱改造情況

某電廠兩臺330MW機組分別投產于2003年和2004年，現(xiàn)汽輪機型號N330-17.0/543/565，為上海汽輪機廠生產的亞臨界、一次中間再熱、雙缸（高中壓合缸）、雙排汽、凝汽式汽輪機，剛投產時基本沒有對外供熱的能力。機組采用八級抽汽回熱循環(huán)，分別供給三個高壓加熱器、除氧器、兩臺給水泵小汽輪機、四臺低壓加熱器。高壓缸第15級的抽汽至#7高加，高壓缸排汽部分至#6高加，其他抽汽口均布置在中、低壓缸。

通過兩次改造每臺機組分別安裝了三套供熱系統(tǒng)：一套冷再供熱系統(tǒng)以及兩套高再供熱系統(tǒng)，分別命名為冷再供熱、#1高再供熱和#2高再供熱。冷再供熱用的是高壓缸排汽（壓力3.95MPa、溫度326℃），壓力1.2~1.6MPa，最大供熱流量50t/h。#1高再供熱利用再熱器出口的蒸汽（壓力3.43MPa、溫度568℃）作為汽源，利用給水泵中間抽頭來水（壓力5.1MPa、溫度168℃）作為減溫水。出口蒸汽壓力1.2~1.6MPa、溫度250~320℃，最大供熱流量100t/h。

#2高再供熱也是利用再熱器出口的蒸汽，減溫水來自新加裝的兩臺減溫水升壓泵，每臺額定流量50t/h，水源取自凝泵出口的主凝結水管道。#2高再供熱壓力1.2~1.6MPa、溫度260~300℃，最大流量150t/h。三套供熱系統(tǒng)投用后，每臺機組的最大供熱量達到到300t/h，大大提高了機組的供熱能力。與之配套的是凝汽器增加了三路補水：加裝了一臺流量為100t/h的凝結水輸送泵；增加了兩路由化學除鹽水泵直接供給的補水，每路最大補水量都是100t/h，總的補水量增加在300t/h左右。

2 供熱改造后的情況分析

將抽汽作為汽源對外供熱，減少了汽輪機凝汽器處的冷源損失，提高了汽輪機的效率，降低了供電煤耗，提高了機組的經濟效益。

由于新能源發(fā)電機組的不斷投產，而新能源發(fā)電機組的發(fā)電穩(wěn)定性不夠，對于作為常規(guī)的火電機組的調峰能力有了更大的要求，簡單的說就是要根據電網的要求能大幅度的改變機組出力。特別是在電網需求較低的時候，要能將機組的負荷長時間穩(wěn)定在一定較低的水平，而低負荷運行對于燃煤機組而言是一個很大的考驗。現(xiàn)階段電網對燃煤機組要求是40%的深度調峰，以后隨著新能源機組更多的投產，調峰的深度會越來越低。

低負荷時有幾個難點：對于鍋爐來說，由于負荷低、給煤量就低、爐膛內燃燒的煤粉就少，燃燒的穩(wěn)定就差，嚴重的話會發(fā)生滅火等事故。脫銷系統(tǒng)處的煙溫也會隨著負荷的下降而降低，不能滿足設計要求，使脫銷系統(tǒng)也因為煙溫的下降難以投入運行；對于汽輪機，負荷低、對應的給水泵流量就低，容易產生汽蝕，需要打開一臺給水泵的再循環(huán)門增加給水泵的流量。再者低負荷抽汽壓力下降、做功能力下降，給水泵小汽輪機的進汽量可能不夠，需要參加輔助汽源。

雖然機組通過一些改造已經克服了這些困難，能夠滿足電網對深度調峰的要求，但隨著電網對于深度調峰的需求越來越高，調峰的深度會越來越低。在深度調峰時大量對外供熱，不僅僅可以增加蒸發(fā)量、給水量、凝水量、抽汽量，提高了機組的熱效率，更加好的是增加了鍋爐熱負荷，提高了燃煤量，使燃燒的穩(wěn)定性大大增強，又可以提高排煙溫度，保證了脫銷系統(tǒng)的投用率。

機組在AGC的狀態(tài)下，由于電網對負荷的調整比較的頻繁、機組負荷時上時下，對于直吹式制粉系統(tǒng)就需要隨時啟停磨煤機來滿足外界的需求，但頻繁的啟停磨煤機不僅對運行人員操作量的增加，而且容易發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸等事故。在一定的負荷范圍內，通過調整供熱量來減少鍋爐蒸發(fā)量的變化幅度，從而減少制粉系統(tǒng)的操作，提高機組的整體安全性。

在冷再供熱投用的情況下，可以通過調整冷再供熱的流量來調整再熱汽溫。這是因為冷再供熱的汽源取自再熱器前的管道，增加了冷再供熱流量就相當于減少了再熱器的進汽量，在再熱器受熱面熱負荷不變的情況下，單位質量的再熱汽吸熱量增加，再熱汽溫度就上升。相反，減少冷再供熱流量，就降低的再熱汽溫。這種情況在機組負荷低、冷再供熱流量大是尤為明顯，而低負荷再熱溫就很難維持在一個較高的水平，通過增加冷再供熱流量就可以明顯提高再熱器溫，提高蒸汽的品質。

在機組供熱流量較大時，各級抽汽量都有了較大的變化，使整個軸系的軸位移、差脹發(fā)生變化，可能引起各支持軸承的溫度振動、推力軸承溫度、回油溫度的變化，這需要引起足夠的重視。

由于機組在增加供熱系統(tǒng)時沒有專門對鍋爐、汽輪機同通流部分進行同步的增容。在供熱流量較大的時候，就會出現(xiàn)機組的負荷達不到額定出力的情況，這就需要和電網加強溝通，平衡好供熱和電負荷的關系。

供熱量的增加，不僅補水量要增加，化學的制水能力也要同步的增容。運行中根據供熱量的增加，及時提高補水量，防止凝汽器、除氧器、汽包水位的下降。由于增加了多路的供熱管道，為防止汽輪機超速。要求定期對供熱管道的快關閥進行活動試驗，一旦發(fā)現(xiàn)有卡澀的現(xiàn)象，就要立即隔離對應的供熱系統(tǒng)，在沒有消除缺陷前嚴禁投用。

3 中壓調門節(jié)流技術的運用

3.1 機組負荷高低也是決定能供多少蒸汽很大因素

在機組負荷低時，特別是在機組進行最低出力考核或深度調峰的時候，對外供熱的能力明顯下降，遠遠達不到300t/h的設計能力。而在有些時候，比如節(jié)假日電網負荷顯著降低，外界對供熱的要求并沒有下降多少，加之有部分機組調停，那么對在運機組在低負荷時也有較高的供熱需求。而這時機組的供熱能力低，兩者產生了很大的矛盾。

為了提高在低負荷時的供熱能力，將中調門節(jié)流運行，提高高壓缸排汽和再熱汽壓力，就是一個比較簡單可行的方法。在A修供熱增容的同時進行了中壓調門節(jié)流改造，增加了相關的操作畫面以及進行相對應的邏輯修改。經過試驗，在40%深度調峰情況下，將兩側中壓調門關小至20%，在僅投用冷再供熱以及#1高再供熱的情況下，冷再供熱流量由29t/h上升至42t/h、#1高再供熱由50t/h上升至74t/h，供熱能力增加了50%左右，主機軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動、推力軸承溫度沒有明顯的變化，一抽和高排壓力分別由2.64MPa和1.36MPa上升到2.92MPa和1.53MPa，高排溫度由305℃上升到315℃，其余的抽汽壓力略有下降，給水溫度上升6℃，達到了預期的效果。

3.2 中壓調門節(jié)流運行投用、退出方法

需要投用時，在“DEH汽機控制總貌”畫面點擊“中壓調門節(jié)流控制投入”按鈕，兩中壓調門同時由原來的100%自動關小至60%，關小時間2分鐘。隨著機組負荷、供熱流量變化，按動中壓調門“△”或“▽”按鈕，每按動一次兩只中壓調門對于開度變化1%。當中壓調門開度關小到20%或高排壓力達到3.8MPa，閉鎖關小中壓調門。需要退出時，逐步開大兩側中壓調門至60%，點擊“中壓調門節(jié)流控制切除”按鈕，中壓調門自動開足[1]。

3.3 中壓調門節(jié)流運行相關的報警及邏輯修改

高壓缸壓比高報警（分段函數）；高壓缸壓比低報警（分段函數）并退出“中壓調門節(jié)流控制”，中壓調門自動開足；高排溫度360℃報警并退出“中壓調門節(jié)流控制”，中壓調門自動開足；高排壓力高達3.8MPa報警并退出“中壓調門節(jié)流控制”，中壓調門自動開足；在“中壓調門節(jié)流控制”供熱運行模式下，當高壓缸壓比增加大解列值（分段函數）并延時30秒，連鎖停用冷再供熱和#2高再供熱，并退出“中壓調門節(jié)流控制”，中壓調門自動開足。

表1 各主汽壓下高壓缸壓比解列值、高報警值、低報警值統(tǒng)計表

3.4 中壓調門節(jié)流運行時的注意事項

關小、開大中壓調門時操作要緩慢，注意調門開度變化情況，兩側要保持一致，并注意EH油壓的變化情況；中壓調門節(jié)流運行時要注意主機軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動、推力軸承溫度、高排壓力、高排溫度、高壓缸壓比、供熱流量、各抽汽壓力的變化情況，發(fā)現(xiàn)異常及時調整[2]。

供熱流量、機組負荷變化時要注意高壓缸壓比、高排溫度、高排壓力的變化。如果高壓缸壓比上升接近高報值，可以減少供熱流量或繼續(xù)關小中壓調門；如果高壓缸壓比下降接近低報值，可以增加供熱流量或開大中壓調門。高壓缸排汽溫度、高壓缸排汽壓力上升接近報警值，增加供熱流量或開大中壓調門；機組負荷165MW以下，負荷變化率要降低到0.5%，供熱流量調整幅度要小，操作要更加平緩。

要多注意兩側中壓調門的開度。由于中壓調門原先設計的時候在沖轉至3000r/min后就處于開足狀態(tài)，不參與調節(jié)。在節(jié)流運行中可能會出現(xiàn)晃動等情況，甚至有發(fā)生門桿斷裂的危險；根據多次操作的經驗，中壓調門開度在50%以上，節(jié)流效果不明顯，在20%~40%之間對供熱流量影響較大，因此在開度40%以下調整時一定要緩慢并隨時注意相關參數的變化情況；不要頻繁操作中壓調門開大、關小；如果經常采用中壓調門節(jié)流運行，對中壓調門會產生一定的磨損，在檢修過程中應注意檢查。

3.5 中壓調門節(jié)流運行的優(yōu)缺點

中壓調門節(jié)流運行不僅可以在低負荷時投入，在中段負荷時也可以使用。最大的好處就是增加了供熱能力；深度調峰時采用中壓調門節(jié)流運行，增加了供熱流量，提高了鍋爐的熱負荷，有利于鍋爐的穩(wěn)定性。由于一、二級抽汽壓力的上升，給水溫度也隨之上升，如果配合#0高加使用效果更加明顯，從而提高了鍋爐脫銷系統(tǒng)的溫度，增加了脫銷系統(tǒng)投用的負荷寬度；由于中壓調門處于節(jié)流狀態(tài)，降低了汽輪機的相對內效率，增加了供電煤耗，經濟性下降。但由于可以增加供熱流量，而且可以進一步降低深度調峰的深度，帶來了額外的收益，對于燃煤電廠來說總的收益還是提高的。

4 結語

燃煤發(fā)電機組、特別是30萬級別的小機組，為了能在電力市場生存下去，在保證安全的情況下要想盡方法增加發(fā)電以外的收益。在周圍有熱用戶的前提下，增加供熱是一條簡單可行的途徑，在采用中壓調門節(jié)流技術的前提下，基本可以在低負荷時增加50%的供熱量，從而提高了整體的供熱能力，為機組長期安全經濟運行奠定了良好的基礎，提高了在電力市場的競爭能力。對于60萬、百萬級別的大機組，也可以通過此項技術提高在低負荷下的供熱能力，可以在整個火電機組上廣泛推廣。