660 MW超超臨界機(jī)組供熱改造

林泉

(江蘇華電望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州　215155)

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660 MW超超臨界機(jī)組供熱改造

林泉

(江蘇華電望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州215155)

摘要：隨著國家環(huán)保力度的加大，近年來供熱項目大量建設(shè)投產(chǎn)。根據(jù)江蘇華電望亭發(fā)電廠供熱項目的執(zhí)行情況，對機(jī)組供熱模式的背景和特點進(jìn)行分析，提出中低壓連通管改造、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并、四級抽汽改造等措施，并分析了改造后的節(jié)能與環(huán)保效益，數(shù)據(jù)證明改造方案提高了機(jī)組效率和能源利用率。

關(guān)鍵詞：供熱；長距離；背壓；小汽輪機(jī)；引風(fēng)機(jī)；增壓風(fēng)機(jī)

1改造背景

2012年，江蘇華電望亭發(fā)電廠(以下簡稱望亭發(fā)電廠)抓住無錫市熱力市場整合、關(guān)停無錫協(xié)聯(lián)熱電有限公司的大好時機(jī)，與無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團(tuán)有限公司合作進(jìn)行國內(nèi)首例跨區(qū)域、長距離供熱，供熱用戶主要是無錫城區(qū)以及新區(qū)工業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)用戶。

望亭發(fā)電廠300 MW燃煤機(jī)組供熱改造一期項目于2012年12月1日正式投入商業(yè)運行。2013—2014年望亭發(fā)電廠向無錫地區(qū)安全、穩(wěn)定供熱282.9萬t，平均供熱流量為158 t/h。近兩年無錫供熱需求大，即使在迎峰度夏期間，平均供熱需求仍保持在150 t/h。

2015年，無錫供熱管網(wǎng)進(jìn)行二次整合優(yōu)化，望亭發(fā)電廠積極推進(jìn)供熱二期工程。二期可行性研究報告顯示新增熱負(fù)荷合計270 t/h，年新增供熱量120萬t。目前已經(jīng)完成1臺660 MW機(jī)組的供熱改造，在2016年迎峰度夏前將完成另一臺660 MW機(jī)組的供熱改造，屆時望亭發(fā)電廠對外供熱能力將達(dá)到1 000 t/h。

望亭發(fā)電廠供熱二期改造是在一期改造的基礎(chǔ)上新增供熱#3線、#4線和望亭線。供熱#3線汽源為引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽(壓力為1.2 MPa，溫度為350 ℃)和主機(jī)中低壓連通管抽汽(壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃)經(jīng)壓力匹配器混合后的蒸汽(壓力為0.8 MPa，溫度為300 ℃)；供熱#4線汽源為主機(jī)中低壓連通管抽汽(壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃)；望亭線汽源為引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽(壓力為1.2 MPa，溫度為350 ℃)。

2機(jī)組概況

2.1鍋爐

望亭發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型、半露天布置，鍋爐連續(xù)最大蒸發(fā)量(BMCR)工況下過熱器出口壓力為26.15 MPa，鍋爐最大連續(xù)出力為2 024 t/h，再熱蒸汽出口壓力為5.92 MPa，流量為1 680 t/h。

2.2汽輪機(jī)

望亭發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司根據(jù)西門子公司技術(shù)設(shè)計制造的超超臨界參數(shù)、單軸、一次中間再熱、4缸4排汽、純凝式汽輪機(jī)，主蒸汽進(jìn)口壓力為25 MPa，溫度為600 ℃，再熱蒸汽出口溫度為600 ℃，汽輪機(jī)保證熱耗率為7 315 kJ/(kW·h)。汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)由高壓加熱器、除氧器、低壓加熱器組成，高壓加熱器為3臺100%容量臥式加熱器，每臺機(jī)組配置4臺100%容量低壓加熱器和1臺疏水冷卻器。

2.3引風(fēng)機(jī)

望亭發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組共配置4臺靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，每臺鍋爐配置2臺，并聯(lián)運行，靜葉調(diào)節(jié)，水平對稱布置，垂直進(jìn)風(fēng)，水平出風(fēng)，室外露天布置。

2.4增壓風(fēng)機(jī)

望亭發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組共配有2臺動葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)，每臺鍋爐配置1臺。增壓風(fēng)機(jī)室外露天布置，垂直進(jìn)風(fēng)，水平出風(fēng)。

望亭發(fā)電廠供熱二期改造項目將對2臺660 MW機(jī)組的引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行合并設(shè)置，將原有脫硫增壓風(fēng)機(jī)拆除，同時對煙道進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。引風(fēng)機(jī)廠家對引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)合并后的風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn)，對現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不能滿足實際運行需求，需對現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)進(jìn)行整體更換。改造后的引風(fēng)機(jī)采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動，啟動汽源采用老廠輔汽，運行汽源為鍋爐低溫再熱器出口蒸汽。

圖2　回?zé)岜硥菏叫∑啓C(jī)驅(qū)動設(shè)備技術(shù)典型流程

3供熱改造措施

3.1原供熱方式

該改造工程供熱汽源來自引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽、中低壓連通管抽汽和四級抽汽，其中#3，#4機(jī)組中低壓連通管經(jīng)過改造后單機(jī)最大抽汽為600 t/h，但考慮到新增熱負(fù)荷情況，該改造計劃按#3，#4機(jī)組中低壓連通管單機(jī)最大抽汽300 t/h考慮。#3，#4機(jī)組引風(fēng)機(jī)改造后，每臺機(jī)組各配有2臺背壓式小汽輪機(jī)，考核工況(TB)下單臺引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)最大排汽量為69.0 t/h，100%額定出力(THA)工況下排汽量為46.8 t/h，故#3，#4機(jī)組引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)正常運行工況下排汽量共計187.2 t/h。四級抽汽經(jīng)過改造后單機(jī)具備50 t/h的抽汽能力。

#3，#4機(jī)組中低壓連通管壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃；引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)壓力為1.2 MPa，溫度為305～401 ℃；四級抽汽壓力為0.8～1.2 MPa，溫度為305～401 ℃。

3.2中低壓連通管改造

中低壓連通管改造后具備抽汽能力200 t/h(壓力為0.6±0.1 MPa,溫度為300 ℃)。

修改中低壓缸連通管的布置，采用打孔抽汽方式從中低壓缸連通管向外引出1根抽汽管道，作為供熱汽源，在連通管上加裝三通和抽汽調(diào)節(jié)閥。抽汽管道自連通管引出后依次加裝安全閥、抽汽逆止閥、快關(guān)閥及抽汽壓力調(diào)節(jié)閥，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　抽氣管道結(jié)構(gòu)

3.3引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并改造

常規(guī)汽輪發(fā)電廠中，引風(fēng)機(jī)通常由定速電機(jī)來驅(qū)動。若采用汽動引風(fēng)機(jī)，可以降低廠用電，提高對外供電，且汽動風(fēng)機(jī)可采用調(diào)速方式，提高機(jī)組某些負(fù)荷工況下風(fēng)機(jī)的效率。因此，目前國內(nèi)部分電廠正在嘗試用小汽輪機(jī)來驅(qū)動引風(fēng)機(jī)。驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)可以采用凝汽式或背壓式。

由于該改造工程的目的是供熱，所以凝汽式方案不適用。采用回?zé)岜硥菏狡麆右L(fēng)機(jī)技術(shù)(華東電力設(shè)計院專利技術(shù))，在正常情況下，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)排汽對外供熱，在機(jī)組啟動及特殊工況時，排汽連接除氧器，可獲得良好收益。

回?zé)岜硥菏叫∑啓C(jī)驅(qū)動設(shè)備技術(shù)基于回?zé)峄驹?，將?qū)動設(shè)備的小汽輪機(jī)的排汽和抽汽引到熱力循環(huán)中，排擠部分過熱度較高的主汽輪機(jī)抽汽，在回收工質(zhì)的同時達(dá)到提高機(jī)組熱效率的目的。當(dāng)廠內(nèi)、外有熱負(fù)荷用戶時，可將一部分抽汽或排汽引至輔汽或熱網(wǎng)進(jìn)行熱量回收，減少熱源損失，從而進(jìn)一步提高熱循環(huán)效率?；?zé)岜硥菏叫∑啓C(jī)驅(qū)動設(shè)備技術(shù)的典型流程如圖2所示。

小汽輪機(jī)可采用的進(jìn)汽汽源可以是以下汽源中的1個或多個：(1)低溫再熱蒸汽(即主汽輪機(jī)的高壓缸排汽)；(2)鍋爐過熱器或再熱器的中間加熱蒸汽；(3)主汽輪機(jī)的中壓缸排汽；(4)主汽輪機(jī)高、中、低壓某級抽汽；(5)其他具有一定過熱度的蒸汽。

小汽輪機(jī)排汽可回?zé)嶂烈韵略O(shè)備中的1個或多個：(1)除氧器；(2)低壓加熱器；(3)高壓加熱器；(4)輔汽或熱網(wǎng)；(5)其他回?zé)嵩O(shè)備。

小汽輪機(jī)可驅(qū)動的設(shè)備可以是以下設(shè)備中的1個或多個：(1)鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)或送風(fēng)機(jī)；(2)鍋爐給水泵；(3)其他水泵；(4)壓縮機(jī)；(5)其他需要驅(qū)動的設(shè)備。

華東電力設(shè)計院專利技術(shù)中的小汽輪機(jī)可以是定速，也可以是調(diào)速。對一些變負(fù)荷運行的設(shè)備采用調(diào)速方式，可以提高低負(fù)荷工況下的設(shè)備效率，從而提高整體效率。

該改造工程利用節(jié)能增益的新技術(shù)，對引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并改造，改造后的引風(fēng)機(jī)采用背壓式調(diào)速小汽輪機(jī)驅(qū)動，小汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入多級回?zé)嵩O(shè)備和熱網(wǎng)，降低廠用電率，提高供電效益?；?zé)崾奖硥盒∑啓C(jī)驅(qū)動引風(fēng)機(jī)技術(shù)滿足了風(fēng)機(jī)功率要求和鍋爐抽汽量的要求，小汽輪機(jī)供汽汽源采用鍋爐一級再熱器出口蒸汽。

背壓式小汽輪機(jī)的進(jìn)汽汽源共有3路：在2臺660 MW機(jī)組的背壓式小汽輪機(jī)進(jìn)汽母管上設(shè)置1根連通管，當(dāng)機(jī)組啟動時，2臺汽動引風(fēng)機(jī)同時開啟，2臺機(jī)組之間的進(jìn)汽連通管抽汽作為背壓式汽輪機(jī)的啟動蒸汽，汽輪機(jī)排汽接至該機(jī)組除氧器或放空；當(dāng)鄰機(jī)檢修時，啟動汽源可以利用老廠輔汽；正常運行時采用鍋爐一級再熱器出口蒸汽。輔機(jī)故障減負(fù)荷(RB)工況下2臺機(jī)組之間的進(jìn)汽連通管提供補(bǔ)充汽源。

正常運行時，背壓式小汽輪機(jī)排汽與中低壓連通管抽汽通過壓力匹配器和減溫裝置對外供熱。當(dāng)機(jī)組啟動或熱網(wǎng)檢修時，小汽輪機(jī)排汽可以引至本機(jī)除氧器和低壓加熱器。

3.4四級抽汽改造

改造后單機(jī)具備抽汽能力為50 t/h(壓力為0.8～1.2 MPa，溫度為305～401 ℃)。采用打孔抽汽方式從原四級抽汽管道上向外引出1根抽汽管道作為供熱汽源。

4供熱系統(tǒng)

#3，#4機(jī)組中低壓連通管抽汽(壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃)，通過減溫裝置(減溫水來自低壓加熱器#5出口，壓力為1.9 MPa，溫度為155 ℃)，減溫至220 ℃，對低壓#4線供熱，同時作為壓力匹配器的低壓蒸汽。

#3，#4機(jī)組引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽(壓力為1.2 MPa，溫度為358.2 ℃)，通過減溫裝置(減溫水來自給水泵中間抽頭出口，壓力為10 MPa，溫度為180 ℃)減溫至315 ℃，作為壓力匹配器的驅(qū)動蒸汽、高壓#1線的補(bǔ)充汽源及望亭周邊區(qū)域的高壓汽源。

#3，#4機(jī)組引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽(壓力為1.2 MPa，溫度為358.2 ℃)經(jīng)減溫后作為驅(qū)動蒸汽；#3，#4機(jī)組中低壓連通管抽汽(壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃)經(jīng)減溫后作為低壓蒸汽。2種蒸汽通過壓力匹配器混合后，輸出壓力為0.8 MPa，溫度為300 ℃的蒸汽對低壓#3線供熱，同時作為低壓#2線的補(bǔ)充汽源。

5節(jié)能減排分析

5.1節(jié)能分析

對熱源設(shè)備進(jìn)行比較，電廠鍋爐熱效率為93.95%，而社會上中小型工業(yè)鍋爐熱效率一般只能達(dá)到55%～75%，僅從鍋爐熱源設(shè)備的設(shè)計效率和運行效率相比，利用電廠鍋爐進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)對社會供熱，熱效率就提高了30%～35%。

大容量熱電聯(lián)產(chǎn)熱經(jīng)濟(jì)效益高，節(jié)能減排，提高了電廠的能源利用效率和綜合經(jīng)濟(jì)效益，對相關(guān)熱用戶的能源利用率和經(jīng)濟(jì)效率均是一項利好舉措。

機(jī)組對外供熱的同時要保證機(jī)組發(fā)電出力，勢必要增加主蒸汽流量，機(jī)組的發(fā)電煤耗會升高。在100% THA工況下，按每臺機(jī)組中低壓連通管平均抽汽55.9 t/h低壓蒸汽(壓力為0.6 MPa，溫度為300 ℃)，每臺機(jī)組引風(fēng)機(jī)背壓式小汽輪機(jī)排汽能力為93.6 t/h計算，節(jié)煤收益見表1。

從表1可以看出，對單臺機(jī)組而言，如果對外供熱能力為149.5 t/h，在100% THA工況下，該機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗比純凝工況降低9.1 g/(kW·h)左右，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗可降低13.5 g/(kW·h)，廠用電率可降低1.35%，即對外供電增多，2臺機(jī)組每年可對外多供電83.5 GW·h。

5.2環(huán)保分析

望亭發(fā)電廠在進(jìn)行供熱二期改造的同時，對660 MW機(jī)組同步進(jìn)行了環(huán)保改造。主要是在原除塵器前及脫硫出口凈煙道加裝低低溫?fù)Q熱器，對原除塵器進(jìn)行恢復(fù)性檢修，新增五電場。另外在吸收塔后布置濕式靜電除塵器，這樣煙氣在進(jìn)入電除塵器前，先通過低低溫?fù)Q熱器的降溫段，使煙溫從140 ℃下降至95 ℃，換熱器吸收的熱量全部用于加熱脫硫后的煙氣，可將煙溫從50 ℃升至88 ℃后通過煙囪排放。環(huán)保改造后，SO2，NOx和煙塵排放質(zhì)量濃度分別小于35，50，5 mg/m3(標(biāo)態(tài))，滿足超低排放的要求。

表1　供熱節(jié)能效益

5.3減排分析

#1線平均增加供氣量15 t/h，#2線平均增加供氣量25 t/h，#3線平均供汽量為60 t/h，#4線平均供汽量為43 t/h，高壓望亭線在平均供汽量為25 t/h的情況下，按供熱7 200 h計算，望亭熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和無錫熱電機(jī)組的污染物排放統(tǒng)計見表2。

表2　污染物排放統(tǒng)計

由表2可知，望亭發(fā)電廠供熱范圍內(nèi)實現(xiàn)集中供熱，可節(jié)省大量燃煤，大大減少對環(huán)境的污染，符合國家能源政策和城市總體規(guī)劃，將為無錫市及望亭鎮(zhèn)完成節(jié)能減排任務(wù)、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)做出巨大貢獻(xiàn)。

6長輸熱網(wǎng)應(yīng)用

望亭發(fā)電廠距離無錫市區(qū)熱網(wǎng)末端用戶約33 km，常規(guī)第一代供熱技術(shù)輸送距離為5～8 km，第二代供熱技術(shù)輸送距離為8～12 km，供熱技術(shù)發(fā)展到第三代輸送距離達(dá)到了12～30 km，壓降≤0.02 MPa/km，溫降≤4～6 ℃/km，長輸供熱技術(shù)的發(fā)展為望亭發(fā)電廠參與無錫熱力市場的整合提供了技術(shù)支撐。

本工程采用南京蘇夏工程設(shè)計有限公司長輸熱網(wǎng)專利技術(shù),管道保溫采用低導(dǎo)熱系數(shù)、輕容重的保溫材料，蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)采用硅酸鋁針刺毯、高溫玻璃棉和納米反射層的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，最大限度減少散熱損失。管道管托采用低摩擦高效隔熱節(jié)能型管托，與普通管托相比熱損失可減少80%～90%，同時也將管道對固定管架的推力控制在最小。通過上述措施有效地將管網(wǎng)的壓降、溫降控制在最低水平，確保供熱的最佳經(jīng)濟(jì)性，同時提高了供熱管網(wǎng)運行的安全、可靠性。

7結(jié)束語

望亭發(fā)電廠660 MW超超臨界機(jī)組供熱改造項目為中國華電集團(tuán)公司內(nèi)首個跨地區(qū)的供熱項目，也是望亭發(fā)電廠由純發(fā)電企業(yè)轉(zhuǎn)型為熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)的項目。項目實施后提高了660 MW機(jī)組效率和能源綜合利用率，提升了企業(yè)綜合競爭力，為其他電廠提供了供熱改造參考。

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2015-12-30；修回日期:2016-01-29

中圖分類號：TM 621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0034-04

作者簡介：

林泉(1963—)，男，江蘇蘇州人，工程師，高級技師，從事汽輪機(jī)檢修方面的工作(E-mail:quan_lin@chd.com.cn)。