大型熱電聯(lián)產(chǎn)機組存在問題及解決對策分析

摘 要：熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術(shù)可以最大效率地提取煤炭和其他燃料中的能量。熱電聯(lián)產(chǎn)不是一個新鮮事物，國際上一些早期的發(fā)電廠已經(jīng)采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，目前仍在全球范圍內(nèi)繼續(xù)推廣。文章根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)面臨現(xiàn)狀以及存在的問題，從技術(shù)和管理角度，提出解決目前熱電企業(yè)存在問題的對策。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)狀；問題；技術(shù)和管理；對策

引言

鴻山熱電公司較早采用超臨界機組對外供熱，且單機設(shè)計額定低壓供熱量為600t/h，中壓供熱量為100t/h。鴻山熱電廠為國內(nèi)單機容量最大最先進的超臨界抽凝供熱發(fā)電機組，目前年供熱量380萬噸/年，化學(xué)日制水量2.1萬噸，供熱地埋管直徑900mm。其在熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模效應(yīng)上取得較大的成績，也帶來了噴水減溫效果不良、供熱連通管振動等問題，隨著供熱運營時間的不斷增長，發(fā)現(xiàn)了供熱給除鹽水系統(tǒng)以及電網(wǎng)調(diào)頻帶來的壓力，文章針對這些問題，從技術(shù)和管理角度，提出解決目前存在問題的對策。

1 鴻山熱電公司供熱系統(tǒng)介紹

鴻山熱電公司2*600MW超臨界供熱機組分別于2011年1月10日、31日投入商業(yè)運行。機組采用東方汽輪機廠制造的三缸四排汽汽輪機組，機組設(shè)計時即按照抽凝供熱機組進行設(shè)計。公司低壓供熱管網(wǎng)與機組同步建設(shè)，并分別于2011年3月投運北線（伍堡工業(yè)區(qū)）低壓供熱管網(wǎng)、2011年10月投運南線（錦尚工業(yè)區(qū)）低壓供熱管網(wǎng)，2014年6月成功實現(xiàn)首家中溫中壓熱用戶的供汽。

公司低壓抽汽從汽輪機中壓缸排汽抽出，額定總抽汽量2×600=1200t/h，汽輪機抽汽經(jīng)減溫裝置減溫后，蒸汽參數(shù)為P=1.0MPa。T=250℃，單臺機組減溫水量約50t/h。由此，鴻山熱電廠額定低壓對外供汽能力為1300t/h，最大低壓對外供汽能力達到1900t/h。

公司中壓抽汽從鍋爐再熱熱段打孔非調(diào)整抽汽約200t/h，從凝結(jié)水#5低加出口加升壓泵引出減溫水約30t/h，滿足最大供熱流量230t/h的供熱要求，減溫后的蒸汽參數(shù)為P=2.8MPa，T=285℃。由此，鴻山熱電廠設(shè)計最大中壓對外供汽能力為460t/h。鑒于目前公司汽輪機僅進行高壓末級導(dǎo)葉的更換，故單臺機組再熱熱段抽汽僅能達到100t/h。

公司集中供熱的區(qū)域主要包括鴻山鎮(zhèn)的伍堡工業(yè)區(qū)和錦尚鎮(zhèn)的錦尚工業(yè)區(qū)的工業(yè)熱負荷，公司的低壓供熱管網(wǎng)布置：低壓北線供熱管網(wǎng)在廠區(qū)內(nèi)為一條主管（管徑1020mm），出廠界后，分為兩根母管，其中一條供給伍堡工業(yè)區(qū)，另一條直供給石獅熱電公司，兩條母管間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)閥，通過切換運行方式，可滿足不同工況下的運行需要；南線供熱管網(wǎng)為單條DN900mm主管，直接供往錦尚工業(yè)區(qū)。依據(jù)現(xiàn)場施工條件，南、北線低壓供熱管網(wǎng)的安裝采用地埋與架空相結(jié)合的方式，其中北線地埋管約為300m，南線地埋管約為2.5km。公司中壓供熱管網(wǎng)布置與低壓蒸汽管網(wǎng)基本相同，在此不再贅述。

2 鴻山熱電公司供熱系統(tǒng)中存在的問題及解決對策

2.1 供熱系統(tǒng)減溫減壓器噴水減溫改進過程

鴻山熱電低壓供熱減溫器的減溫水取至機組凝泵出口母管，凝泵采用一拖二的變頻運行方式。

至2011年3月25日低壓供熱系統(tǒng)投運，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)：（1）供熱抽汽減溫器后溫度測點不能正確反映噴水減溫后蒸汽溫度以及供熱抽汽母管溫度測點安裝位置不能滿足各種供熱方式下溫度監(jiān)視：a.#1、2機供熱抽汽減溫器后溫度測點安裝位置不符合安裝距離要求，供熱抽汽減溫水投入時，減溫水未充分混合的情況下，供熱抽汽減溫器后溫度測點不能正確反映實際噴水后的蒸汽溫度。b.增加的供熱母管處三個溫度測點安裝在#1、2機供熱母管之間，當(dāng)#2機向北線供汽以及#1機向南線供汽時，供熱母管溫度可作為供熱減溫水溫度調(diào)節(jié)參考；當(dāng)#2機向南線供汽以及#1機向北線供汽時，此三個溫度測點為流動死區(qū)，溫度測點不能正確反映供熱母管實際溫度，因此減溫水調(diào)節(jié)閥無法投自動控制。（2）投運后隨著對外供熱量越來越大，發(fā)現(xiàn)在單機運行供熱量在300t/h，供熱快關(guān)調(diào)節(jié)閥后壓力在0.82MPA，凝泵變頻運行（凝泵變頻反饋46Hz），凝泵出口母管壓力維持在3MPA，這時凝結(jié)水所提供的供熱減溫水量無法滿足保證供熱母管溫度250℃以及供熱用戶最佳溫度230℃。（3）供熱管網(wǎng)在五一、十一、春節(jié)期間，供熱流量會降至較低水平，當(dāng)供熱流量下降至40%額定流量，且單機供熱下，會出現(xiàn)南北管線溫度無法協(xié)同的現(xiàn)象，如圖3。

目前由于減溫水噴口到供熱母管距離非常短（已沒有進一步增大距離的空間），造成減溫水噴口后的溫度測點測量值無法反映真實情況，且供熱母管上的三個溫度測點不能滿足所有運行方式下的準(zhǔn)確測量。故采用下述措施：（1）將減溫器被控目標(biāo)改為供熱支線上的溫度測點（南線、北線支線），且溫度測點在供熱管單一截面上呈120°分布。（2）在減溫水系統(tǒng)中，增加了減溫水調(diào)節(jié)門旁路手動門，當(dāng)出現(xiàn)較大供熱量，及時減溫水調(diào)節(jié)門旁路門，確保了凝結(jié)水泵變頻節(jié)能的效果。（3）對供熱減溫器的減溫水噴嘴改造，解決了供熱減溫器噴嘴霧化不好的現(xiàn)象。經(jīng)過上述措施，達到了供熱用戶蒸汽溫度的需求。為了在特殊工況下熱用戶的需求，我廠已考慮進行多級減溫減壓器的設(shè)置，以滿足在供熱管網(wǎng)的長度、管網(wǎng)保溫效果不同、蒸汽流量使用情況不同下的蒸汽溫度恒定。

2.2 中低壓供熱連通管振動問題

#1、2機組供熱工況尤其是供熱流量較大時，中低壓連通管振動大，嚴(yán)重影響機組的安全可靠運行。

2014年初，利用機組檢修，將中低壓連通管膨脹節(jié)由Ω型改為了U型，厚度由1.5mm升級為2mm，由單層改為了雙層，改造后膨脹節(jié)剛性增加，抗振能力增強。

2014年7月，東汽提供了連通管增加整流孔板的方案說明，表示對連通管增加阻尼、更換蝶閥布置位置、更換供熱蝶閥的結(jié)構(gòu)等方案均不宜實施，經(jīng)東汽多方調(diào)研和論證，提出了在供熱蝶閥后增加多空整流孔板來緩解振動問題的方案，東汽對此作了特定的氣動分析，增加整流孔板后對氣流起到了一定的整流作用，較為明顯的破壞了蝶閥后的氣流擾動，減弱了漩渦的強度，對振動會有較大的改善。2015年2C修期間，根據(jù)東汽連通管振動解決方案，#2汽輪機在供熱蝶閥后增加了整流孔板。改造后，噪音明顯增大，立即對連通管振動測量，連通管水平方向和垂直方向振動未改善。

2015年04月，在#2機組調(diào)停的檢修過程中，拆除連通管增加的整流孔板，并更換了新的中低壓連通管膨脹節(jié)。

經(jīng)與東方汽輪機有限公司溝通，下一步的主要方向是研制新型閥門，采用小開度多級減壓，打開度單級減壓的配置，替換現(xiàn)有的LCV閥（單一蝶閥）。目前盡量采用雙機同時供汽，避免單機對外供熱，造成LCV開度過小的工況出現(xiàn)；以及增大鍋爐出力，保持機組較高負荷下運行，在上述兩個措施的實施下，確保了3連通管振動在有效控制中。

2.3 供熱流量大帶來的汽水品質(zhì)問題

鴻山熱電為2×600MW的超臨界供熱機組，鍋爐補給水處理方式目前采用城市自來水經(jīng)活性碳過濾器、陽離子交換器、陰離子交換器、混合離子交換器，至機組補給水箱；在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)方面，每臺機組凝結(jié)水設(shè)置2×50%凝結(jié)水流量的前置過濾器和3×50%凝結(jié)水流量的高速混床，凝結(jié)水進行100%處理。

目前情況下機組的供熱量大約500～600t/h。隨著電廠對外供熱量的不斷增大，補水量不斷升高，使TOC含量增加，導(dǎo)致給水、主蒸汽、再熱蒸汽陽電導(dǎo)率指標(biāo)超限，易導(dǎo)致熱力系統(tǒng)結(jié)垢和垢下腐蝕。供熱機組蒸汽的氫電導(dǎo)率經(jīng)常超過 0.15？滋S/cm的標(biāo)準(zhǔn)值，如供熱量450t/h時主蒸汽氫電導(dǎo)率值已達到0.307μS/cm。

原水中總有機物包括：懸浮態(tài)、膠態(tài)、溶解態(tài)有機物，不同的工藝流程對不同有機物有著不同的去除率。

目前運行方面采?。海?）優(yōu)化調(diào)整活性炭過濾器的反洗運行方式，提高對原水有機物的吸附效果；（2）盡量采取雙機供熱模式，防止單機供熱造成補水量過大，造成汽水指標(biāo)超限嚴(yán)重。

設(shè)備方面采用：（1）將活性炭過濾器反洗操作由目前的就地控制優(yōu)化為就地、遠方均能控制，方便運行人員操作。（2）更換陰、陽床床體樹脂，提高樹脂對有機物的捕捉能力。（3）并進行反滲透制水系統(tǒng)改造，反滲透制水系統(tǒng)改造作為2015～2016年技術(shù)改造項目，該項目按公司技術(shù)改造管理標(biāo)準(zhǔn)流程推進技術(shù)改造，整個項目計劃2016年完成（含設(shè)計、設(shè)備材料采購、安裝及調(diào)試）。

經(jīng)上述措施實施后，目前我廠的主蒸汽氫電導(dǎo)率值已達到GB/T12145規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 供熱機組的調(diào)頻、調(diào)峰能力

機組實施對外供熱后，對發(fā)電出力調(diào)節(jié)能力有較大影響。熱用戶對供熱蒸汽的溫度、壓力和流量有特定需要，這就要求機組必須運行在特定出力區(qū)間，使得最高出力低于額定出力，最低出力高于原技術(shù)最低出力。我廠單機原出力可調(diào)范圍為21-60萬千瓦，但是對外供熱后最低出力不能低于35萬千瓦，在最高供熱負荷時發(fā)電出力只能達到46萬千瓦。且機組供熱后要同時參與一次調(diào)頻和對外提供供熱蒸汽，一次調(diào)頻動作時鍋爐蓄熱瞬間不會全部轉(zhuǎn)換為調(diào)頻負荷，導(dǎo)致供熱機組一次調(diào)頻動作靈敏性變差。

針對機組發(fā)電出力，我廠邀請省經(jīng)貿(mào)委、省網(wǎng)調(diào)度來廠審定機組不同供熱水平下的機組運行方式，明確機組發(fā)電出力區(qū)間。同時，建立統(tǒng)調(diào)機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)，進行供熱直供信號技改工作，向省調(diào)實時傳輸供熱相關(guān)參數(shù)。省調(diào)依據(jù)供熱在線監(jiān)測信息，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行基礎(chǔ)上，安排機組在審定過的出力區(qū)間內(nèi)發(fā)電。

針對供熱機組熱網(wǎng)的擾動補償以及一次調(diào)頻不足問題，是控制中的主要問題。問題主要反映在熱網(wǎng)熱量的準(zhǔn)確及時測量上，這是及時準(zhǔn)確調(diào)整鍋爐輸入能量的基礎(chǔ)；當(dāng)熱網(wǎng)熱量擾動量過快時，鍋爐響應(yīng)特性的時滯的問題也需特別處理，比如可采用犧牲功率品質(zhì)來得到較為平穩(wěn)的主汽壓力等鍋爐參數(shù)穩(wěn)定性的方法。

2.4.1 鍋爐主控前饋

K1*ULD

K2*ULD的微分

K3*[f（總給水流量+全部過熱噴水流量-再循環(huán)流量）-ULD]

K4*汽機調(diào)節(jié)器入口功率偏差

ULD代表功率指令

其中第一項和第二項用來快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的要求直接改變鍋爐的燃燒率。

第三項用來響應(yīng)熱網(wǎng)要求，利用鍋爐給水量來、減溫水量和再循環(huán)流量來代表鍋爐蒸汽流量，也即代表汽機對鍋爐的能量要求，減去ULD后代表熱網(wǎng)對鍋爐的能量要求；所以，如果能準(zhǔn)確快速地測量熱網(wǎng)熱量的信號，第三項最好修改為熱量信號。

第四項的說明，當(dāng)熱網(wǎng)用汽需求變化后，如果鍋爐不能很快的響應(yīng)，則功率偏差在一定程度上，可以表示熱網(wǎng)和鍋爐之間的不匹配，所以用來做前饋。當(dāng)然，第三和第四項之間可能有重疊之處，所以用兩個系數(shù)加權(quán)處理。

2.4.2 汽機功率調(diào)節(jié)器拉回回路

應(yīng)適當(dāng)加強，以在熱網(wǎng)快速變化后犧牲功率品質(zhì)來保證鍋爐參數(shù)的平穩(wěn)。若原設(shè)計0.8MPa動作，現(xiàn)在應(yīng)縮小，對響應(yīng)負荷變動起反作用。

或者，設(shè)計成當(dāng)熱網(wǎng)容量有變化后（該信號可產(chǎn)生的話）加強拉回回路。

由于可能熱網(wǎng)的擾動特性快于鍋爐的負荷變化特性，在這種情況下，將鍋爐多余或不足的能量轉(zhuǎn)為功率，從而穩(wěn)定鍋爐主要參數(shù)穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

大型的供熱聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，使鴻山熱電單機發(fā)電煤耗達265g/kwh，但隨之面臨是多個全新問題。文章通過對供熱機組存在的問題進行了分析、探討，供熱企業(yè)可以借鑒，有利于機組供熱穩(wěn)定運行。

（1）供熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)問題，在供熱管網(wǎng)設(shè)計上即進行嚴(yán)格審查。考慮到供熱管網(wǎng)不同的運行方式、不同的供熱流量下，均能滿足供熱用戶的需求。把控減溫減壓器的噴嘴選型，減溫減壓器后的溫度測點布置的選擇是關(guān)鍵。

（2）中低壓缸供熱連通管振動問題，在連通管上選擇抗振能力強的U型膨脹節(jié)，并采用雙層波紋管結(jié)構(gòu)。雖未能解決連通管的振動問題，但有效地增加了中低壓缸連通管的更換周期。

（3）供熱機組汽水品質(zhì)問題，應(yīng)著重原水處理，采用超濾+反滲透的工藝水處理方法，以進行預(yù)脫鹽和去除有機物（TOC），使補充到鍋爐里的除鹽水水質(zhì)能滿足供熱機組在大量供熱時的水質(zhì)要求。

（4）供熱機組的調(diào)頻、調(diào)峰能力，應(yīng)進行熱電聯(lián)產(chǎn)認定，進行供熱在線監(jiān)測信息直送技改后，組織審定發(fā)電機組的出力區(qū)間。在機組DCS邏輯上從“鍋爐主控前饋”以及“汽機功率調(diào)節(jié)器拉回回路”上進行優(yōu)化，最大程度利用鍋爐及熱網(wǎng)的蓄熱。

作者簡介：蔡海銀（1977-），男，工程師，福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司發(fā)電部值長。