粵江公司330MW機(jī)組供熱改造方案簡析

鄧子平

1 項(xiàng)目背景

粵江發(fā)電公司兩臺600MW機(jī)組建成投產(chǎn)后，330MW機(jī)組長期調(diào)峰已成常態(tài)，公司生產(chǎn)經(jīng)營壓力巨大。近年來各級政府陸續(xù)發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》與《廣東省工業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)集中供熱設(shè)施方案（2015-2017）》等一系列文件要求：到2017年，廣東省具備一定規(guī)模用熱需求的園區(qū)基本實(shí)現(xiàn)集中供熱，相應(yīng)關(guān)停供熱區(qū)域內(nèi)分散供熱鍋爐，園區(qū)內(nèi)不再新建分散供熱鍋爐，力爭全省集中供熱量占供熱總規(guī)模達(dá)70%以上；至2020年常規(guī)燃煤機(jī)組供電煤耗平均值要求下降至310克標(biāo)煤/千瓦時。

韶關(guān)市目前有白土、沐溪、湞江三大工業(yè)園，全市三區(qū)以粵江發(fā)電公司為中心的約三十公里左右范圍的熱用戶蒸汽均由不超過20蒸噸的150多臺小工業(yè)鍋爐提供。為滿足工業(yè)園區(qū)工業(yè)熱負(fù)荷需求，考慮對粵江公司10、11號亞臨界純凝機(jī)組進(jìn)行供熱改造，將10、11號純凝機(jī)改為供熱抽汽機(jī)組。工程實(shí)施后，將取代傳統(tǒng)工業(yè)小鍋爐，節(jié)能減排、改善環(huán)境起到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，符合國家的能源政策和節(jié)能減排政策。

2 供熱可靠性分析

根據(jù)粵江發(fā)電公司10、11號機(jī)組現(xiàn)狀，依據(jù)已有熱負(fù)荷情況，結(jié)合工程實(shí)際，確定抽汽改造方案如下。

（1）從機(jī)組經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)從再熱冷段蒸汽管道抽取蒸汽。由于白土工業(yè)園區(qū)距離較遠(yuǎn)考慮溫降、壓降等因素，在出圍墻處對外供出蒸汽溫度約為350℃，方能保證熱用戶用汽參數(shù)，但是汽輪機(jī)在額定工況冷段蒸汽溫度為321.4℃，不能滿足用汽參數(shù)，因此不考慮從再熱冷段抽汽。

（2）根據(jù)主機(jī)情況及供熱改造系統(tǒng)的簡單可靠性，確定每臺機(jī)組均由再熱熱段管道抽汽。經(jīng)咨詢，汽輪機(jī)制造廠允許從高溫再熱管道上的最大抽汽量約為90t/h。蒸汽從再熱熱段抽取，經(jīng)減溫減壓后供給工業(yè)熱用戶。單臺機(jī)組均在再熱熱段抽汽85t/h，蒸汽經(jīng)減溫減壓后，兩臺機(jī)組工業(yè)抽汽供至廠外工業(yè)園區(qū)，保證滿足對外供熱200t/h（P=2.5MPa，t=350℃）的熱負(fù)荷需求。

（3）本次改造粵江發(fā)電公司內(nèi)兩臺330MW機(jī)組供熱負(fù)荷互為備用，當(dāng)電廠任意一臺機(jī)組檢修時，另一臺機(jī)組按照再熱熱段最大可供抽汽量90t/h，經(jīng)減溫減壓后對外供汽106t/h，能夠滿足現(xiàn)有園區(qū)用熱需求；后續(xù)對600MW機(jī)組進(jìn)行供熱改造，最大供熱量可達(dá)300t/h，可保證遠(yuǎn)期用戶供熱需求。

綜上所述，本工程從再熱熱段管道抽汽供熱用戶工業(yè)抽汽方案是安全可靠的。

3 方案對比與分析

3.1 方案一回?zé)岢槠艿篱_孔方案

開孔抽汽指的是在汽輪機(jī)回?zé)岢槠艿郎线x取適當(dāng)位置開孔，利用此孔來抽氣。此種抽汽方式可以免去對凝汽式機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的修改，可與汽輪機(jī)制造廠溝通協(xié)調(diào)，選一級最接近且略高于工業(yè)供汽參數(shù)要求的回?zé)岢槠艿郎祥_孔作，并計算此控的通流能力是否能滿足本級回?zé)岢槠肮I(yè)抽汽的100%熱需求的總流量。

對于本工程10、11號機(jī)組，在各級回?zé)岢槠艿郎系某槠龀鋈缦孪拗疲?/p>

（1）一段抽汽滿足工業(yè)抽汽壓力以及溫度要求，但過大的開口會影響汽缸剛度，因此必須對汽缸上回?zé)岢槠涌诔叽缱龀鱿拗啤＝?jīng)計算分析，抽出的總汽量過大時，可能會由于抽汽接口處的蒸汽局部流速過大而產(chǎn)生振動，對機(jī)組的安全運(yùn)行帶來隱患。因此一段抽汽不能滿足工業(yè)抽汽量的要求。

（2）從機(jī)組經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)從再熱冷段蒸汽管道抽取蒸汽。由于白土工業(yè)園區(qū)距離較遠(yuǎn)考慮溫降、壓降等因素，在出圍墻處對外供出蒸汽溫度約為350℃，方能保證熱用戶用汽參數(shù)，但是汽輪機(jī)在額定工況冷段蒸汽溫度為321.4℃，不能滿足用汽參數(shù)，因此不考慮從再熱冷段抽汽。

（3）其他各級回?zé)岢槠?，由于其參?shù)較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)抽汽熱用戶的需要，在此不予分析討論。

綜上所述，汽輪機(jī)回?zé)岢槠艿篱_孔抽汽，不予考慮。

3.2 方案二 壓力匹配器方案

3.2.1 壓力匹配器的工作原理及抽氣量計算

（1）壓力匹配器的工作原理、適應(yīng)范圍

蒸汽噴射式壓力匹配器工作機(jī)理是利用高壓驅(qū)動蒸汽的噴射，抽吸低壓蒸汽或凝結(jié)水閃蒸汽（二次蒸汽）并將其參數(shù)提高至用戶所需的水平。這種裝置稱為蒸汽噴射式混合器，其工作機(jī)理與蒸汽噴射器、水噴射器相似。與此同時，這種混合器內(nèi)部無任何運(yùn)動部件、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，既運(yùn)行可靠又可以自動調(diào)節(jié)。與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門的噴嘴調(diào)節(jié)相似，壓力匹配器采用多噴嘴結(jié)構(gòu)，根據(jù)外供汽量的大小，調(diào)整噴嘴開啟的數(shù)量及開度大小，以保證外供汽量變化時壓力匹配器保持較高的效率，滿足了抽汽供熱的需要。

（2）抽汽量計算

粵江發(fā)電公司10、11號機(jī)燃煤機(jī)組熱段抽汽參數(shù)為2.979MPa（a），536℃，對應(yīng)焓值iP為3536.6kJ/kg，汽輪機(jī)單抽方案時的抽汽參數(shù)為1.599MPa（a）、445.1℃，對應(yīng)焓值iH為3351.1kJ/kg，混合后的蒸汽參數(shù)與兩級抽汽的蒸汽溫度與汽輪機(jī)中的抽汽壓力按熱力過程的膨脹曲線相互對應(yīng)不同，壓力匹配器后的出口溫度不需要與壓力相對應(yīng)，只需滿足用戶要求即可。按照外網(wǎng)管線的走向及熱用戶的要求，混合后的蒸汽參數(shù)要求為2.5MPa，350℃。

理想壓力匹配器中整個壓力匹配器的熱力過程是可逆的，由能量和質(zhì)量守恒可以得到理想噴射系數(shù)U：U=（iP-iC）/（iC-iH）（3）

其中iC為水蒸氣性質(zhì)焓熵圖中驅(qū)動蒸汽和吸入蒸汽參數(shù)點(diǎn)A、D連線與壓力匹配器PC的交點(diǎn)，理想狀態(tài)點(diǎn)確定，可在焓熵圖中查出。

分別用系數(shù)φ1、φ2、φ3修正蒸汽在工作噴嘴、混合室和擴(kuò)散室各階段因摩擦而引起的動量損失，驅(qū)動蒸汽、吸入蒸汽的初速度和混合蒸汽的速度與混合速度相比很小，忽略其對計算結(jié)果的影響，經(jīng)過近似處理，可以得到壓力匹配器的簡化計算公式為：U=ζφ1φ2φ3-1（4）endprint

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和計算，式中的各系數(shù)取用以下數(shù)值：φ1=0.95、φ2=0.975、φ3=0.975，修正參數(shù)ζ可根據(jù)索科洛夫計算方法取ζ=1.1。

經(jīng)咨詢壓力匹配器廠家，本工程需從再熱熱段抽取蒸汽80t/h，從三段抽汽抽取蒸汽5t/h，此方案是比較合理的。

3.3 方案三高溫再熱管道開孔方案

該方案是利用汽輪機(jī)中壓主汽閥的調(diào)節(jié)作用，從高溫再熱管道上開孔抽汽。當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)荷時，中壓主汽閥不參與調(diào)節(jié)過程，當(dāng)汽輪機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行時，減小中壓主汽閥開度，保持閥前壓力，使工業(yè)抽汽壓力仍可滿足熱用戶要求。

出于高溫再熱蒸汽壓力的限制，該方案所供的工業(yè)抽汽壓力不超過3.5MPa，同時由于高溫再熱管道的設(shè)計溫度與主蒸汽溫度（545℃）一致，而一般工業(yè)用戶對蒸汽溫度的要求為350℃，因此所供抽汽供給熱用戶之前，需經(jīng)減溫減壓操作。

本方案從高溫再熱管道上抽汽，其抽汽量會受到一定限制。盡管此方案并會對通過鍋爐再熱器的蒸汽通流量產(chǎn)生影響，但是由于抽汽的分流作用，使得進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸蒸汽流量減少，進(jìn)而導(dǎo)致作用在中壓轉(zhuǎn)子及其各級動葉上的總推力值減小。隨著從高溫再熱管道上抽汽量的逐步增加，當(dāng)中壓轉(zhuǎn)子及其各級動葉上的總推力值減小到不足以平衡高壓轉(zhuǎn)子及其各級動葉上的總推力值時，推力軸承所承受的推力可能為負(fù)，此時汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子會有軸向竄動的情況發(fā)生，嚴(yán)重時導(dǎo)致動靜部分碰磨，這對汽輪機(jī)安全運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。

對于本工程汽輪機(jī)而言，經(jīng)咨詢東方汽輪機(jī)廠，在一臺機(jī)組事故情況下，僅由一臺機(jī)組提供工業(yè)蒸汽，采用中壓調(diào)門參與控制，以使高壓缸排汽壓力滿足安全運(yùn)行范圍，其他工況計算時采用非調(diào)整蒸汽，高壓缸排汽壓力基本滿足安全范圍。

經(jīng)計算，本工程需從再熱熱段抽取蒸汽85t/h。

4 總結(jié)

對330MW機(jī)組進(jìn)行供熱改造，能積極響應(yīng)國家、廣東省政策，具有很好的政策支持力度，符合國家節(jié)能減排要求。既提高電廠能源綜合利用水平，也可緩解城市供熱不足狀況，帶來巨大的節(jié)能效益、環(huán)保效益與社會效益。項(xiàng)目完成后，粵江發(fā)電公司330MW機(jī)組供電煤耗將下降至306克/千瓦時，并將增加約5億千瓦時的年度上網(wǎng)電量；年供熱量預(yù)計40～80萬噸，（按20～30元/噸供熱利潤測算），年新增利潤將超過2000萬元。同時，項(xiàng)目建成后，供熱價格較現(xiàn)有供熱價格低，節(jié)約相關(guān)企業(yè)用熱成本，將為工業(yè)園區(qū)的招商引資，地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。endprint